燃烧室抛光技术对汽油机经济性影响的研究

在一台单缸汽油机上,进行了燃烧室壁面抛光前后燃烧相位、燃烧持续期与平均指示热效率相互影响变化规律的试验研究。结果表明:单缸汽油机以化学计量空燃比、低负荷、低圧缩比运行时,抛光后的燃烧室传热损失减少、经济性改善,平均指示热效率从40.8%上升到了42.2%,而随着负荷的增大、压缩比的提高,抛光后燃烧室传热损失减小带来的爆震效果增强,燃烧相位推迟和燃烧持续期延长,最终导致平均指示热效率下降;当汽油机以稀薄燃烧模式运行时,平均指示热效率上升,最高热效率超过45%;当汽油机进入爆震区域以10.5 bar负荷运行时,抛光后燃烧室传热损失减少增强了爆震效果,导致平均指示热效率相比于抛光前总体下降。

国Ⅵ直喷汽油机颗粒数量及微观形貌排气输运演变特性

开展了某一国Ⅵ直喷汽油机三元催化转化器(TWC)前、TWC后、汽油机颗粒捕集器(GPF)后3个位置的颗粒物采样及微观形貌研究,分析了发动机工况、TWC、GPF对国Ⅵ直喷汽油机尾气颗粒数量、粒径分布、微观形貌的影响。结果表明,该直喷汽油机尾气颗粒数量排放整体上呈单峰分布,低转速小负荷工况下,粒径<23nm的颗粒数量较高。随着发动机转速和负荷的增大,峰值粒径向大粒径方向移动。直喷汽油机尾气颗粒物由“核‒壳”结构基本碳粒子堆积形成,呈链状、枝状、簇状等结构;负荷增大,颗粒物尺寸略有增大,基本碳粒子重叠度增强,分形维数增大;转速增大,颗粒物尺寸减小,基本碳粒子重叠度减弱,分形维数减小。随着排气输运的进行,颗粒数量逐渐降低;TWC不影响颗粒的粒径分布形态,颗粒数量净化效率41.6%~94.2%,对<23 nm的小粒径颗粒净化效果较好,低转速小负荷工况的颗粒数量净化效率较高;GPF的颗粒数量净化效率约80%,23~100 nm颗粒数量净化效率较高,对粒径<10nm的颗粒净化作用不大。TWC和GPF不影响颗粒物结构形式,TWC和GPF后颗粒物基本碳粒子重叠度减弱,分形维数减小。

阿特金森率协同废气再循环率对高效汽油机性能影响研究

为量化研究阿特金森(Atkinson,ATK)效应对高压缩比高效汽油机动力性和油耗的影响,提出一种综合考虑有效膨胀比和有效压缩比的ATK率(Ratk)定义,并在台架上开展了不同阿特金森循环方案对整机性能的影响研究。在较优方案基础上,基于最佳热效率(best thermal efficiency,BTE)工况,深入研究了不同ATK率协同外部冷却废气再循环(exhaust gas recirculation,EGR)率对油耗的影响规律。研究结果表明:随着Ratk的增加,标定点转矩呈先增大后快速降低趋势;BTE工况点油耗先快速下降,然后逐步趋缓;特征点油耗则呈现先增后快速降低的趋势。整体来看,方案最大Ratk从1.62提升至1.84,特征工况点油耗降低3.5 g/(kW·h),BTE点油耗降低2.5 g/(kW·h),标定点动力性下降3 N·m。此外,在BTE工况,ATK率与EGR率存在一定的协同关系,两者无法同时获得最大值,当ATK率处于中低位值时,可获得最佳的油耗表现。

预燃室点火式汽油机稀薄燃烧特性试验研究

基于测试试验台架对被动预燃室增压直喷汽油机在不同工况下的效率特性、燃烧特性、燃油经济性以及排放特性进行了研究。采用3次喷射策略形成稀薄燃烧环境(过量空气系数为1.3),发动机转速为2800 r/min,2000 r/min。结果表明:同一转速条件下,增压预燃室发动机在负荷增加时,有效热效率和有效机械效率呈上升趋势,但超过一定范围,有效热效率下降;CA10,CA50,CA75,CA90和最大爆震指数随负荷增大呈上升趋势,同时燃烧循环变动率也可以控制在0.35%以下;发动机转速为2800 r/min,较小负荷时的燃油消耗率最低可达242.1 g/(kW·h);NO_(x),HC和CO排放与发动机运行工况密切相关,随负荷增加呈现减少趋势,Soot排放可控制在0.13 mg/m^(3)。

