汽油机可变压缩比技术特点分析与研究

汽油机的小型化与压缩比提高相结合是目前汽油机节油的技术措施之一。但是对于汽油机,压缩比提高后,在高负荷区域极易引起异常燃烧,会导致机体损坏,因而在高负荷区域需要减小压缩比;而在部分负荷区域,提高压缩比对节油效果又非常明显。因此怎样使高负荷区域使用低压缩比和部分负荷区域使用高压缩比结合起来,即可变压缩比技术,一直是发动机工程师们努力研究的方向。     

稀释燃烧对高压缩比直喷汽油机性能的影响

为探究稀释燃烧改善发动机性能的潜力,通过一台1.5 L高压缩比增压直喷汽油机开展台架试验,对比研究了空气稀释、废气再循环(EGR)稀释及复合稀释燃烧在不同稀释程度下对中速、中负荷工况下发动机性能的影响规律．结果表明：稀释燃烧延长了燃烧持续期,降低了有效燃油消耗率(BSFC),减少了发动机传热损失,并降低了CO排放,稀释方式不同会导致HC和NO_x排放随稀释率的变化规律不同,但在高稀释率下,相比无稀释燃烧,HC排放升高,NO_x排放降低;相较于EGR,空气稀释对燃烧的抑制更弱,稀释边界更宽,BSFC降低效果更好,CO与HC排放显著更低,未燃损失更低,NO_x排放更高,且这些规律在相同稀释率、不同EGR占比的复合稀释燃烧的性能参数变化中同样存在,但有效热效率在过量空气系数φa=1.34、EGR率约为5%(稀释率为1.4)时达到最高,这与排气损失更低有关,此时相较原机,BSFC降低了5.7%,NO_x降低了33%,均比φa为1.40时的降幅更大,证明了复合稀释燃烧具备更强的节能减排潜力．     

汽油机的可变配气机构简介

在上海举行的1987年国际汽车展览会上,日本“丰田”汽车公司展出了超级赛车。这种赛车所配的TM-GE型汽油机体积不大,却具有较大功率和扭矩[最大功率150kW/6000(r/min),最大扭矩254N·m/4800(r/min)]。这主要与其采用了可变配气机构有关。其实除“丰田”公司外,早在     

高压缩比汽油机及其对燃油经济性的影响

汽车的燃油消耗量可以通过多种途径降低,如减轻重量、改进传动系统、改善空气动力性能和发动机的有效热效率。里卡多公司主要考虑通过发展柴油机来改善汽车的燃油经济性。然而该公司在汽油机方面也做了许多工作,通过燃烧室设计对发动机性能的影响的试验研究改进了汽油机的效率。     

小排量汽油机压缩比的选取

由发动机原理我们知道,随着压缩比的增大会使燃烧的热效率提高,也可以使进气效率提高,发动机的功率、扭矩增大,有效燃油消耗率降低,但同时也会增加未燃混合气自燃的倾向.压缩比过大,热效率提高程度减慢,发动机燃烧粗暴,导致机件的机械负荷过大,排放污染严重.本文通过分析与试验给出不同压缩比对小排量汽油发动机的影响以及应用93号无铅汽油的合理压缩比的选取.     

不同压缩比米勒循环和低压废气再循环对增压直喷汽油机性能影响

通过对一台增压汽油直喷(gasoline direct injection,GDI)发动机活塞和凸轮型线的重新设计实现了高压缩比米勒循环,并在此基础上引入了废气再循环(EGR),研究了不同压缩比米勒循环和EGR综合作用对发动机的性能影响。结果表明:增大压缩比和采用米勒循环技术对爆震影响存在取舍(trade-off)关系,低速全负荷下高压缩比米勒循环相比原机油耗略有上升;而低压冷EGR技术由于缸内稀释冷却作用可以优化燃烧相位,对外特性工况有效燃油消耗率有明显的改善作用;在部分负荷工况下,压缩比的增加和米勒燃烧循环可使油耗较原机下降6.3%,在整合低压冷EGR技术后,油耗进一步下降3.1%。可以得出结论,合理地增加压缩比,采用米勒循环技术并匹配低压冷EGR技术,可以大幅改善发动机的燃油经济性。     

