马自达的直喷式涡轮增压汽油机

日本马自达汽车公司日前宣布，该公司成功开发了排量为2．3L的直喷式涡轮增压汽油机L3-VDT，命名为MZR2．3DISITURBO，并装备在马自达speed Atenza轿车上。发动机的缸径为87．5mm，行程94mm，压缩比9．5，最高输出功率为200kW，最大功率转速5500r／min，最大扭矩380N·m，最大扭矩转速3000r／min，总排气量2．26L。谈发动机通过配合使用直喷系统和涡轮增压器，增大了低中速区的扭矩，也提高了高功率输出时的动力性能。直喷系统以最大11．5MPa的高压向缸内喷射燃料，通过利用气化吸热强化缸内冷却效果，提高了混合气体的填充效率。

宝马新型双涡轮增压直喷式直列六缸汽油机(上)

宝马新型双涡轮增压直喷式汽油机采用了带压电式喷油器的喷射压力为200bar的共轨系统和能适应废气温度1080℃涡轮增压器,采用二个前置催化转化器(近发动机)和地板下催化转化器,使排放达欧Ⅳ标准和美国超低排放水平,油耗达到9.5L/100km,升功率达74kW/L。

宝马新型双涡轮增压直喷式直列六缸汽油机(下)

宝马新型双涡轮增压直喷式汽油机采用了带压电式喷油器的喷射压力为200bar的共轨系统和能适应废气温度1080℃涡轮增压器,采用二个前置催化转化器(近发动机)和地板下催化转化器,使排放达欧Ⅳ标准和美国超低排放水平,油耗达到9.5L/100km,升功率达74kW/L。

增压直喷式汽油机性能与爆震的试验与模拟研究

对某2.0 L增压直喷式汽油机的性能与爆震进行了研究,采用双区模型对燃烧过程进行模拟,并进行了试验验证,结果表明:发动机达到了设计指标,试验结果与模拟结果相吻合,性能参数误差在5%之内。进一步采用双区模型结合爆震模型对缸内的爆震情况进行分析,并与试验爆震点进行了校核,结果表明:通过降低中冷后温度可以有效降低缸内的爆震趋势。

涡轮增压直喷汽油机NVH性能改善的仿真与试验研究

为改善一款涡轮增压直喷汽油机的NVH性能,进行了机构动力学、整机振动和辐射噪声分析,找出了原机NVH性能的薄弱部位,据此对有关零部件进行了结构改进并再次进行NVH性能改进效果的仿真预测。试验验证结构表明,辐射噪声仿真预测方法和一系列的结构改进措施十分有效。另外,文中还对与涡轮增压直喷汽油机NVH性能相关的增压器和高压燃油喷射系统噪声问题进行了分析。

宝马公司3L双涡轮增压均质燃烧直喷式汽油机介绍(二)

(接上期) 3.电子控制系统的改进该机型的电子控制系统因添加了控制增压系统和汽油缸内直接喷射的功能,需要附加相关的软件功能而要求增加电控单元中存储器的容量,并必须具有更高的计算能力,此外传感器和执行器的扩展使得必须修改运行系统.根据这些要求对电子控制系统进行了改进开发,其中的主要区别在于程序存储器扩大了足有30%,而微处理器的循环频率加快了一倍多.

A5/B5 5W-30汽油机油在直喷涡轮增压车型上的适应性应用研究

目前市场上越来越多的车型搭载了直喷涡轮增压发动机。采用新研制的长城A5/B5 5W-30汽油机油,在2台直喷涡轮增压车型及1台自然吸气车型车辆上开展了40 000 km的行车试验。试验结果表明,在每个5 000km换油期中,试验油品的各项指标均未超过换油指标限值,机油的黏度保持能力、酸中和能力、抗磨损能力等表现较好,可以为直喷涡轮增压发动机提供极佳的润滑保护。

宝马采用全可变气门机构的V8双涡轮增压器直喷式汽油机介绍(下)

