稀释方式与进气包角对发动机影响的试验研究

基于1台带有低压废气再循环系统(EGR)的涡轮增压直喷汽油发动机,使用2种进气凸轮包角,首先研究了米勒循环部分负荷燃烧特性,之后研究了米勒循环、奥托循环耦合EGR、稀薄燃烧(简称稀燃)等技术的节油潜力。结果表明,米勒循环在部分负荷节气门开度大、进气压力高、泵气损失小,燃烧重心提前,燃烧持续期变长,排气温度上升,能减少有效燃油消耗率(BSFC),但随着负荷的增加,节油能力下降。米勒循环的进气包角小,进气时间短,进气门升程低,进气门处的节流损失大,导致米勒循环的缸内滚流比、湍动能、缸内湍流速度与活塞平均速度的比值(U_(prime)/C_m)大幅下降。米勒循环与奥托循环发动机稀燃的节油能力均大于EGR。由于米勒循环缸内主要流动参数低于奥托循环,米勒循环在搭配EGR技术和稀燃技术时的燃油经济性改善程度明显低于奥托循环。米勒循环机型的后续优化方向是提高缸内滚流强度。     

废气再循环对车用汽油机热功转换过程的影响

为提高车用汽油机部分负荷下的燃油经济性,探讨了废气再循环(EGR)对汽油机热功转换过程的影响。基于某款汽油机的性能试验数据,搭建并标定其仿真模型,研究了多种部分负荷工况下EGR对汽油机性能的影响。结果表明:就换气循环而言,随着EGR率的增大,进气压力增大,泵气平均有效压力(PMEP)减小,未冷却的EGR对PMEP减小的幅度更大;就高压循环而言,燃烧温度下降导致传热损失下降,从而使高压循环热效率增加。由缸内热平衡分析可知,有效热效率的提高主要依赖于缸内传热损失的减小,其次才是泵气损失的减小。在1 300r/min、0.295MPa时,采用20%的EGR率可以使有效热效率提升4.5%。     

外部EGR技术在高压缩比米勒循环发动机上的试验研究

为兼顾米勒循环发动机高负荷动力性和部分负荷燃油经济性,在高压缩比米勒循环发动机上应用外部EGR技术,通过将发动机的部分废气重新引入气缸实现对部分负荷燃烧过程的优化控制,改善发动机的燃油经济性和排放性能。在一台高压缩比米勒循环发动机上,将不同比率的废气重新引入气缸,探究外部EGR技术对高压缩比米勒循环发动机的性能和排放的影响。研究结果表明:在高压缩比米勒循环发动机上应用外部EGR技术,可有效降低发动机部分负荷下的泵气损失,改善燃油经济性,整车百公里油耗改善2.11%;同时可降低缸内最高燃烧温度及含氧量,大量减少NOx排放,部分工况点甚至可降低88.5%。     

EGR对增压进气道喷射汽油机的影响研究

通过对某款直列四缸涡轮增压进气道喷射(PFI)汽油机加装低压废气再循环(EGR)回路,研究了不同EGR率对汽油机的燃烧、泵气损失、排放、油耗等方面的影响。试验过程中保持供油量和理论当量空燃比不变。研究结果表明:汽油机在燃烧过程引入低压EGR,能够减少其固有的泵气损失;排气内的CO含量有所下降,但缸内出现了容积淬熄使排气内HC含量有所升高,而燃烧效率有一定提高;EGR降低了燃烧温度,使得NO_x排放明显下降;应用合适EGR率并配合合适的点火角,能够有效地提高汽油机的热效率。     

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。     

电增压及废气再循环共同作用下对降低汽油机燃油消耗率的试验研究

为降低增压米勒循环发动机燃油消耗率,对一台1.5L增压直喷汽油机进行改制,提高其压缩比与进气滚流,进行了电动增压与废气再循环(exhaust gas recirculation,EGR)降低燃油消耗率(brake specific fuel consumption,BSFC)的试验研究。试验结果表明:高压缩比EGR方案能大幅降低发动机燃油消耗率,燃油消耗率下降5.0%～13.6%。最高有效热效率达到41.2%,这主要得益于传热损失、换气损失的减少和膨胀做功的增加。提高EGR率能减少传热损失与提前燃烧重心,这是燃油消耗率降低的主要原因。提高EGR容忍度的关键是优化燃烧组织以减小点火滞燃期和燃烧持续期。     

