低摩擦轴向唇形油封的开发

减小曲轴油封的摩擦力矩可以提高轻型车辆发动机的燃油效率。轻型车辆发动机的曲轴一般采用弹簧径向氟橡胶唇形油封,但是公交车和卡车发动机的曲轴广泛采用轴向硅橡胶唇形油封。轴向机油油封的主唇负荷小、力矩小、可靠性高。在曲轴转动时,轴向唇形油封可持久地保证油封唇和抛油环之间不受污染,因此使用寿命长。将轴向唇形油封应用于轻型车辆发动机,可以实现发动机的低摩擦和高可靠性。在曲轴高速转动时,传统轴向油封的抛油环会有轻微的机油泄漏。为解决该问题,开发了能防止机油泄漏的新型抛油环。实际观察了机油泄漏情况并评估了油封唇对抛油环的跟随性。评估证实,在曲轴高速转动时,油封唇和抛油环之间的间隙相对较小。新开发的轴向唇形油封的摩擦力矩比传统的径向唇形油封小60%。该开发适用于轻型车辆发动机的轴向唇形油封,并具有低摩擦和高可靠性的特点。

燃油和机油组合对低速预燃的影响

为研究燃油和机油特性及两者组合等对低速预燃的影响及其作用机理,进行了许多试验,如将燃油和机油组合、开展矩阵试验等,以确定低活性机油是否能抑制高活性燃油的低速预燃特性,反之亦然。结果显示,芳香族含量高或者蒸馏温度较高的燃油会提高低速预燃的发生率,磺酸钙等机油添加剂能显著提高低速预燃的发生率,而磺酸镁等机油添加剂倾向于降低低速预燃的发生率;低速预燃活性低的燃油对试验所用的机油并不敏感,低速预燃活性高的燃油被低速预燃活性低的机油减弱。与预期一样,低速预燃活性高的燃油和低速预燃活性高的机油组合,会产生大量的低速预燃现象。研究方法适用于机油或燃油各自对低速预燃特性影响的研究,同时也适用于两者共同对发动机低速预燃特性影响的研究。研究结果有助于理解不同配方的机油或燃油对低速预燃特性的影响,尤其是由于地域差异导致各地具有不同的燃油规格和机油添加剂标准。

高效天然气发动机

2020年以后,对CO_2进行排放限制的法规迫使发动机采取更加强有力的技术措施。即使到2030年,虽然混合动力和电池电驱动车辆预计会持续增加,但仍有65%的道路车辆通过内燃机驱动。同时,诸如天然气或生物甲烷等低碳替代燃料将在加速交通领域低碳化、支撑有效循环经济方面起到重要作用。菲亚特克莱斯勒汽车公司(FCA)从20世纪90年代开始投资压缩天然气(CNG)车辆,是拥有相关产品系列最多的厂家之一,在欧洲成为了行业领导者。一直以来,FCA都在追求该技术的持续提升,但在未来几十年内,需要进一步提升当前CNG发动机技术,以实现更高的效率,并且消除其与传统燃料发动机之间的差别。CNG直喷技术将是一种技术趋势,更适用于新一代点火发动机,同时获得性能(与汽油机相似)和发动机效率(提高4%～6%)两方面的优势,尤其是与可变气门驱动、先进增压、高压缩比和替代燃烧循环结合使用时。综述了CNG直喷技术的进展,主要介绍了由欧盟协会赞助的名为"GasOn"的CNG大型合作项目。

丰田新型1.2 LESTEC涡轮增压直喷汽油机

丰田汽车公司正在开发一系列符合经济型高热效率燃烧(ESTEC)开发理念的发动机。继2.0L缸内直喷涡轮增压发动机8AR-FTS投放市场后,介绍8NR-FTS发动机的开发。8NR-FTS发动机为1.2L直列4缸火花点燃式的小型化涡轮增压缸内直喷汽油机。基于8AR-FTS发动机相同的基本理念,8NR-FTS发动机集成了各种节能技术,诸如集成排气歧管的气缸盖、通过带有中间锁止装置的智能广角可变气门正时系统(VVT-iW)实现的阿特金森循环,以及为实现快速燃烧采取的缸内强化涡流。该发动机采用缸内直喷的直喷涡轮增压(D-4T)系统,替代了兼备进气道喷射和缸内直喷的涡轮增压高版本汽油机(D-4ST)系统。结合单涡道涡轮增压器和VVT系统的控制,实现了发动机低速工况下的高扭矩特性。该发动机还采用了起停控制策略,通过在第一个压缩的气缸内分层喷射,实现了快速无冲击重新起动。发动机可以匹配6档手动变速器(6MT)或无级变速器(CVT)。尤其在CVT模式下,通过换档控制,减小了涡轮增压器的滞后期;通过"常规"和"运动"两种驾驶模式的转换,能够实现具有驾驶乐趣的动力性能和出色的燃油经济性。

