GDI增压汽油发动机机油稀释问题分析及优化

目前增压发动机汽车日益增多,缸内直喷(GDI)技术在增强汽车动力性的同时,发动机机油稀释问题增多。文中针对某2.0T增压汽油发动机在试验过程中出现的机油稀释问题,分析机油稀释的形成机制和影响因素,从发动机水温、喷油策略、燃油导轨压力方面提出优化措施并进行验证。结果表明,发动机水温从88℃提高至98℃、喷油起始时刻(SOI)由95°CA调整为40°CA、燃油导轨压力由13 MPa提高至15 MPa,机油稀释问题得到明显改善。

基于流固耦合的某增压汽油机排气歧管热分析

鉴于某增压汽油机排气歧管在热冲击试验中的开裂问题,采用流固耦合热分析方法,用计算流体力学和有限元软件计算了排气歧管的温度场和热应力分布,计算结果与试验数据吻合较好,并证实了排气歧管的开裂系热应力过高所致。据此,对排气歧管结构进行了若干方案的改进,最终采用四二合一的构型,经试验测试不再发生开裂现象。说明流固耦合热分析是解决排气歧管开裂问题的有效途径。

增压汽油机中早燃和超级爆震的研究进展

增压直喷是实现汽油机节能的有效手段,而超级爆震是进一步提高功率密度的主要障碍。超级爆震和早燃是两种不同的燃烧现象。超级爆震是高功率密度内燃机中的一种强烈的敲缸现象,常发生在低速、大负荷工况,具有随机性、偶发性和破坏性。早燃是火花点火内燃机中点火前出现着火的异常燃烧现象。早燃不一定导致超级爆震,但超级爆震前一定发生了早燃。抑制超级爆震的一条重要途径是杜绝早燃。早燃的诱发源主要有机油液滴和颗粒物。燃油和机油的组分与物理化学性质对超级爆震发生频次也有着重要影响。

旁通阀控制策略对增压汽油机瞬态响应性能的影响

针对带旁通阀的废气涡轮增压汽油机,采用试验和仿真相结合的方法建立基于GT-Power的汽油机稳态模型。运用BP神经网络法建立燃烧模型,得到增压汽油机瞬态模型。采用PID控制对原机旁通阀控制策略进行优化,通过优化后的旁通阀控制策略对汽油机瞬态响应质量参数——平均有效压力、瞬态响应时间和增压器瞬态转速进行分析。结果表明:优化后的旁通阀控制策略可以在汽油机的中高速范围内显著地缩短发动机的瞬态响应时间,同时保证汽油机增压压力与增压器转速都处于安全范围之内。

降低乘用车增压汽油机HC排放的研究

对一款1.5L气道喷射增压汽油机的碳氢(HC)排放特性进行分析,发现HC排放主要产生于冷起动、冷机怠速及暖机阶段,燃烧不良是产生HC排放的主要原因。对发动机的喷油器喷孔直径、气道滚流比、气门重叠角、活塞冷却喷嘴开启压力进行优化改进,采用发动机原始排放测试及整车排放测试的方法验证了优化改进后的效果。研究结果表明:喷孔直径和气门重叠角分别减小了17.6%和83.3%,使得HC排放分别降低了17.6%和9.3%;同时,进气道滚流比和活塞冷却喷嘴开启压力提高77.3%和27.8%,使得HC排放分别减少了4.8%和1.5%;但是,进气道滚流比和活塞冷却喷嘴开启压力的提升会导致NOx排放严重增加,增幅高达35.6%和47.4%。综合考虑发动机排放性能,选取减小喷油器喷孔直径和气门重叠角作为降低HC排放的技术方案,并结合ECU参数优化,整车HC排放降低高达61.7%,各项排放指标均低于国-Ⅳ限值的50%。

涡轮增压汽油机气路预测模型的建立与预测控制（英文）

针对涡轮增压汽油机气路系统中节气门与废气旁通阀动力学耦合、机理建模复杂的问题,本文提出基于神经网络模型的气路系统预测控制方法,实现了节气门与废气旁通阀的协调控制.首先,针对涡轮增压汽油机气路系统map与机理混合描述的特性,利用系统的输入输出数据,采用反向传播神经网络(back propagation neural network,BPNN)训练得到一个非线性气路模型;其次,基于泰勒展开式对预测模型进行线性化,并对模型的精度进行了验证,进而利用该模型预测系统的未来动态;然后,在考虑系统存在输入约束的条件下,设计了一个线性模型预测控制器对节气门与废气旁通阀进行协调控制,实现了进气歧管压力和升压的跟踪控制进而满足发动机的扭矩需求;最后,通过离线仿真和基于d SPACE的快速原型实验(rapid control prototyping,RCP)验证了控制系统的有效性和实时性.

