四变量气门执行机构可控自燃汽油机稳态性能及过渡过程

利用一维循环模拟软件GT-Power,在Matlab-Simulink环境中建立了带有进、排气门升程及定时都可调节的四变量气门执行机构(4VVAS)的汽油机可控自燃(CAI)燃烧仿真试验平台,对不同气门参数下4VVAS-CAI汽油机的稳态性能和过渡过程进行了预测和试验验证.研究表明,在4VVAS-CAI汽油机稳态运行过程中,不同的气门运动规律组合方式可以取得相同的汽油机负荷,但指示燃油耗(ISFC)不同.着火时刻是影响ISFC的关键因素,而在着火时刻相差不大时,进气回流和泵吸损失是影响ISFC的主要因素.在过渡过程中,合理地同时调节4VVAS的气门升程和定时更有助于实现汽油机负荷的快速过渡.     

HCCI汽油机缸内热力学状态的影响因素

缸内热力学状态对汽油机HCCI着火及燃烧过程有着决定性的影响本文在全可变气门机构单缸试验发动机上,系统研究了残余废气率、有效压缩比、空燃比、进气温度、冷却水温、进气流态以及发动机转速等参数对缸内热力学状态的影响规律．研究发现,在较大区域改变内部残余废气率时,HCCI燃烧存在热状态自稳定效应．内部残余废气、冷却水温、进气温度、空燃比、有效压缩比都可以作为控制HCCI燃烧缸内热力学状态的参数．通过对内部残余废气率、有效压缩比以及空燃比的协同管理,可以实现对缸热力学状态的快速管理,进而实现对汽油机HCCI燃烧相位的控制．     

汽油机连续可变进气凸轮轴相位策略的数值模拟

针对486Q汽油机连续可变进气凸轮轴配气相位系统的研制,采用发动机循环模拟数值方法研究连续可变进气凸轮轴配气相位系统的相位策略。数值模拟表明486Q汽油机在高负荷中低转速工况通过进气相位提前抑制进气在气门关闭时刻向进气道的倒流可有效提高循环进气量,使中低转速工况动力输出性能提高6%～8%,其结果与随后试验测试获得进气相位变化量一致。综合考虑燃油消耗率和有害排放物生成,数值模拟中等负荷工况进气相位参数的调节优化,通过进气相位提前,示例工况缸内残余废气系数可从9%增加到20%,NO排放量低减约80%,燃油消耗     

汽油机全可变气门机构的运行能耗

在汽油机中配置可变气门机构会改变因驱动气门机构而消耗的能量.为了研究全可变气门机构汽油机气门机构消耗的能量,在实验台架上测取了可变气门正时(VVT)、可变气门升程(VVL)执行器消耗的电能以及驱动气门机构的扭矩,并计算了驱动功率.实验结果表明,VVT及VVL电子执行器消耗的电能较小,气门机构驱动消耗机械能量相对较大.发动机转速为1,500,r/min,机油温度为60,℃时,气门升程从9,mm下降到1,mm,气门机构驱动功率从700,W下降到50,W.负气门重叠角负荷控制在发动机转速1,500,r/min,平均有效压力0.2 MPa时最高可节油18.8%,进排气门最大升程均较小是其节油的重要原因.     

缸内残余废气系数对汽油机性能的影响及测试方法研究

为研究缸内残余废气对汽油机性能及排放的影响,在1台单缸机上进行排气再循环(exhaust gas recirculation,EGR)扫描试验。为降低残余废气系数、测试成本并简化计算流程,提出1种两稳态传感器测量方法并推导简化数模。采用2个稳态压力传感器测取进气和排气压力,与气门开闭时刻、转速、预存的气门升程、气道流量系数联立求解得到残余废气系数。在1台先进乘用车汽油机上进行试验验证。研究结果表明:残余废气的热容及充量稀释作用降低了燃烧温度,减缓了燃烧速率,使10%～90%燃烧持续期和点火至50%燃烧位置点持续期明显延长;残余废气加热效应促进燃油雾化混合,热容作用降低了燃烧温度从而减少了散热损失,因此,高压循环指示热效率先略微增加,随后由于燃烧燃烧性能下降而迅速降低;残余废气可有效抑制NOX生成,但废气过多会导致HC和CO排放增加;本方法具有较高的预测精度,与三动态传感器方法相比,此方法可大大降低传感器成本,具有工程应用价值。     