超低氮氧化物排放的乘用车柴油机

为解决实验室测试与实际使用柴油车排放之间的差距问题,汽车行业引入实际行驶排放(RDE)要求。现代柴油机技术证明,可以在宽泛行驶工况下实现车辆在道路上的低排放。研究进一步表明,通过综合采用一体化的排放控制技术,可以在超过欧六dRDE要求的宽泛行驶工况下实现持续的低氮氧化物(NOx)排放和低颗粒数量(PN)排放。采用稀薄氮氧化物捕集技术(LNT)与双剂量尿素喷射选择性催化还原(SCR)系统相结合,通过综合采用LNT和SCR催化剂涂覆柴油机颗粒物捕集器(SDPF)上的紧密耦合SCR系统,可以实现低负荷NOx控制。另一方面,通过装有AdBlue喷射器的下置SCR系统涵盖了高负荷工况的NOx控制。采用P048V轻度混合动力系统也可以辅助NOx控制,以确保良好的驾驶性能和燃油效率。采用先进的控制策略,确保在所有排放控制功能之间实现最佳交互。该系统在1辆C级试验样车上进行验证。在道路上和实验室中进行了一系列综合测试,以涵盖宽泛的行驶工况。特别关注了市区和高速公路行驶工况下排放性能的稳定性。结果显示,在所有行驶工况下,每种后处理组件都有助于实现持续的低NOx排放。研究表明,SDPF可有效控制颗粒排放。

柴油机多模式运行进气系统的模型预测控制

模型预测控制(MPC)方法是1种基于系统的预测动态模型的控制方法。通过优化目标设置点的跟踪特性、执行器的移动速度及限值等各种要素,确定执行器的控制位置。目前,线性MPC已成功用于柴油机进气道的控制,然而大多数应用开发是针对仅有1组控制目标设置值的单一运行模式。实际上,单一运行模式并不能涵盖当前柴油机的所有要求,这使线性MPC的实际应用更为复杂。在多模式运行中,线性化点的变化取决于各种运行模式下的目标设定点,所以基于MPC简单线性化在实际应用中是有限的。由于目标设置点不同,在特定运行模式的线性模型对于其他运行模式是无效的。此外,现代柴油机进气通道系统高度非线性化,需要大量的线性模型来充分显示,不只是发动机转速和负荷的全部运行点,还有不同运行模式下的全部特性。本研究利用MPC和部件层非线性补偿器的综合优势,开发了1种柴油机多模式运行进气系统的MPC方法,并在柴油机上进行了试验。新开发的非线性补偿器基于各个部件模型的动态实时转换。试验结果显示,该方法在多模型运行中的工作效果良好,在使用时无须特定模型的控制策略和标定。研究表明,在标定工作中,尤其是在不需要固定设置点的开发过程中,该方法具有明显的优势。

缸内直喷汽油机进一步降低燃油消耗率的低节流气门技术的评估和比较

阐述了1种采用气门技术降低燃油耗的方法,能够使汽油机效率等同于柴油机效率。通过全参数可变进气系统并结合宽广运行范围的凸轮相位器,相对提高了内燃机效率,而且该气门技术能够提供零气门升程,实现停缸功能。原型概念机试验结果显示了进气门早关、气门重叠和停缸的协同工作,以及不同工况下这种协同工作的局限性。论证了升功率超过105kW、平均有效压力为0.2 MPa、空燃比λ=1.0工况下燃油消耗率少于300g/(kW·h)的可量产的2.0L中央直喷汽油机(GDI)的潜力。强制点火汽油机采用预混当量比燃烧,效率与柴油机效率相当,燃烧更为清洁,后处理过程更为简单、稳定。

采用可控散射喷嘴的高响应柴油喷油器和闭环喷油控制实现稳定性燃烧的研究

共轨系统自1996年首次推出以来,柴油机性能已得到了显著提升。多年来,共轨技米持续发展,降低了发动机燃油消耗和排放,提高了驾驶性能。然而,为满足世界范围内持续严格的排放限值并提供性能更加优越的柴油车,还需进一步提升燃烧精确控制技术。通过精确控制喷油量并提高喷油压力,共轨喷油器可显著提升燃烧性能,此外,还需要更接近矩形的喷油规律、更短间隔期内稳定多次喷射的能力及喷雾形状控制来优化燃油混合。另外,在优化喷射和燃烧时,还需考虑世界范围内燃油品质的不同。分别阐述了两种能够实现以上目标的创新喷油器技术,第一种是第四代压电喷油器(G4P)及具有特殊孔状(可控散射喷雾(CDS))的新型喷孔设计,有助于提高燃烧性能。其优势是降低热损失,提高燃烧效率。第二种是通过闭环控制提高喷油量的精确性,实现稳定性燃烧。主要实现途径是基于内置在喷油器中的压力传感器检测实际的喷油速率和燃油特性。上述两个技术是提高发动机性能和针对世界范围内所用燃油品质的多样性以改善燃烧稳定性的关键技术。

采用高强度钢减轻连杆质量

为了提高汽车的燃油经济性,需要进一步减轻零部件的质量。减轻运动件(例如连杆)的质量对于降低相邻运动件的质量尤为重要。采用高强度钢能减小连杆杆身横截面,从而减轻连杆的质量。然而,传统高强度钢的机加工性能很差。因此,开发了1种连杆用的新高强度钢,它以中碳微合金钢为基础,并添加了能够提高屈强比的钒元素。与传统钢相比,新开发的高强度钢的强度提高了10%。采用新高强度钢制造的连杆其质量能减轻8%。这种连杆已从2013年开始进行批量生产,应用于车用发动机。