米勒循环在小型增压汽油机典型工况的应用研究

针对某3缸增压小型化汽油机,基于一维和三维发动机循环仿真,分别研究了进气门早关(EIVC)和进气门晚关(LIVC)两种米勒循环形式对发动机油耗、爆震及燃烧特性的影响。结果表明:两种米勒循环形式均能有效降低全工况范围的燃油消耗率,平均降幅约为8%。与LIVC相比,低负荷时EIVC具有更大的节气门开度和进气压力,故泵气损失相对较小,具有更好的燃油经济性;而在高负荷区域,EIVC会显著降低缸内滚流和压缩终了时的湍动能,导致燃烧变慢,CA50相比LIVC滞后2.5°曲轴转角,燃油经济性和爆震抑制作用较差。     

米勒循环和废气再循环对涡轮增压汽油机燃烧性能的影响和优化

为了研究米勒循环和废气再循环对高负荷和最佳油耗点燃烧性能的影响,通过修改进气凸轮型线,将一台1.5L采用废气再循环的涡轮增压直喷汽油机由奥托循环改为米勒循环运行。试验结果显示,在对米勒循环和奥托循环两种不同运行方式进行的对比试验中,在低负荷下,米勒循环的泵气损失比奥托循环小。随着负荷的增加,米勒循环的影响开始减小,与奥托循环泵气损失的差异逐渐变小,阻碍米勒循环热效率的改进。此外,米勒循环还降低了压缩终了温度,从而增加了燃烧持续期和排气温度,使其难以提高最佳油耗点的燃油经济性。就废气再循环对米勒循环和奥托循环的影响也进行了对比试验。随着废气再循环率的增加,两种循环的热效率均呈现先升后降的趋势。但采用米勒循环减少了进气时间和气门升程,大大降低了缸内滚流比和湍动能,从而延迟了已燃50%质量分数对应的曲轴转角(MBF50)并延长了燃烧持续期,这使其在高负荷下的热效率和燃油经济性均低于奥托循环。     

不同增压方式下EGR对高压共轨柴油机燃烧和排放的影响

在一台电控高压共轨柴油机上,采用单级增压、两级增压和可变几何截面增压3种增压方式,进行了高压冷却废气再循环(EGR)的燃烧与排放试验研究.结果表明,柴油机采用可变几何截面增压时,涡前与进气压差较低,泵气损失小,具有良好的燃油经济性;大负荷、等EGR率情况下,单级增压、两级增压和可变几何截面增压的缸内最大爆发压力和主燃烧...     

高/低压EGR对汽油机和增压器影响的试验研究

在一款涡轮增压汽油缸内直喷(gasoline direct injection,GDI)汽油机上进行了高压(HP)废气再循环(exhaust gas recirculation,EGR)和低压(LP)EGR对发动机和增压器性能影响的试验研究。分别对比了HP EGR和LP EGR系统在外特性和部分负荷工况对发动机燃烧、油耗、进排气的影响及增压器相应的工况变化,并分析了出现这些变化的原因。结果表明,汽油机EGR系统能够优化缸内燃烧,减少泵气损失,从而降低油耗。低压EGR系统在部分负荷工况热效率比高压EGR更高,主要原因为低压EGR系统的涡轮增压器可利用的尾气能量更多,且进入发动机的废气温度较低,能进一步优化缸内燃烧。     

冷、热EGR对柴油机性能、燃烧及排放特性的影响

为在保持柴油机动力性和经济性能的同时有效改善其排放性能,在一台4缸柴油机上针对6、12、24mg循环喷油量的负荷工况(记作低、中、高负荷)对比研究了冷、热废气再循环(EGR)对性能、燃烧及排放特性的影响。结果表明:EGR的引入减少了新鲜进气量,整体上延长了滞燃期,减缓了燃烧放热速率,降低了压力升高率;热EGR提高了进气温度,使低负荷时的碳氢化合物(HC)排放显著降低,热效率提高,而高负荷高EGR率时由于过量空气系数偏低引起了热效率的明显降低,对最大压力升高率的降低作用也弱于冷EGR;随着EGR率的提高,三种负荷下的氮氧化物(NO_x)排放均大幅度降低,碳烟排放在低、中负荷时较低,而在高负荷时则明显升高,NO_x与碳烟排放之间出现此消彼长的矛盾趋势。冷的高EGR率下的碳烟排放升高幅度减小,有效地缓解了这种矛盾。综合分析低、中、高负荷下的热效率及排放,低负荷时为提高热效率宜采用热EGR,高负荷时为降低过高的压力升高率并兼顾热效率则更适合采用冷EGR。     