增压汽油机不同排气歧管长度下的压力波动特性

利用台架试验数据校准了增压直喷汽油机一维性能仿真模型,应用校准后的模型研究了低速(1 500r/min)全负荷工况不同排气歧管长度下排气阀口与涡轮机入口处的压力波动特性,并对压力波动形态与低速增压压力的建立、瞬态响应、缸内充气效率等的关联性进行了深入分析。研究结果表明:在现有排气歧管结构形式下,在低转速宜采用较短歧管,从而有望获得更高的增压压力和扭矩;相继工作的气缸不宜在涡轮机前共用一根排气总管,否则容易引起废气倒流,而且歧管越短倒流越严重;排气歧管中的压力波在传向涡轮机入口过程中被"均值化",不能充分应用排气压力波动效应来提高低速扭矩和改善增压延迟。

增压汽油机早燃在线检测与诊断

基于缸内离子电流检测技术,在一台增压进气道多点喷射汽油机上研究了进气温度、负荷、点火提前角、空燃比对于早燃发生频率的影响.试验结果表明,在一定范围内提升进气温度并不会增加早燃发生频率,增大负荷及增大点火提前角将会增加早燃发生频率,缸内混合气加浓将有效抑制早燃发生频率但是会增加油耗.采用的离子电流检测技术,可以实时快速检测早燃循环.并与缸压阈值法相比,离子电流信号判断早燃更准确,能够识别全部早燃循环,包括燃烧压力较小的早燃循环,同时离子电流检测法能够在上止点前25°CA检测到早燃发生的特征信号,这为发动机采取早燃消除方法提供了技术可能.

某增压汽油机配气相位优化设计

针对增压汽油机压缩比提高后可能出现的"回火、爆震"问题,利用AVL EXCITE和AVL BOOST软件分别建立发动机的配气机构及整机仿真模型。重新设计气门重叠角较小(40°CA、30°CA、10°CA)的气门升程曲线,研究新的配气相位对发动机性能的影响。模拟结果表明,优化后的凸轮型线在一定程度上改善了原机配气机构的运动学和动力学特性;当气门重叠角从50°CA到10°CA依次减小时,发动机的动力性和经济性相对于原机有所提高,并在30°CA气门重叠角时达到最优。

华晨1.8T增压汽油机机油消耗降低研究

分析了影响增压汽油机机油消耗的因素，给出了减少汽油机机油消耗的解决措施。以华晨某1.8L增压汽油机为例对其机油异常消耗问题进行了研究，找出了影响因素。对该机型曲轴箱通风系统PCV阀到空气滤清器的管径、油气分离器回油管、活塞环结构与材料、气缸体缸套珩磨网纹结构进行了改进设计。对改进后5台样机进行了400h可靠性测试和6万km的耐久性试验。结果表明，改进后汽油机的机油消耗从70gm降至12—17g／h，达到标准范围内。

二冲程增压汽油机排气温降特性研究

基于传热学分析得到简化的二冲程增压汽油机排气温降公式,应用发动机仿真软件的模拟计算结果确定了排气温降公式的相关半经验参数。在试验数据的基础上对公式进行了验证,结果表明了公式与二冲程汽油机的排气温降规律有良好的相关性和准确性,在发动机高速标定状况下的误差小于1%,低速时小于2%,满足工程上快速计算的要求。同时对影响排气温度变化的因素进行了分析。

缸内直喷增压汽油机热负荷分析及优化设计

研究了CA4GC气门口喷射(PFI)汽油机缸盖和机体的热负荷,并在此基础上对以CA4GC为基础开发的某缸内直喷(GDI)涡轮增压汽油机热负荷进行了仿真计算。结果表明,与原PFI汽油机相比,该GDI涡轮增压汽油机热负荷明显增大,且有些部位最高温度超过许用限值。通过仿真优化,确定了在两缸之间采用双水孔冷却方案。结果表明,该方案可以较好地降低该GDI涡轮增压汽油机缸套间的温度,从而解决其热负荷问题。

节气门变化时间对增压汽油机瞬态特性影响试验研究

车用发动机在实际运行过程中主要处于瞬态工况,而整车加速过程中的发动机工况与恒转速增转矩工况较接近。对不同节气门开启时间下的增压汽油机的恒转速变转矩工况的瞬态特性进行了试验研究。试验结果表明:节气门变化时间的增加会延缓增压压力等参数的变化。增压器转速响应与发动机转矩响应的变化趋势一致。在相同的转速下,节气门变化时间的增加,能提高增压器转速与发动机转矩的响应性。同样的节气门变化时间,当发动机转速小于某一特定转速,转速的增加会减少增压器转速与发动机转矩响应时间;而当发动机转速大于该转速时,转速的改变对这两个参数的响应性影响不大。

