活塞航空重油发动机发展现状

 中国的活塞式航空发动机使用的是航空汽油,其活塞航空重油发动机研制目前尚属空白,而研制该类发动机对中国通用航空、军事领域的发展具有重大意义。介绍了国外活塞航空重油发动机的发展现状,列举、对比了4种成熟机型的相关性能参数,阐述了中国在活塞航空重油发动机方面的研究现状。通过借鉴国外的先进技术,分析了中国在研究过程中出现的燃烧效率、控制系统等问题,提出了中国研发活塞航空重油发动机的关键技术难题,为中国通用航空领域的发展提供参考。     

基于AVL-BOOST的米勒循环发动机性能分析研究

传统奥托循环发动机的燃油消耗率较高,经济性较差,不能满足日益严格的油耗法规和混合动力汽车的要求,因此改善发动机燃油经济性变得日益迫切。在混合动力发动机上采用米勒循环、EGR(废气再循环)以及高压缩比等技术均有利于降低燃油消耗率。在新设计的进气凸轮工作转角下,研究了EGR率、气门正时、压缩比等主要因素对发动机进气过程、泵气损失、燃烧过程以及发动机性能的影响规律。结果表明:推迟进气门关闭时刻,有利于降低缸内燃烧压力和温度,进气门迟闭角每增大10°CA,缸内最大温度约降低120 K,但过大的气门晚关时刻会使缸内燃烧恶化,一定程度上削弱了由于泵气损失的降低对燃油经济型的改善。在2 000 r/min,外特性工况,270°CA进气凸轮工作转角下,压缩比为13时,发动机燃油消耗率达最低为253.1 g/(kW·h)。在2 000 r/min, 1.2 MPa工况,EGR率为5%时,燃油消耗率降到了235 g/(kW·h),相比原机,采用米勒循环技术后发动机经济性有较大改善。     

M60甲醇汽油发动机台架综合试验

在一台多点电喷汽油机上,对M60甲醇汽油以及纯汽油进行100,h发动机台架试验研究,通过动力性、燃油经济性、摩擦磨损性、清净性、润滑油等方面的对比分析,探讨M60甲醇汽油对普通电喷自然吸气式汽油机的影响.试验结果表明:在发动机参数未做任何调整的情况下,燃用M60甲醇汽油,动力性有所下降,燃油消耗率上升;发动机主要部件磨损量增大,磨损量平均高25%,~30%,;发动机的清净性略有提升,主要部件的高温沉积物略有增加;发动机润滑油的运动黏度变化较大,正戊烷不溶物含量上升明显,总碱值下降稍快.     

基于工况车辆燃油消耗的直观统计分析

针对传统汽车油耗高而难以有效分析其燃油消耗的详细特征,采用基于循环工况的发动机工作时间与燃油消耗率统计方法,分析了传统汽车发动机燃油消耗的详细三维分布特征.应用上述方法针对某传统客车在不同城市工况下进行仿真,统计其转速、转矩及其燃油消耗率时间历程,分析结果表明:发动机绝大多数工作点均落入低转速及低负荷区,并在这些工作区域内消耗太多的燃油.进一步指明了发动机节能设计的方向——发动机MAP的高效区域应向与实际工况相匹配的低速低负荷区移动以及通过混合动力技术减小发动机装机容量等措施,可为企业的产品更新和节能化设计提供实际指导.     

增压二甲醚发动机的参数优化

采用几种不同技术参数的喷油器和喷油泵,在改造后的车用增压柴油机上进行燃用二甲醚性能优化试验,在冷、热状态下评价了二甲醚燃料发动机的输出扭矩、功率、燃油消耗率以及尾气排放情况,分析了不同燃料温度和技术参数的喷油泵及喷油器对发动机性能及其尾气排放量的影响.结果表明:当二甲醚燃料温度逐渐上升时,发动机的扭矩和功率明显下降;在相同功率且采用同一规格喷油泵时,发动机的喷油器喷孔越小,NOx排放量越高、排温越低及燃料经济性越好;泵体强度较大的P8500喷油泵更适合于二甲醚发动机,在保持发动机功率输出不变的条件下,采用柱塞直径12 mm的P8500喷油泵,同时匹配喷孔孔径0.43 mm的喷油器,可使发动机的燃油经济性与NOx排放达到较好的折中.     