汽油机可变进气门相异升程机构研究

提出了汽油机可变进气门相异升程机构方案,通过调整进气凸轮相异角改变两个进气门升程差产生涡流和调整涡流。计算表明当齿轮螺旋角增大、分度圆半径减小时,相异角增大;存在相异角时,两进气凸轮转角不同,转矩与液压平衡力也不同,进气持续期随相异角增大而增加。有限元分析结果显示该机构凸轮轴安全系数为2.04,最大等效应变为6.73×10-4 mm,强度及刚度均符合要求,且不会发生共振。缸内稳流试验证实进气门相异升程能够产生大尺度涡流,并且进气流量几乎不变。当相异角为8°时涡流强度可达0.24,平均流量系数偏差仅为0.93%,滚流随相异角增加略有增强。相异升程汽油机性能试验表明适当的相异角会使中低速转矩提高2.94%,高速功率提高3.03%。     

全可变液压气门机构对汽油机泵气损失及机械效率的影响

设计一种全可变液压气门机构(fully hydraulic variable valve system,FHVVS),实现气门最大升程、开启持续角和配气相位的连续可变,通过进气门早关方式取代传统节气门来控制发动机的负荷。试验结果表明:与传统节气门汽油机相比,无节气门汽油机可以显著降低中小负荷工况下的平均泵气损失压力,大幅度降低泵气损失、提高机械效率。在小于等于50%负荷工况点,发动机转速为2000 r/min时无节气门汽油机的机械效率可以提高3. 6%～10. 2%,3000 r/min时机械效率可以提高2. 8%～7. 1%。     

压缩比对内燃机性能的影响研究

笔者从理论的角度定性地分析了内燃机压缩比分别对其循环热效率、平均有效压力、工质状态和换气过程的影响。再以2135G柴油机为原型机,利用AVL boost软件建立仿真模型,定量地分析了柴油机压缩比与其工作参数的关系和对整机性能参数的影响规律,通过分析计算,为柴油机压缩比的合理选择提供了理论依据。     

单顶置凸轮轴式汽油机可变凸轮机构的研究

针对摩托车用汽油机气门机构的结构特点,提出了一种移动摇臂轴式可变凸轮机构(VCS)。该VCS机构通过移动进气摇臂轴实现高速摇臂和低速摇臂的结合与分离,进而实现工作凸轮在高速凸轮和低速凸轮之间切换。在高、低速摇臂的端面结合齿上设置锁止角,防止其在气门开启状态下实现结合。通过控制轴向力的大小,使高低速摇臂在一个工作循环内的进气门关闭期间实现完全结合。采用仿真计算,确定了低速凸轮和高速凸轮的型线及其配气相位。试验结果表明:该可变凸轮机构在全转速范围内实现了高低速摇臂的平稳结合和分离,且与原机相比发动机的高速和低速进气充量系数有明显的改善。     

双缸一室型可变压缩比发动机的研究

一种由两气缸组成的可变压缩比发动机,其特点是两气缸的曲柄机构反向转动,且共用同一燃烧室。理论分析了该可变压缩比发动机的燃烧室容积和气缸排量的变化规律,研制了原理样机。试验结果表明,该发动机的压缩比实现了在较大范围内的连续可变,且压缩比调节机构运行平稳可靠。     

EGR对可变压缩比SI发动机动力性和经济性的影响

基于一台可变压缩比SI单缸发动机,在不同EGR率(0~20%)、不同压缩比(8∶1~11∶1)条件下,对发动机动力性和经济性进行对比分析研究。结果表明:发动机的有效热效率、IMEP和功率在EGR率较小时变化均不明显,但随着EGR率继续增大,三者都迅速下降。而增大压缩比会使有效热效率、IMEP和功率在不同程度上都有所升高。同时,在全负荷或定负荷工况下,有效燃油消耗率总体上随EGR率的增大而升高,但在EGR率较小时变化比较平缓。随着压缩比增大发动机有效热效率越高,燃油利用率越高,有效燃油消耗率逐渐降低。     