增压汽油机增压压力的理想控制值

废气涡轮增压汽油机的增压压力是一个关键性的控制参数 ,传统的机械控制方法所达到的控制效果并不理想 ,采用电控的方法对增压压力进行闭环控制 ,可使增压压力随着节气门后的进气压力而变化 ,使增压压力达到合理的数值 ,并改善增压汽油机的使用特性。

不同废气再循环率和点火时刻对增压汽油机燃烧和排放的影响

研究了不同废气再循环率和点火时刻对某汽油机的燃烧、排放的影响。研究结果表明:点火时刻一定时,随着废气再循环率的增加,燃烧中点滞后,燃烧持续期变长,循环变动率明显变大,最大缸内压力和压力升高率先降低后基本不变;而当废气再循环率为12.5%时,随着点火时刻的提前,燃烧中点前移,燃烧持续期及循环变动率减小,最大压力升高率增加,但明显低于无废气再循环时的水平;在最经济点火时刻下,随着废气再循环率的增加,CO排放降低,总碳氢化合物(THC)排放基本不变,NOX排放明显降低。

关于消除米勒循环增压汽油机早燃现象的研究

为克服低速早燃现象,以提高汽油机低速转矩,改善汽车的驾驶性和降低油耗,首先对一款采用米勒循环的增压汽油机低速早燃特性进行了参数敏感性试验分析,结果发现,降低冷却液和进气温度和加浓混合气,能在一定程度上抑制早燃,但作用有限,不能达到期望指标。接着采用光纤传感器监测燃烧过程,发现早燃主要发生在排气门附近,而CFD缸内流场分析表明此区域湍动能较弱,可能是早燃发生的主要原因。据此,通过改进缸盖进气道和导气屏,提升滚流比和湍动能,有效抑制了早燃,实现了期望目标。

高增压汽油机爆震的可视化研究

基于一台单缸可视化汽油机研究了缸内的爆震现象。通过调节发动机运行参数及运用高速摄影技术,在更大的观测视角内拍摄了缸内不同强度爆震的火焰发展过程。试验所记录的图像信息结合缸内压力数据,为爆震形成的原因及强烈爆震中大幅度压力振荡波的产生提供了分析依据。研究发现:末端气体自燃引起的轻微爆震与强烈爆震的压力振荡和火焰图像明显不同;爆震自燃点的发展模式影响了缸内压力波的震动幅度,诱发强烈爆震的自燃点接近缸壁区域,但并非壁面点火。自燃点可形成自燃反应锋面的扩散,其传播路径受到主火焰与缸壁的限制。

杂醇混合燃料提高增压汽油机抗爆性的研究

论述了汽油一杂醇混合燃料的主要性质及杂醇的增溶能力、辛烷值,介绍了掺醇混合燃料的配制方法,通过示功图特征参数对照对掺醇混合燃料的抗爆性进行了分析研究。

用VVT法控制涡轮增压汽油机负荷和增压压力的研究

本文在分析涡轮增压汽油机负荷和增压压力的常规调节法的基础上提出了一种新的调节方法,即VVT法。该方法是通过控制进气门的关闭定时来控制这类发动机的负荷和增压压力,从而抛弃了传统的节气门和废气放气阀等系统。研究结果衣明,采用VVT法的最大优点是能有效地降低这类发动机的爆震倾向和明显地改善其换气功。本研究采用了西柏林工业大学内燃机研究所开发的模拟涡轮增压汽油机工作过程的计算程序。该程序的模拟精度在文中用实验结果进行了验证。

机油诱发增压汽油机早燃的多维模拟

低速大负荷工况下,高功率密度增压汽油机会产生一种由早燃引起的,破坏性极大的非正常燃烧现象——"超级爆震"。本文中采用CFD耦合化学反应动力学对一台增压热力学单缸汽油机中由机油液滴诱发的早燃进行了多维数值模拟。研究中采用离散液滴模型模拟了机油喷入燃烧室内与燃油空气混合气发生混合的物理过程,采用一种简化的化学反应机理(包含十六烷、异辛烷)模拟了机油/燃油/空气混合气在燃烧室内的化学反应过程。模拟结果与台架试验结果一致,说明模拟可以预测发动机中的早燃现象。结果表明,机油液滴的引入会促使增压汽油机发生早燃现象。随着机油喷射时刻的推迟,机油的蒸发量增加,可燃混合气发生早燃的时刻提前。