碳烟累积对汽油机颗粒捕集器性能的影响

文章简单介绍缸内直喷汽油机内颗粒物的生成机理、汽油机颗粒物捕集器的结构、工作原理,综述GPF内碳烟累积对GPF捕集效率、背压和再生性能的影响,并对GPF未来的发展进行展望。

基于金属有机框架的汽油机冷启动碳氢化合物吸附和扩散性能的研究

为研究汽油机冷启动过程产生的碳氢化合物在金属有机框架上的吸附和扩散行为特性,建立金属有机框架(MOFs)的计算模型,并验证模型的准确性。然后,对比分析C2H4和C6H6组分在沸石与MOFs上的吸附性能。最后,采用蒙特卡罗和分子动力学方法,分析C2H4、C6H6及等物质的量比混合组分在ZIF-20、ZIF-67、ZIF-318这3种MOFs结构的吸附性能和扩散性能。研究结果表明:与沸石材料相比,MOFs具有更优异的碳氢吸附效果。3种MOFs结构中,ZIF-20对C2H4和C6H6具有最大的吸附量,其吸附量分别为202.1和187.8个晶胞。在ZIF-20中C2H4的吸附位点主要集中在β-笼,C6H6的吸附位点主要集中在α-笼和双四元环。而在ZIF-67和ZIF-318中的吸附位点主要集中在十二元环。C2H4和C6H6分别在ZIF-318和ZIF-20中的扩散最强烈,且C2H4在3种MOFs上的扩散系数明显比C6H6的扩散系数大。

汽油机冷机间歇性抖动问题的研究

汽油机冷起动后,催化器需快速达到较高温度,才能具有一定的转化效率。此阶段的控制策略往往是通过提高转速、减小点火提前角、加浓混合气等手段使排气温度迅速升高,但会影响到NVH性能和驾驶性。针对某汽油机催化器加热阶段严重的抖动问题,首先通过对源头和传递路径进行分析和排查,确认起燃阶段燃烧稳定性差是引起抖动的根本原因;然后对相关硬件进行排查,对多组控制参数下的座椅振动、燃烧稳定性进行扫描试验以及对排放进行摸底试验,寻求出一套排放和NVH性能均达标的控制参数;最后通过调整挡位转速控制策略,解决起步阶段突兀的驾驶性问题,使该汽油车型冷机怠速工况各性能指标均达标。

直喷米勒循环汽油机燃用甲醇/汽油燃料燃烧及排放特性分析

围绕高压缩比米勒循环发动机的热效率潜力及甲醇及甲醇/汽油混合燃料对燃烧过程和排放特性的影响进行了深入分析。通过试验对比分析,研究了不同压缩比下米勒循环与传统奥托循环的热效率,探究了甲醇燃料对发动机燃烧性能和排放影响的机理。结果表明,米勒循环在高速高负荷工况下相比奥托循环展现出更高的热效率潜力,同时能够提高对高压缩比的耐受性。试验所选2000 r/min、总平均指示压力(global indicated mean effective pressure,GIMEP)为0.66 MPa工况下,采用米勒循环后在压缩比分别为11.5和14.5时,指示热效率可相对于奥托循环提升约0.6和0.8个百分点。燃用甲醇/汽油燃料能够在保持负荷不变的情况下使燃烧相位提前,有助于进一步提升发动机指示热效率水平。当燃用纯甲醇时,高负荷工况下可显著改善燃烧过程,相比于汽油燃料,缸内最大压力增加约30%,指示热效率增加7.2个百分点,NOx排放明显升高,增幅达80%。此外,燃用甲醇燃料时核模态颗粒物数量显著升高,同时积聚模态微粒数量减少,不同模态微粒峰值均向小粒径方向迁移。

米勒循环汽油机燃用氢气燃烧及排放特性分析

基于一台高压直喷米勒循环汽油机加装氢气喷射系统,试验研究了发动机燃用汽油与氢气时燃烧与排放的差异。结合电子增压器,通过增大过量空气系数,探索氢气发动机超稀薄燃烧模式热效率潜力,分析了汽油机三效催化转化器对氮氧化物转化效率和NH3的影响规律。结果表明:大负荷工况下氢气发动机对爆震较为敏感,采用稀薄燃烧方式可进一步提升氢气发动机有效热效率水平。2500 r/min转速条件下,缸内平均有效压力(Brake mean effective pressure,BMEP,记为PBME)=0.8 MPa时,过量空气系数由1.0增大至3.0时,热效率值增幅可达30%,NO_(x) 排放降幅可达约98%,且当负荷进一步提升至PBME=1.1 MPa时,热效率突破43.0%。传统汽油机TWC对氢发动机NO_(x) 转化效率在偏浓工况下相对较高,且在偏浓工况下,TWC后会产生大量氨气,当混合气进一步稀释后NH3生成量显著降低。