二冲程对置发动机工作特性研究

二冲程对置发动机以其良好的功重比广泛应用于无人机、无人车等领域,采用火花点燃的工作方式使之更适合采用汽油为工作介质。文中针对装备应用需采用航空煤油的技术需求,进行了不同介质（煤油和汽油）,不同喷射系统（夹气燃油喷射和气道喷射）之间的试验对比.结果表明：燃料同为汽油时,在不同节气门开度工况下,采用夹气喷射的发动机动力性优于气道喷射;只有夹气方式可以使煤油实现冷起动;进行了夹气煤油整机配机试验,在高转速工况下,节气门开度由30%提高至80%,发动机的功率和扭矩分别约增加了10 kW和65 N·m,工作过程与传统的火花点燃式发动机几近相同;最后探究了节气门控制在50%,夹气方式下煤油与汽油的性能差异对比,表明采用汽油燃料的动力性更优,功率和扭矩分别约增加了5 kW和35 N·m.     

二甲醚发动机掺烧液化石油气燃烧和排放特性的试验研究

在一台直喷二甲醚发动机上,进行了掺烧液化石油气(LPG)的台架试验,研究混合燃料中LPG的含量对二甲醚发动机燃烧和排放的影响。研究表明,随着混合燃料中LPG含量的增加,滞燃期延长、着火始点延后、燃烧持续期缩短,低负荷时变化更大。燃油消耗率随LPG含量增大先降低后增加,LPG含量过高或过低都会导致油耗率升高。在二甲醚中掺混30%LPG时油耗率最低,发动机经济性最佳。LPG对NO_x排放影响较为复杂,低负荷时,随LPG含量的增大;NO_x排放上升。中高负荷时,随LPG含量增大,NO_x排放先增大后减小。随着LPG含量增大,发动机HC排放略有升高,CO排放迅速增加;高负荷时CO排放增幅更大。研究结果为LPG燃料在压燃式发动机上的应用及改善二甲醚发动机的燃油经济性提供了试验指导。     

通道尺寸对热面点火天然气发动机工作过程的影响

针对缸内直喷压燃式天然气（CNG）发动机低负荷循环波动大及高负荷NOx排放偏高的问题,设计开发了涡流室式热面点火燃烧系统,研究了涡流室通道尺寸对缸内天然气空气混合气形成、着火燃烧及发动机运转特性的影响．结果表明：选择直径较大的涡流室通道,发动机起动性能较好且缸内混合气燃烧持续期短,对改善发动机的有效热效率有利;选择直径较小的涡流室通道,主副燃烧室内混合气的浓度分层效果明显,能够实现两级燃烧过程,有利于降低发动机循环波动,扩展功率范围及改善NOx排放。     

压燃式自由活塞直线发电机工作过程数值仿真

为研究压燃式自由活塞直线发电机的动力学特性,对其启动和稳态工作过程进行了数值仿真计算,并对自由活塞直线发电机的负荷特性和频率特性进行了分析.结果表明,与曲柄连杆式发动机相比,自由活塞发动机在其上止点附近有非常大的加速度,使得在上止点附近压缩行程较慢和膨胀行程较快.随着系统输出功率的提高,自由活塞发动机的缸内峰值压力、压缩比及指示效率不断下降;而直线电机载荷系数、峰值电磁力及循环加入能量不断增加.随着系统的运转频率不断提高,直线电机的载荷系数不断降低,最大峰值电磁力将在中间某一工作频率取得;而活塞平均速度、自由活塞发动机的指示效率和系统输出功率不断增加.     

二甲醚发动机掺烧LPG燃烧和排放特性的试验研究

在一台直喷二甲醚发动机上进行了掺烧LPG的台架试验,研究混合燃料中LPG的含量对二甲醚发动机燃烧和排放的影响。研究表明,随着混合燃料中LPG含量的增加,滞燃期延长,着火始点延后,燃烧持续期缩短,低负荷时变化更大。燃油消耗率随LPG含量增大先降低后增加,LPG含量过高或过低都会导致油耗率升高,在二甲醚中掺混30%LPG时油耗率最低,发动机经济性最佳。LPG对NO_X排放影响较为复杂,低负荷时,随LPG含量的增大,NO_X排放上升。中高负荷时,随LPG含量增大,NO_X排放先增大后减小。随着LPG含量增大,发动机HC排放略有升高,CO排放迅速增加,高负荷时CO排放增幅更大。该研究结果为LPG燃料在压燃式发动机上的应用及改善二甲醚发动机的燃油经济性提供了试验指导。     

单活塞式液压自由活塞柴油机冷启动过程研究

基于所研制的单活塞式液压自由活塞柴油机原理样机,对冷启动过程中的循环波动进行了试验研究.研究结果表明,约150循环后发动机完成冷启动过程,进入稳定工作状态.冷启动过程中,随着工作循环数的不断增加,下止点位置、反弹量和停留位置的波动逐渐减小;气缸内最大燃烧压力值逐渐减小;压升率极值波动较大并大于临界值.稳定运转后,最大压升率波动减小并趋于稳定;燃烧放热率峰值随工作循环数的增加有所降低,速燃期持续时间没有明显变化;缓燃期和后燃期持续时间逐渐增加;燃烧过程逐渐趋于稳定.     