(接上期)十六、燃烧过程新型双涡轮增压直喷式汽油机的燃烧过程组合了涡轮增压、Valvetronic全可变气门机构和汽油缸内直接喷射等方面的技术,其主要的标志是高精度多孔喷油器以及火花塞平行布置在燃烧室中央位置(图6)。

宝马公司3L双涡轮增压均质燃烧直喷式汽油机介绍(一)

宝马公司的涡轮增压汽油机已具有悠久的历史。1974年推出的BMW 2002 Turbo型轿车是世界上第一辆装用涡轮增压汽油机的量产汽车(图1)。1980年搭载3.2L-6缸涡轮增压汽油机的745i轿车成为当时车型型谱中的顶级车型。1983年公司又通过废气涡轮增压使1.5L排量的汽油机的功率高达735kW以上,搭载于一级方程式世界冠军赛车上。但是,当时的涡轮增压汽油机却存在燃油耗高和加速响应性能不良的致命弱点,这是宝马公司自从上世纪80年代末开始放弃继续开发涡轮增压汽油机的主要原因。

宝马采用全可变气门机构的V8双涡轮增压器直喷式汽油机介绍(上)

宝马公司新款V8增压直喷式汽油机采用了汽油缸内直接喷射、Valvetronic全可变气门机构和双涡轮增压器等先进技术,其开发的主要目标是明显降低油耗、适度提高功率和推出4.0L排量的变型机,它首次同时搭载于宝马公司的新型6系列Gran Coupé轿车和5系列Gran Turismo轿车以及6系列和改进版7系列轿车。一、主要特点直至2008年,宝马公司的V8直喷式汽油机都被设计成传统的自然吸气机型,并已充分挖掘了其排量的功率潜力。

奔驰轿车1.8L废气涡轮增压直喷式汽油机介绍

奔驰公司内部命名为“M271”的1.8L四缸汽油机,从2002年起其机械增压机型就一直作为C级、E级和SLK级轿车动力的基本型汽油机。该机改型设计的重大变化是从进气道喷射发展到缸内直接喷射,以及从机械增压发展到废气涡轮增压。其中,除了功率提高到150k W之外,还实现了在2 000r/min时就将扭矩明显地提高到310Nm。这种“低端扭矩”特性还能与缸内直接喷射提高热效率以及降低功率损失相结合,在提高行驶动力性能的同时明显地降低了燃油耗。

直喷汽油机涡轮增压性能匹配的三线工况数值模拟法

涡轮增压器与汽油机数值匹配的传统研究主要侧重于外特性工况,但单一的外特性工况匹配合理不能保证涡轮增压器与汽油机在整个工作范围都匹配合理。针对涡轮增压器数值匹配过程中仅研究外特性工况的局限,阐述了三线工况法的基本原理,通过GT-Power软件建立一款直喷涡轮增压汽油机的全负荷热力学模型,并将该模型向部分负荷工况扩展为适用于三线工况法的热力学模型,最后将热力学模型应用于3款增压器的匹配研究。结果表明:三线工况法可直观地反映出原增压器与发动机在整个工作范围的匹配问题,利用此评价方法重新选配增压器后,可提升增压器与发动机在整个工作范围的匹配性能。三线工况法克服了仅研究外特性工况的局限,为预选及优化增压器提供了一种数值评价方法。

直喷涡轮增压汽油机动态响应特性理想恒速模拟及评价

鉴于在发动机台架上难以实现发动机动态响应特性的直接测评,提出直喷涡轮增压汽油机动态响应特性的理想恒速模拟。基于稳态性能试验,建立发动机热力学模型并将其扩展以适用于瞬变过程模拟;假定平衡发动机动力输出的负载响应时间为零,模拟发动机恒定转速下动力输出随节气门开度的瞬变关系,并在此理想条件下评价发动机的动态响应特性。将该方法运用于评估J、P两型涡轮增压器对1.5T GDI发动机动态响应特性的影响,实现了发动机和增压器的合理匹配。

