V型发动机产品及技术发展综述

为进一步促进我国V型发动机产品性能提升及核心技术发展,通过对宝马、奔驰、奥迪及一汽红旗等V型发动机产品研发情况的文献资料进行归纳和总结,分析了其在燃烧组织、进排气管理、高效增压、燃油喷射及冷却与润滑等方面的技术发展变化;同时,结合双碳任务需求提出了V型发动机产业及核心技术未来发展与布局方向。

基于双碳战略目标的乘用车动力总成多元化技术路线研究

“碳达峰”与“碳中和”战略目标给乘用车减碳带来巨大挑战,因此制定乘用车减碳技术路线是未来汽车产业可持续发展的战略任务。首先,分析从现在到2060年乘用车新车产量、存量和报废率数据以及电力行业碳排放强度数据。然后,梳理了乘用车不同动力源碳排放数据,建立不同动力源乘用车碳排放分析模型、评价维度和评价指标。最后,分析了单一动力技术减碳敏感性。结果表明,纯电动汽车、插电式混合动力汽车和混合动力汽车技术在快速降低乘用车碳排放、实现“碳达峰”进程中扮演重要角色,碳中性燃料动力和燃料电池汽车技术在实现“碳中和”进程中更具有优势。研究表明,实现“碳达峰”和“碳中和”动力总成需要多源化技术路线组合及相应的技术导入窗口期,基于技术中立的从“双积分”到“碳积分”政策法规的转变是实现乘用车“双碳”技术路线的重要保障。

喷射比对汽-柴油双燃料压燃发动机燃烧及微粒排放特性的影响研究

在一台车用高压共轨增压柴油机上,基于均质混合气引燃(HCII)燃烧模式,采用进气道喷射汽油、缸内两段直喷柴油的双燃料部分预混的燃烧策略,探究了喷射比对不同负荷下汽-柴油双燃料发动机的燃烧及排放的影响。结果表明:小负荷时,随着喷射比增加缸内压力和温度下降,燃烧恶化;中高负荷下较高的喷射比可以改善缸内燃烧过程,小幅度提高动力性和经济性;试验负荷下,随着喷射比的增加,NO x排放降低;双燃料发动机较原机拥有更优的微粒排放特性,且随着喷射比的增加效果更加明显。

不同EGR形成方式对汽油机性能影响的仿真研究

利用GT-Power软件仿真探讨了降低排气门升程、提前和推迟排气正时、提前进气正时4种方式形成的内部废气再循环(EGR)对汽油燃烧和性能的影响。仿真结果表明,随着内部EGR率的增加,4种方式的发动机燃烧重心均推迟,燃烧持续期均延迟。但4种方式在形成相同的内部EGR率时,提前进气正时使发动机燃烧重心推迟更明显,燃烧持续期增长也更多,缸内燃烧温度最低,因此传热损失也最小,另外提前进气正时后泵气损失也最小,所以提前进气正时形成的内部EGR油耗更低,减少了22%。

1.5 L米勒循环汽油发动机燃烧系统设计及开发

为应对我国第四阶段乘用车燃料消耗量标准和国家第六阶段机动车污染物排放标准,针对某排量为1.5 L的米勒循环增压直喷汽油发动机,通过计算流体力学分析缸内流动、雾化、混合状态,对高压缩比燃烧室、喷雾落点及气道进行设计,采用一维热力学分析实现了气门型线和增压器的优化设计,最后通过光学发动机试验和整机热力学试验确定了燃烧系统方案,试验结果表明,产品满足开发目标:升功率为78.8 kW/L,升扭矩达172.2 N·m/L,最低比油耗为218.6 g/(kW·h),最大热效率达39.06%。

外部EGR对于汽油机性能和排放的影响研究

外部废气再循环(EGR)技术可以提升汽油机的燃油经济性,降低爆震倾向,搭建了低压EGR系统,研究了外部EGR对于汽油机性能和排放的影响。外部EGR可以降低NOx和CO排放,但是THC排放增加。通过优化后处理配方比例,可以降低后处理成本;对于经济性,EGR率达到23%,油耗可以降低约10 g/(kW·h),对于动力性,EGR率达到10%,可以降低爆震的同时,保证功率不损失。

高效燃烧汽油机技术特点分析与研究

参照近代内燃机技术手段可知,采用阿特金森循环等传统降油耗技术手段往往伴随着发动机动力性能的妥协,因此寻找一种兼顾动力性与经济性的提升热效技术手段变得迫在眉睫。阐述了马自达SKYACTIV-X、现代起亚Smartstream 1.5 L Turbo GDI等高热效汽油机技术路线的原理、结构形式、技术特点,为日后研发工作指明了方向。

EGR系统冷凝水析出问题仿真计算研究

随着节能减排要求的提高,各整车厂都在布局储备新技术,废气再循环技术(EGR)是降低有害污染物排放的有效措施。基于一款2.0 L的增压直喷汽油发动机,运用GT-SUITE计算仿真软件,分别从EGR率、相对湿度、EGR冷却器的冷却能力3个方面,研究了EGR系统中冷凝水析出影响因素。研究结果表明:EGR的最大使用比率受制于EGR冷却器的冷却能力;EGR率越高,进气温度越低,越容易析出冷凝水;相对湿度越大,越容易析出冷凝水;中冷器集成式进气总管,可以减小冷凝水对发动机总体性能产生的不利影响;增加冷却翅片数量,可以提高EGR冷却器冷却能力,减少冷凝水析出。