新型独立压缩自由活塞发动机仿真研究

为了提高四冲程自由活塞发动机系统的性能,该文提出了一种独立压缩、进气热力学参数可控的工作循环方案。利用MATLAB/Simulink建立系统动态仿真模型,获得了系统的基本特性,并进一步分析了进气压力、点火位置、膨胀行程长度等参数对系统性能的影响。仿真结果表明:新循环通过进气增压将缸内顺序进行的进气、压缩过程改为气缸内、外同时并行进行,缩短了缸内进气与压缩行程,显著提升了系统有效效率与输出功率;点火位置的提前和压缩比的增大对有效效率的提升作用有限;加大膨胀行程长度可降低排气门的工作负荷。通过模型的仿真分析为样机的改进与试验提供了理论指导。     

浅谈气门间隙的调整

配气机构是发动机两大机构之一,其作用是按照发动机的工作循环和工作顺序的要求,定时的开启和关闭各缸的进排气门,配合发动机各缸实现进气、压缩、做功和排气的工作过程,如其性能不佳,会导致发动机的各种故障现象的产生,从而影响发动机的工作性能及整车的技术状态,因而保证配气机构性能完好,尤其是气门间隙的调整是一项重要的工作。     

四气门柴油机进气道流通特性的研究

每缸采用四气门的发动机能进一步降低排放,提高发动机的动力性和经济性,本文介绍了直喷式柴油机的四气门进气系统,分析了该系统在充气效率和燃烧方面的特点,文中作者进行了螺旋气道与不同流通面积的切向气道的组合试验,讨论了四气门进气系统进气道的流通特性及进气道不同进口流通面积对进气流量和涡流动量的影响,研究结果表明采用四气门进气系统,是气流通面积增加３％;另外,切向气道和螺旋气道的进气流量直接影响着缸内涡流     

新型发动机连续可变气门装置原理及分析

为了适应发动机不同工况对进气系统的要求,提出一种新型连续可变气门装置的原理及实现方法.新装置以液压作为驱动进气门运动的动力,其特色在于采用可控转角的调相凸轮调控进气门的相位、采用可控升程的气门升程调节器调控进气门的升程,据此实现发动机配气相位及气门升程的连续无级可变.对一台采纳新型配气机构的摩托车发动机进行了数学建模及仿真分析,结果表明:发动机进气迟闭角(IVC)的调节范围可达16～44℃A,进气早开角(IvO)的调节范围可达8～14℃A,进气门升程h调节范围可达0～7.825 mm,由此将配气机构的最佳适应范围拓宽至常用工况区域,从而有利于改善摩托车在中小负荷和中低转速区的性能,并为研制无节气门汽油机奠定了设计基础.     

基于优化动力技术的多缸汽油机均质混合气压燃/火花点火模式循环变动

摘要： 采用优化动力技术实现了四缸汽油机的均质混合气压燃（HCCI）稳定燃烧;统计分析了火花点火（SI）与HCCI模式的切换点,2种模式下在相同负荷时缸内、缸间的循环变动特点,以及HCCI燃烧向高负荷范围拓展的限制条件和解决方法.结果表明：在1 400 r/min的较低转速下,适当增加切换点负荷,可使切换后的HCCI燃烧更为平稳;当负荷相同时,HCCI模式下燃烧参数的循环变动系数显著低于SI模式,且其平均指示压力在缸内的循环变动系数小于2.5%,缸间的循环变动系数小于3.0%;各缸之间的燃烧参数存在规律性的差异,可采用重新布置进气管路和冷却水循环管路来解决;拓展HCCI负荷范围,必须采取降低进气温度和采用废气再循环的措施,以抑制着火时刻过早和放热率过大的情况发生.
关键词： 汽油机; 均质混合气压燃; 循环变动; 模式切换; 平均指示压力
中图分类号： TK 401文献标志码： A     

Atkinson循环汽油机小负荷燃油经济性优化

为优化汽油机小负荷区域燃油经济性,通过分析进气相位对汽油机小负荷工况燃油经济性影响规律。调整进气正时参数,推迟进气晚关角,优化进气门开启持续期,实现Atkinson循环发动机耗油率的下降。研究结果表明:采用Atkinson循环的发动机,在膨胀比增加的基础上,配合VVT及进气门开启持续期的调整,可以提升燃油经济性并降低泵气损失。提高几何压缩比由10.5增加到12.0,配合调整VVT和进气门开启持续期,利用曲柄连杆运动规律控制有效压缩比到10.7。选择进气门晚关角为下止点后100 CA、进气门开启持续期为270 CA时燃油经济性达到最优,对比原发动机性能效果改善17.96%,同时泵气损失降低13.96%。因此该优化方案为发动机油耗的改善,提供了一种有效的参考。     