进气道对缸内直喷增压汽油机性能的影响

应用稳态CFD方法对高、低滚流比进气道进行了分析,高滚流比气道较低滚流比气道流量系数降低16%,滚流比提高22%.基于这两种气道对缸内直喷增压汽油机进气和压缩冲程油气混合的影响进行了瞬态CFD分析.结果表明,高滚流比气道在缸内能形成更规则的大尺度漩涡,且缸内瞬态滚流比更高,两种对称气道瞬态涡流比基本为零,进气道流量系数对增压发动机进气充量影响较小;高滚流比气道的缸内油气分布比低滚流比气道更均匀,湍动能也高.因此,缸内直喷增压汽油机宜采用高滚流比气道.最后,通过试验验证表明,高滚流比气道燃烧在低速1,500,r/min满负荷时提前5°CA左右,中速3,000,r/min满负荷时提前3°CA左右,高速时两者差别不大;高滚流比气道燃烧持续期较低滚流比气道缩短2°CA左右,缸内平均指示压力循环波动系数较低滚流比气道有明显的降低,燃烧稳定性改善20%～30%,油耗率降低5%～10%,HC和CO排放降低明显,NOx排放有所升高.

蒸汽辅助涡轮对增压汽油机瞬态响应特性影响的模拟

为改善废气涡轮增压汽油机加速工况时的瞬态响应特性,提出了蒸汽辅助涡轮增压的方法.基于一款废气涡轮增压汽油机,采用GT-Power软件分别建立并标定了蒸汽辅助涡轮增压与废气涡轮增压的仿真模型.针对该汽油机的常用转速2000r/min,研究了各种蒸汽参数对增压系统及汽油机性能的影响.结果表明,在2000r/min时的加速工况,蒸汽辅助涡轮能使汽油机加速迟滞时间缩短48.0%,加速扭矩提升9.7%.因此,蒸汽辅助涡轮能有效改善增压汽油机的加速性和动力性.

涡轮增压汽油机匹配计算及性能预测

应用GT-power软件建立了某1.5 VCT发动机一维仿真模型,并通过试验数据对模型进行了标定。根据涡轮增压发动机的设计要求估算了涡轮增压器的性能参数值,从而选择了一款涡轮增压器。建立了加装涡轮增压器之后的发动机模型,增加了放气阀装置,并分别进行了平原、高原环境下的发动机的匹配计算和性能预测。结果表明,在平原、高原环境下发动机匹配情况均良好。

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1.5 L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。

汽油机涡轮增压系统数值模拟与优化匹配特性分析

通过对汽油机可变截面增压(VGT)系统和废气再循环(EGR)系统进行匹配数值模拟,研究VGT增压系统对汽油机动力性和燃油经济性等性能的影响。为了最大程度地提高汽油机的动力性能并且有效降低污染物排放,研究VGT和EGR匹配对汽油机主要性能的影响。研究结果表明:低速低负荷采用一定量的EGR,可提高燃油经济性,但EGR过高,会破坏燃油经济性,最大EGR率可达51%;当中高速中高负荷采用EGR率为0时,燃油经济性提高;若增加EGR率,则会降低燃油经济性,EGR率过大还会导致动力不足。

航空汽油机双级涡轮增压器系统的基本模型

为进行高空大气研究或者高空无人侦察,需要使用适合于1至3万米高空低速长航时飞行的加装多级涡轮增压器的活塞发动机系统。本文对于其中的双级涡轮增压器子系统的设计和飞行高度特性分析问题,给出了基本的气动热力学方程组和辅助模型方程组。方程组考虑到最简单的压气机-涡轮共同工作特性,考虑到增压器的总体与部件的气动设计可行条件的约束,发展的计算程序还考虑到必要的一维流动约束条件。这些确保了压气机、涡轮部件的设计存在可行解并可优化。于是得到了一种比总体部件法模拟方法清晰快速得多的基本设计与分析模型。算例已分析出一般双级增压的发动机系统的全功率高度特性的基本规律和物理特征,并随之提供出飞行控制中的增压器子系统和活塞发动机的调节计划数据。