线性装配尺寸链计算程序设计及应用

采用计算机C语言全新设计了可独立运行、可同时计算封闭环的极值公差和统计公差的线性装配尺寸链计算程序,应用到发动机前端附件系统的相邻楔轮中心平面偏差的装配尺寸链计算过程中,通过设计相邻楔轮相关组成环的尺寸公差,使封闭环的最大统计尺寸对应的角度合理。多楔带通过了台架耐久试验和整车道路可靠性试验考核,未出现偏磨,验证了计算程序的实际效果。

发动机热管理技术研究

发动机热管理技术是通过冷却策略的控制改善发动机冷起动暖机速度,从而降低发动机冷起动工况油耗和排放的关键技术。本文深入挖掘了国际上文献资料,整理了电子节温器技术、电动水泵技术、分体冷却技术、智能热管理技术,并针对不同技术对发动机冷起动暖机速度的改善情况,对国际上发动机热管理技术进展进行了归纳、总结和分析。

两级增压系统对汽油机动力性影响研究

在涡轮增压汽油机上增加电动增压器(EC)形成两级增压系统,可以进一步提高低速扭矩,加快瞬态响应,避免低速扫气,降低排放。与电动增压器前置相比,电动增压器后置能更多地利用涡轮增压器的能量。试验表明,达到相同扭矩,电动增压器后置转速更低,消耗电能更少。电动增压器能显著加快发动机的瞬态响应,电动增压器前置或后置,瞬态响应时间差异不大。

基于GT-SUITE的早燃计算方法和影响因素分析

随着排放法规和油耗法规的日益严格,能降低排量的小型化增压汽油机成为了发展趋势,但功率密度提升会导致早燃倾向加剧,从而导致结构损坏等问题,因此在发动机设计阶段应规避早燃的发生。基于GT-SUITE计算仿真软件,针对一款2.0 L增压直喷汽油发动机,提出了一种早燃计算方法,通过计算压缩上止点(TDC)焓值评估早燃倾向,并进行了早燃影响因素分析。研究结果表明:基于焓值的早燃计算结果与试验趋势相吻合。降低平均有效压力(BMEP)、减小过量空气系数λ、推迟喷油时刻(SOI)、提前进气相位、降低压缩比均有利于降低上止点焓值,降低早燃倾向,同时对以上参数进行了敏感性分析。

整车级虚拟标定技术的应用研究

随着汽车产品竞争日趋激烈,开发周期越来越短,整车厂再参照原来的开发流程及周期将很难适应现代汽车产品开发的需求。过去的近10年中,标定手段经历了从手动标定到模块化标定、半自动化标定、自动化标定、虚拟标定等阶段,其中虚拟标定可以利用CAE技术并结合硬件在环仿真技术,在项目开发前期进行整车排放、油耗、驾驶性、OBD等的预先标定。这种开发方法可以极大的缩短整车开发周期、降低整车开发费用,是后续车辆研发的新趋势。

基于虚拟标定技术的混合动力汽车排放研究

基于虚拟标定技术进行混合动力车辆排放仿真研究,首先建立一款高精度的发动机模型及整车模型,利用台架及整车排放测试数据通过空间填充DoE建模及高斯算法,建立排放模型,用硬件在环仿真平台进行实时计算,并将计算结果与试验数据进行对比。研究结果表明,这种基于模型的排放计算方法能够达到精度要求,从而有效缩短标定时间。

缸内直喷汽油机冷起动参数研究及优化

在1台米勒循环增压直喷汽油发动机上,通过优化进排气可变气门正时系统(VVT)角度、喷油时刻、喷油压力和过量空气系数等参数,研究不同控制参数对发动机冷起动后催化器加热阶段排放的影响,得到最优的控制参数。在低温冷起动暖机阶段通过调整不同的喷油压力和喷油模式等,得到满足缸筒燃油“湿壁”评价要求的控制参数,以保证发动机的可靠性和排放性能。

直喷氢内燃机试验开发关键技术研究

氢气作为一种新型燃料具有良好的稀燃能力、较快的燃烧速度和优异的排放性能,非常适合匹配内燃机,而搭载氢气内燃机车辆的开发与运行也将成为近期社会和行业上的热点。从氢气内燃机的燃烧和排放特性出发,对直喷氢能发动机燃烧开发过程中的过量空气系数、点火时刻等关键参数进行研究,为氢气车辆的标定打下基础。

基于AMESim模型的燃料电池发动机排氢策略优化及整车搭载验证

为提高燃料电池发动机氢气利用率,本文基于AMESim平台,开发了燃料电池发动机阳极回路模型,并完成了模型集成和标定。根据实际工程经验,提出了一种关联阳极回路温度、压力及反应电流的新吹扫策略。利用燃料电池发动机阳极回路模型,计算出参数优化边界,完成了吹扫控制参数优化拟合。仿真分析表明,在NEDC工况下相对于原始吹扫策略,应用新策略的燃料电池发动机百公里氢耗从0.866 kg降低至0.8 kg,理论经济性可提升7.5%。同时,将该策略在燃料电池整车进行了搭载验证,实测整车NEDC工况下百公里氢耗为0.81kg,与仿真结果基本一致。整车NEDC续驶里程由484 km提升至510 km,提升了5.4%,验证了基于模型的排氢策略优化方案的有效性。