车用M15甲醇汽油燃料的动力性和排放特性试验研究

通过总功率、稳定工况全负荷特性、道路和尾气排放试验研究汽车燃用低比例M15甲醇汽油的动力性、燃油经济性和外排放特性。结果表明:M15甲醇汽油的动力性、加速性能、总有效功率以及最低燃油消耗率(发动机转速2000~3200 r/min)与普通国标93#汽油相当;汽车燃用M15甲醇汽油的油耗略高于普通93#汽油,与国标汽油的替代比约为1.02;燃用M15甲醇汽油汽车尾气中未燃尽氢碳化合物的排放量比燃用普通汽油下降了12%~61%,CO的排放量下降了18%~75%,起亚、金杯车氮氧化合物的排放量增加了1.0%~12%,而帕萨特车氮氧化合物的排放量减少34.1%;汽车尾气中非常规排放物甲醛略低于燃用普通93#汽油,这与车型、车况、M15甲醇汽油添加剂技术不同有关。     

含醇汽油的燃烧与排放特性对比试验研究

为研究汽油分别掺混甲醇、乙醇、正丁醇和异丙醇-正丁醇-乙醇(IBE)的燃烧与排放特性,在1台进气道喷射型点燃式发动机内分别将不同醇体积分数和不同工况下的含醇汽油进行对比试验研究。研究结果表明:含醇汽油的燃烧相位比纯汽油的燃烧相位提前且随醇体积分数增大更提前,故应推迟点火;含醇汽油的有效热效率除IBE(异丙醇-正丁醇-乙醇)外均下降,而有效燃油消耗率均升高,IBE-汽油的有效燃油消耗率最低;含醇汽油的CO排放在稀燃时随当量比增大而升高,与纯汽油相比,甲醇-汽油的UHC排放升高,而乙醇-汽油、正丁醇-汽油的UTC排放量降低,IBE-汽油的UTC排放量最低;含醇汽油的NOx排放量均比纯汽油的NOx排放量低,甲醇-汽油的排放量最低;相比纯汽油,IBE30的燃烧相位有较大提前,且IBE30与纯汽油的燃烧相位的差距随当量比(即可燃混合气中理论上可完全燃烧的实际含有的燃料质量与空气质量之比)和平均有效压力的增大而减小,有效热效率略高,CO,UHC和NOx排放量均较低;IBE有望成为良好的汽油代用燃料。     

部分流颗粒捕集器效率及对发动机性能的影响

颗粒捕集技术是降低柴油机颗粒物排放的最有效的手段之一,但是加装部分流颗粒捕集器后会对柴油机的性能产生一定影响。本试验在发动机台架上进行了柴油机的欧洲稳态循环（ESC）测试,随着捕集器内沉积颗粒物的增多,分析了捕集效率对柴油机排气背压、燃油经济性以及排放特性的影响。试验结果表明：加装部分流颗粒捕集器后柴油机 NOX排放变化不明显,但是随着沉积颗粒物的增多,最终燃油消耗率增加4％左右,排气背压上升约9 kPa。     

燃烧与供油系统参数对二甲醚发动机热效率的影响

采用一部分二甲醚(DME)燃料在发动机进气管与空气预先混合形成均质混合气进入气缸,另一部分DME在压缩行程末期利用压燃式发动机的燃油喷射装置喷入燃烧室实现部分预混充量压缩着火与燃料直接喷射(PCCI-DI)燃烧,开展了燃烧与供油系统参数对DME PCCI-DI发动机热效率影响的试验研究.结果表明:在DME进气引导量为每循环31.6 mg的条件下,采用5孔、φ0.32 mm的喷油嘴,16 MPa的启喷压力,较低的涡流比和推迟喷油,可改善TY1100 DME PCCI-DI发动机的热效率,使发动机在较宽广的转速和负荷范围内稳定运转.     