直喷汽油机采用不同缸内稀释技术的性能研究

针对一款4缸1.5L废气涡轮增压缸内直喷汽油(GDI)发动机,进行了废气再循环(EGR)缸内稀释燃烧技术、空气缸内稀释燃烧技术与原机燃烧的经济性、排放特性对比试验研究。研究了不同缸内稀释技术对发动机性能和排放影响的变动规律,并对比分析了相同稀释率下、采用不同稀释技术时发动机的性能变化。结果表明:空气稀释率在49.5%时比油耗相比原机下降6.2%,而EGR稀释率在20.5%时经济性改善4.2%,在相同稀释率时,EGR稀释可采用更为提前的点火角实现更优的燃烧相位,但空气稀释所带来的多变指数提升使其经济性优于EGR稀释,且发动机燃烧系统对空气稀释程度具有更强的容忍性;NOx排放在空气稀释率为11.0%时达到峰值水平,随后随着稀释率的提高不断下降,而EGR稀释的NOx排放随着稀释率的提高持续大幅下降;空气稀释的CO排放水平远低于原机,EGR稀释的CO排放随着稀释率的增加而略有下降;对于HC排放,空气稀释的排放量低于EGR稀释,而当空气稀释率由49.5%增加为68.0%时,HC排放出现较大幅度上升。     

1.5L汽油机气缸盖冷却水套的结构改进与分析

为了提高某1.5L自然吸气汽油机的经济性和降低排放,增加了EGR模块,使气缸盖冷却水套结构发生了变化。本文应用PRO/E三维软件和FIRE软件进行了该机气缸盖水套结构改进设计和数值模拟,得到了冷却液流速分布、换热系数分布、压力损失等信息。与现生产的气缸盖水套分析结果进行了对比,提出了缸盖水套结构改进措施,有效改善了气缸水套的换热能力和流量均匀性。     

Improvement of engine performance with high compression ratio based on knock suppression using Miller cycle with boost pressure and split injection

In theory, high compression ratio has the potential to improve the thermal efficiency and promote the power output of the SI engine. However, the application of high compression ratio is substantially limited by the knock in practical working process. The objective of this work is to comprehensively investigate the application of high compression ratio on a gasoline engine based on the Miller cycle with boost pressure and split injection. In this work, the specific optimum strategies for CR10 and CR12 were experimentally investigated respectively on a single cylinder DISI engine. It was found that a high level of Miller cycle with a higher boost pressure could be used in CR12 to achieve an effective compression ratio similar to CR10, which could eliminate the knock limits at a high compression ratio and high load. To verify the advantages of the high compression ratio, the fuel economy and power performance of CR10 and CR12 were compared at full and partial loads. The result revealed that, compared with CR10, a similar power performance and a reduced fuel consumption of CR12 at full load could be achieved by using the strong Miller cycle and split injection. At partial load, the conditions of CR12 had very superior fuel economy and power performance compared to those of CR10.     

Active fuel design—A way to manage the right fuel for HCCI engines

Homogenous charge compression ignition (HCCI) engines feature high thermal efficiency and ultralow emissions compared to gasoline engines. However, unlike SI engines, HCCI combustion does not have a direct way to trigger the in-cylinder combustion. Therefore, gasoline HCCI combustion is facing challenges in the control of ignition and, combustion, and operational range extension. In this paper, an active fuel design concept was proposed to explore a potential pathway to optimize the HCCI engine combustion and broaden its operational range. The active fuel design concept was realized by real time control of dual-fuel (gasoline and n-heptane) port injection, with exhaust gas recirculation (EGR) rate and intake temperature adjusted. It was found that the cylinderto- cylinder variation in HCCI combustion could be effectively reduced by the optimization in fuel injection proportion, and that the rapid transition process from SI to HCCI could be realized. The active fuel design technology could significantly increase the adaptability of HCCI combustion to increased EGR rate and reduced intake temperature. Active fuel design was shown to broaden the operational HCCI load to 9.3 bar indicated mean effective pressure (IMEP). HCCI operation was used by up to 70% of the SI mode load while reducing fuel consumption and nitrogen oxides emissions. Therefore, the active fuel design technology could manage the right fuel for clean engine combustion, and provide a potential pathway for engine fuel diversification and future engine concept.     

稀燃和EGR对汽油发动机性能影响研究

基于一台带有低压废气再循环系统的1.5 L涡轮增压直喷汽油发动机进行了稀燃和废气再循环(EGR)影响发动机燃烧性能的试验研究。结果表明,随着稀释率的上升,EGR和稀燃均导致发动机滞燃期、燃烧持续期延长,燃烧重心提前,有效燃油消耗率下降,排气温度下降,平均绝热指数上升。相同稀释率下,相比稀燃,EGR的滞燃期长,燃烧重心提前,两者燃烧持续期基本相等,稀释极限低,绝热指数小,排气温度低。在稀释率分别为20%、35.9%时,最大可减小有效燃油消耗率4.7%、7.2%。热容对燃油经济性的影响占主导地位,相同稀释率下,循环变动系数小于3%时,相比稀燃,EGR具有更好的燃油经济性。