不同米勒循环方案汽油机性能仿真与试验研究

本课题借助某1.5L自然吸气汽油机进行配气机构改型以实现米勒循环,基于一维软件计算选取不同凸轮型线,研究不同方案实现新机油耗及额定扭矩性能目标的差异。借助三维CFD软件,对选取配气组合方案建立缸内流动模型,计算流场分布,对火花塞附近流场、湍动能进行计算;计算出缸内压力和温度场分布,为开发试验提供必要的计算流体力学输入。另外,借助性能试验台,对改型后的样机开展了性能开发试验,验证了实际收益,最终实现了满足设计目标的方案选型。

水/蒸汽喷射时刻对汽油机燃烧和排放影响研究

通过由试验验证的型号为LJ465Q汽油发动机热力学模型,研究了缸内水和蒸汽喷射时刻对发动机性能和排放的影响规律。结果表明,在发动机2000r/min及全负荷下,喷射质量为9mg,喷射压力为10bar,喷射时刻为(-110~-60)°CA时,水喷射工况输出功率随着喷射时刻滞后逐渐减小,功率最大可提高0.71%,燃油消耗率可降低0.74%,喷水后减少了局部高温和局部过浓区域,有助于明显降低NOx排放,其最大降低了66.3%,HC排放有所增加;过热蒸汽喷射工况输出功率随着喷射时刻滞后逐渐增大,功率最大可提高1.7%,燃油消耗率可降低1.8%,NOx排放量随喷射时刻增大而减少,最大降低了55.2%,HC排放降低了15.4%。综上,缸内蒸汽喷射相比于水对发动机性能和排放的影响效果具有一定优势。

直喷汽油机高效颗粒捕集器技术及控制策略研究

为了适应国家排放法规对汽油直喷发动机颗粒物监测粒径逐渐减小的要求,根据汽油直喷发动机排放开发目标,设计不同的汽油机颗粒捕集器(GPF)技术方案,通过发动机台架试验、转毂试验的测试选型确定捕集效率高、背压小的最优方案。建立了基于发动机原排和压差的GPF控制策略,结合GPF测试选型数据标定GPF碳载量模型、再生效率模型等,实现再生工况识别并协调再生控制。通过WLTC排放循环验证GPF控制策略,最优方案的捕集效率满足排放开发目标,有效降低了汽油直喷汽油机的颗粒物排放。

基于SSA-LSSVM的汽油机点火提前角预测研究

为了提高汽油机点火提前角预测的精确性,从而改善发动机性能,构建了一种基于麻雀搜索算法(SSA)优化最小二乘支持向量机(LSSVM)的点火提前角预测模型。该模型通过SSA对LSSVM的正则化参数c和核函数参数σ进行优化辨识,提高模型自身的鲁棒性与泛化能力,使LSSVM的预测性能和泛化性均都达到最佳。运用汽油机试验数据对模型进行训练和预测,并将仿真结果分别与反向传播(BP)神经网络模型、径向基核函数(RBF)神经网络模型进行横向对比分析。仿真结果表明:SSA-LSSVM模型的预测值与试验值的平均相对误差(MRE)控制在2.5%范围之内,与常规的BP预测模型、RBF预测模型相比,MRE分别下降2.35%和1.56%,表明SSA-LSSVM模型具有更高的预测精度,更加适用于汽油机点火提前角预测。

某汽油机平衡轴测试工艺中齿轮间隙特性研究及优化

齿轮间隙是影响汽油机平衡轴可靠性的关键因素。本文基于控制变量法研究了平衡轴齿轮间隙的测量特性,并对平衡轴夹爪橡胶材料、平衡轴弹簧压紧力与coast力矩的匹配关系和平衡轴螺栓的拧紧工艺进行了优化。结果表明:齿轮间隙的合格率主要与平衡轴夹爪橡胶材料、平衡轴压紧力与coast力矩匹配关系和平衡轴螺栓的拧紧工艺有关,通过优化平衡轴夹爪橡胶材料,齿轮间隙的合格率从95.09%提升至97.11%,优化平衡轴压紧力与coast力矩匹配关系后,合格率提升了1.41%,进一步优化螺栓的拧紧工艺后,其合格率提升了1.26%,最终达到了99.78%,有效解决平衡轴齿轮间隙测试不合格的问题。