功率分流式无级变速器的整车经济性研究

应用仿真计算与样机测试相结合的方法研究了装备新型功率分流式无级变速器(PSCVT)的经济型轿车的燃油经济性.对变速器进行了数学建模并将其嵌入到汽车基本性能仿真软件ADVI-SOR的运行环境中,通过二次开发建立了装备该变速器的整车基本性能仿真模型.应用实测的原理样机性能数据,仿真计算了城市循环工况下的整车燃油消耗量,并与原车装备五挡手动变速器时的油耗进行了对比.结果表明:在动力性能保持不变的情况下,整车燃油消耗率得到了较大的降低.最后,对PSCVT的节能机理、控制策略以及与整车匹配的评价准则等进行了分析探讨.     

喷油器喷孔积碳对柴油机燃烧特性影响研究

使用光学电子显微镜,对比分析了新喷油器和积碳喷油器的喷孔形貌。图像表明:喷油器喷孔积碳后,喷孔出口有明显的不规则积碳,喷孔圆度发生变化,喷孔结构改变;喷孔内部粗糙度增大,有少量不规则积碳。利用单缸柴油机试验台架,分别使用新喷油器和积碳喷油器进行了外特性燃烧试验,分析了燃烧特性的变化规律。试验结果表明:喷油器喷孔积碳后,柴油机功率、扭矩下降,小时油耗、燃油消耗率增大,发动机动力性、经济性下降;由于积碳影响雾化质量,导致燃烧状况变差,缸内压力有所下降,同时造成滞燃期增长,预混合燃烧阶段放热量增多,压升率与放热率峰值明显增大,燃烧过程粗暴,排气温度升高。     

二次喷射对火花辅助压燃燃烧及爆震特性影响的试验研究

火花辅助压燃(SACI)是一种由火焰传播诱导未燃混合气自燃的新型燃烧方式.但SACI爆震现象限制了热效率的进一步提升.针对这一问题,基于一台高压缩比缸内直喷汽油机,首先对SACI燃烧及爆震界定进行了分析;然后开展了二次喷射策略对SACI燃烧及爆震特性影响的试验研究.结果表明:火花点火是SACI燃烧的一个重要环节,点火过于提前会导致SACI爆震的产生.SACI爆震的压力振荡幅值(MAPO)要高于SI爆震且分布更加离散.二次喷射在燃烧室内可以形成不同的燃油浓度分层,对SACI有良好的爆震抑制效果.当采用喷射比例4∶1、一次喷射时刻300°,CABTDC、二次喷射时刻140°,CABTDC时,通过对爆震的抑制获得最优燃烧特性,循环变动系数降低了1.18%,,有效燃油消耗率降低了约3.11%,有效热效率提高了1.05%.     

实用专利

一种新型内燃机专利号 :ＺＬ0 1 2 77869.9本实用新型采用大胆设计 ,去除了传统活塞内燃机的曲轴、连杆、平衡轮及配气机构 ,减少了相互摩擦部件数量。又由于其独特的结构 ,因而具有热效率高、比重量小、体积功率大、扭矩及转速适应性系数高等优点。因其结构简单 ,制造、维护成本可大幅降低。它与传统活塞发动机相比 ,具有比重量小、构造简单、适于高速运动的特点 ,与三角转子发动机相比 ,具有气密性好、使用可靠性及耐久性高的特点。可广泛用于摩托、汽车、船艇、航空行业。联系地址 :(2 15 5 0 0 )常熟市海虞南路 6 2号联系人 :徐先生联系…     

聚甲氧基二甲醚及其高比例掺混柴油混合燃料发动机燃烧与排放的试验研究

为研究聚甲氧基二甲醚(PODE)及其高比例掺混柴油混合燃料对发动机燃烧与排放的影响,在一台高压油泵柱塞直径加大的云内动力2102QB柴油机上开展了柴油、PODE及30%、50%质量比掺混柴油混合燃料的燃烧与排放试验研究。发动机燃用纯PODE时排气无烟,相对于柴油,其有效热效率最高提升9.67%,并使总未燃碳氢(THC)和CO排放分别降低了50%及60%,而NOx排放增加不超过10%,因此PODE可以单独作为柴油的替代燃料。30%、50%掺混时发动机经济性略有提升,同时排气烟度及CO、THC排放均有较大幅度的改善。缸压分析燃烧过程显示,柴油中添加PODE后燃烧性能改善,滞燃期和燃烧持续期略微缩短,发动机的有效热效率提高。研究结果还表明,PODE与柴油按质量比30%掺混,可以显著降低排气烟度和有害气体排放,而不需要改变发动机的燃油供给系统。