汽油机分层废气再循环与稀薄混合气燃烧

为探索汽油机清洁燃烧技术途径 ,设计了 5气门汽油机馅饼状分层充气系统 ,试验对比了在分层充气前提下的稀燃和废气再循环对发动机排放特性的影响 ,并研究了两者叠加后对发动机性能的影响。试验结果表明 ,采用分层充气方式能够使废气再循环率达到 3 2 % ;在相同进气充量时 ,废气再循环与稀燃对改善 NOx 排放的效果基本相同 ;稀燃与废气再循环相结合可以获得比单纯稀燃或单纯废气再循环更好的综合性能 ,使 NOx 和 CO排放均降低到化学计量比无废气再循环情况下的排放指标的 10 %以下。稀燃与分层充气废气再循环相结合 ,简便可行 ,为研发低污染发动机提供了新思路     

摩托车发动机VVT系统控制策略的分析

针对中小排量摩托车发动机的特点，研制了可切换双进气正时参数VVT系统．以一维CFD计算为基础，建立了摩托车发动机VVT系统的循环仿真模型。在此基础上，对发动机怠速低负荷、中等负荷、低转速高负荷、高转速高负荷不同工况条件下VVTL（Variable Valve Timing and Lifting）运行模式的控制策略进行了详细探讨．结合JH125摩托车发动机所进行的研究表明，VVT系统可以在各种不同工况下实现发动机动力性、经济性以及排放性能的有效提高．     

进气门晚关与高压缩比技术在汽油机上的应用

针对混合动力汽车用发动机的特点,通过模拟和试验相结合的方法,研究了进气门晚关与高压缩比对汽油机部分负荷性能的改善作用以及由于发动机参数变化对外特性的影响.研究结果表明:部分负荷应用进气门晚关与高压缩比可在排放变化不大的前提下使发动机油耗降低4%~10%;进气门晚关控制负荷有效降低了泵气损失,配合几何压缩比的提高和点火提前角的优化,实现了较好的燃烧性能,提高了膨胀比;综合作用下使得有效热效率提高;较长进气持续期和较大几何压缩比的应用使得外特性扭矩降低2%~5%的同时,油耗平均5%.     

电喷汽油机冷起动及冷态怠速的排放控制

为了改善电喷汽油机冷起动及冷态怠速运转（即暖车过程）性能,自行研制了基于高能双火花塞点火的快速燃烧系统．实验结果表明,基于高能双火花塞点火的快速燃烧技术有助于汽油机冷起动工况的快速点燃、同时,由于对称布置的双火花塞缩短了火焰传播距离,提高了着火的机会,加快汽油机可燃混合气的燃烧放热效率、在保证稳定燃烧的前提下,可以在暖车过程中实现较大的点火延迟,迅速提高排气温度,缩短三元催化剂的HC起燃时间,实现改善电喷汽油机冷起动及冷态怠速过程排放特性的目的。     

变工况条件下HCCI/SI燃烧模式转换的实现

为了满足车用发动机的要求,在HCCI燃烧的运行范围之外,仍需要使用火花点火（SI）燃烧模式.目前HCCI/SI模式转换的方法和策略都是在相同工况下完成的,这增加了控制上的难度并会带来负荷波动.针对此问题,采用全可变气门机构结合外部废气再循环的方法,在变工况条件下,完成HCCI和SI燃烧模式的转化.并将HCCI燃烧模式中废气率调整负荷的方法延伸进SI燃烧控制中.由于在控制策略层面,采用模式过渡的方法,消除了HCCI/SI模式转换的概念,因而简化了控制策略.     

一种高效清洁燃烧纯甲醇燃料的新方法探索

在一台点火式电喷汽油机上进行了甲醇裂解燃料高效清洁燃烧的探索研究．研制了甲醇裂解装置和控制单元及其控制策略．发动机用汽油起动后,电控单元判别排气温度当其温度达到320℃以上时,电控单元自动从汽油燃料切换到甲醇裂解燃料下工作．在甲醇燃料模式下,通过ECU的标定,实现了自动运行．试验结果表明：与汽油和M20甲醇汽油相比,甲醇裂解燃料可以有效地提高点火式电喷发动机的效率,显著增高发动机的经济性,而且降低了尾气中有害气体排放．可见燃用甲醇裂解燃料是电喷发动机高效清洁燃烧的新方式．