基于整车试验的汽油机油燃油经济性评价

本文采用基于整车转毂试验台和容积式油耗仪建立的燃油经济性整车试验方法,以中国石化润滑油有限公司的SN 5W-30汽油机油为参比油、SP 0W-20汽油机油为试验油开展了一系列燃油经济性试验。结果表明,整车试验具有良好的重复性;相较于参比油,SP 0W-20汽油机油的燃油经济性提升率达2.31%。基于温室气体对全球气候变暖的深远影响,世界各国为了有效应对气候变化的威胁,相继制定了《联合国气候变化框架公约》、《京都协定书》和《巴黎协定》三个国际法律文本,形成了全球气候治理格局[1],并提出了在本世纪下半叶实现温室气体净零排放这一目标,我国也相继推出了一系列乘用车燃料消耗量及排放的标准法规。

混动车用高效汽油机技术研究

阐述当前发展高效率混动车用汽油机的必要性,解读当前内燃机应用燃油车向混动车发展的趋势。分析当前市场丰田混动系统、本田双电机混动系统、日产的混动、大众系列和国产高效发动机的特点。总结当前先进发动机所应用的米勒循环、缸内直喷、稀薄燃烧、可变压缩比等技术,并说明不同技术对发动机带来的发动机热效率、机械磨损、燃油消耗、排放污染等方面的影响和不同技术组合使用的典型案例。

汽油机喷油嘴快速积碳方法及特征表征研究

基于吉利JLE-4G18TDB型1.8T汽油机,利用台架和光学三维轮廓测量仪对缸内直喷汽油机的积碳过程和喷油嘴积碳特征进行了探索,从积碳加速剂、长期燃油脉宽修正系数(LTFT)、汽油机循环工况3个方面着手,实现了接近实际道路情况的快速积碳,在汽油机不停机的状态下掌握了喷油嘴积碳情况,结合光学手段对喷油嘴积碳特征进行表征,在喷油嘴表面积碳不被破坏的情况下得到了积碳前后喷油嘴的体积数据、三维图像及积碳体积分布图,对燃油清净剂和燃油清净增效剂的评价起到了重要作用。

汽油机排放颗粒物微观特性及处理方法设计

使用透射电子显微镜(简称透镜)对道路试验得到的颗粒物样品进行拍摄获得排放颗粒物图像。发现缸内直喷汽油机在高海拔地区正常运行得到的排放颗粒物与在低海拔地区正常运行得到的颗粒物微观形貌特征大致相同。颗粒物大多数由基本碳粒子堆积而成,其中少数颗粒物夹杂着微量硫、氮等元素。颗粒物具有一些典型的微观形状,如云状颗粒物、海拔等高线颗粒物以及枝状颗粒物等。设计了分形维数、灰度值、灰度直方图3类处理排放颗粒物图像方法,并运用了Matlab和Python语言编程实现了对颗粒物图像的处理。处理得到分形维数在1.81~1.88之间,与低海拔试验得到的分形维数(1.58~1.80)相差较大;灰度值在93~196之间,其中5 nm图像灰度值范围在93~124之间、50 nm图像灰度值范围在100~146之间、100 nm图像灰度值范围在99~161之间、200 nm图像灰度值范围在136~158之间以及500 nm图像灰度值范围在180~196之间。经过对比分析发现,50 nm图像的灰度直方图出现的灰度值频率呈正态分布,其余倍数的图像灰度值频率分布混乱。

基于GT-POWER的电控汽油机空燃比控制研究

本文对电控汽油机排气歧管进行了改进,在各缸排气歧管上安装了宽域氧传感器(UEGO),精确测量排气当中的氧含量,进而闭环控制电控汽油机每个气缸的空燃比(AFR),研究出电控汽油机空燃比控制精度提升方法,并应用GT-POWER软件进行建模仿真。仿真结果表明,在PID控制器作用下,空燃比值始终保持在相对稳定的范围。

预燃室结构参数对汽油机稀薄燃烧的影响

基于研究型热力学单缸机研究了压缩比(CR)对预燃室射流点火汽油机超稀薄燃烧热效率的影响,探索了预燃室结构参数对发动机燃烧及排放的作用规律.试验中选取发动机常见最低燃油消耗率工况(转速为2750 r/min、平均指示压力(IMEP)为1.05 MPa),通过调节进气量及循环喷油量改变过量空气系数(φa),结果表明:压缩比由12.48增大至16.40,相同过量空气系数对应的指示热效率(ITE)呈递增趋势,同时最佳指示热效率点对应的φa有所升高.当压缩比为12.48时,指示热效率峰值点对应的φa为1.8,指示热效率为47.1%;CR提升至16.40时,指示热效率峰值点对应的φa提升至2.8,对应的指示热效率提升至50.1%.此外,对比预燃室结构参数对燃烧过程影响可知,采用射流锥角为120°、喷孔面积为6.8 mm^(2)的直孔结构设计能更有效地提高缸内燃烧速率,有利于抑制爆震,在超稀薄模式下燃烧稳定性较优,并有利于降低未燃碳氢(UHC)、CO和NO_(x)排放.