发动机可变压缩比技术的探讨

汽油机部分负荷工况下,发动机的几何压缩比虽然不变,但由于进气量的减少而导致实际压缩比的下降,定量分析了这一工况下的损失构成。计算表明,由于实际压缩比的下降导致的损失较明显,因而必须重视发动机可变压缩比技术的应用研究。进一步提出了发动机可变压缩比技术方案应满足的基本要求并对现有的一些技术方案的特点进行了分析。     

辛烷值对汽油机性能的影响

在国-Ⅲ和国-Ⅳ汽油机上研究了辛烷值时汽油机动力性、燃油经济性、排放性能和燃烧特性的影响.试验结果表明:过高辛烷值会降低燃油经济性,尤其在中低负荷,97号汽油的有效燃油消耗率相对90号汽油最大升幅迭6.5%;提高辛烷值使带爆震控制系统的国-Ⅳ汽油机动力性得到改善,97号汽油的输出扭矩相对于90号汽油最大升幅达4.6%,但对未带爆震控制系统的国-Ⅲ汽油机动力输出无明显变化;而且高辛烷值会增加THC排放.通过示功图分析表明,高辛烷值汽油会抑制燃烧速率,使燃烧等容度降低,造成油耗和THC排放升高.     

EGR对可变压缩比SI发动机燃烧及排放特性的影响

基于一台可变压缩比火花点火(SI)单缸发动机,在不同废气再循环(EGR率为0~20%)、不同压缩比(8、9、10和11)下,对发动机燃烧和排放特性进行对比分析.结果表明:随着EGR率的增大,滞燃期和燃烧持续期变长,瞬时放热率曲线峰值减小并后移,缸内压力和最高平均燃烧温度降低.而增大压缩比则使滞燃期和燃烧持续期变短,缸内压力和燃烧温度升高.同时,NOx排放随EGR率的增大而降低,当压缩比为9时,20%,EGR率比无EGR时降低了92%,但随着压缩比增大NOx排放增多.CO和HC排放在EGR率较小时无明显变化,但随压缩比增大而减小,当EGR为5%,时,CO和HC排放最高降低7.8%和27%.     

汽油机可变涡流进气管对缸内涡流特性的影响

研制了一种阀片式可变涡流进气管,采用嵌入该结构的1.4 L汽油机三维模型,分析了汽油机可变涡流进气管对进气流通特性和缸内涡流特性的影响.计算结果表明,该结构可以对缸内涡流运动强度进行调节,能够使进气终了涡流比最大达到1.8;随着涡流强度增大,流量系数减小,满足了发动机不同工况对于流量系数和涡流运动的要求.经过稳流试验验证,计算结果与试验结果吻合较好.     

可变压缩比技术的研究与展望

解决动力性、燃油经济性及排放性能之间的矛盾一直是发动机技术研究的重点,而可变压缩比技术是解决这一矛盾的技术之一。主要介绍了发动机可变压缩比技术的概念、研发进展、实现方案、优点及存在的问题,对其未来的发展做了展望并提出了一些建议。     

可变压缩比摆盘柴油机的研究

本文综合分析了摆盘柴油机的特点。在此基础上提出了一种新的可变压缩比摆盘柴油机的设想。在这种柴油机上便于实现高增压,因而可能获得先进的重量和尺寸指标。     

一种连续可变气门升程机构试验

基于某汽油发动机开发一款具有升程异步开启及相位可变功能的连续可变气门升程机构。在缸盖试验台上测试该CVVL机构运动特性,测量多个凸轮轴转速下进气门的升程与偏心控制轴转角的关系,气门反跳验证以及在不同升程下气道数据采集。结果表明:该CVVL机构进气门实测升程与理论设计升程对比,效果良好,在凸轮轴转速3 000 r·min~(-1)以内,CVVL机构运行正常,未出现明显的气门升程曲线失真现象。