Turbocharging the DA465 gasoline engine

In order to improve performance of the DA465Q gasoline engine, a substantial amount of research was done to optimize its turbocharging system. The research led to the GT12 turbocharger being selected and its turbocharging parameters being settled. Based on these tests, rational matching was worked out for respective components of the turbocharging system. Results show that this turbocharger allows the engine to easily meet the proposed requirements for power and economic performance, giving insight into further performance improvements for gasoline engines.

基于两次喷射的TGDI汽油机超级爆震试验及仿真

采用试验和数字模拟方法研究了两次喷射对增压直喷(TGDI)汽油机产生超级爆震的影响.结果表明:与单次喷射相比,两次喷射模式对超级爆震现象具有抑制作用;在两次喷射模式中,将第二次喷油结束时刻推迟至进气行程末期或压缩行程,会促进超级爆震现象发生,而增大第二次喷油的比例有助于抑制超级爆震;结合缸内温度分布模拟结果发现,由第一次喷油激起的润滑油油滴和第二次喷油引起的缸内温度场变化是形成超级爆震诱发热点的重要因素.

TGDI发动机二次喷射优化对排放特性的影响

研究了不同的二次喷射优化策略对涡轮增压直喷汽油机未燃HC和炭烟的影响情况。通过适当的喷油配比、喷油时刻改善燃烧室内燃油混合气分布情况。利用多因子扫描组合,对某工况下不同喷油配比、喷油时刻组合进行了试验研究。结果表明,采用适当的喷油配比、恰当的喷油时刻,能够使油气混合质量较好,炭烟与未燃HC均会减少,排放改善趋势显著。

TGDI发动机超级爆震特性研究

研究了单次喷射及二次喷射对涡轮增压直喷汽油机某工况下超级爆震的影响,分析了二次喷射策略下进排气凸轮相位、进气温度、点火提前角、空燃比、发动机水温及曲轴箱通风系统对超级爆震的影响情况。结果表明,采用适当的二次喷射策略能有效抑制超级爆震的发生,增加发动机水温,降低混合气空燃比,适当提前排气相位可以减少超级爆震的频次,进气温度及点火提前角对超级爆震现象的改善不大。

稀释燃烧对高压缩比直喷汽油机性能的影响

为探究稀释燃烧改善发动机性能的潜力,通过一台1.5 L高压缩比增压直喷汽油机开展台架试验,对比研究了空气稀释、废气再循环(EGR)稀释及复合稀释燃烧在不同稀释程度下对中速、中负荷工况下发动机性能的影响规律.结果表明:稀释燃烧延长了燃烧持续期,降低了有效燃油消耗率(BSFC),减少了发动机传热损失,并降低了CO排放,稀释方式不同会导致HC和NO_(x)排放随稀释率的变化规律不同,但在高稀释率下,相比无稀释燃烧,HC排放升高,NO_(x)排放降低;相较于EGR,空气稀释对燃烧的抑制更弱,稀释边界更宽,BSFC降低效果更好,CO与HC排放显著更低,未燃损失更低,NO_(x)排放更高,且这些规律在相同稀释率、不同EGR占比的复合稀释燃烧的性能参数变化中同样存在,但有效热效率在过量空气系数φa=1.34、EGR率约为5%(稀释率为1.4)时达到最高,这与排气损失更低有关,此时相较原机,BSFC降低了5.7%,NO_(x)降低了33%,均比φ_(a)为1.40时的降幅更大,证明了复合稀释燃烧具备更强的节能减排潜力.

环境因素对增压汽油机性能影响研究和修正计算

通过分析一台缸内直喷增压汽油机在相同测试设备条件下不同季节的性能表现,探索环境因素与发动机性能表现的内在联系,并采用环境修正因子对发动机性能进行修正。试验结果表明,经过环境修正后的转矩相比修正前,最大转矩偏差从14 N·m下降到9.1 N·m,转矩标准差从3.6~6 N·m下降到1.5~3.6 N·m,下降约40%。采用环境修正对于控制发动机转矩性能差异有比较明显效果,能够在不同测试环境下客观评价发动机的性能指标,对于大批量产品性能一致性评价具有指导意义。

增压直喷汽油机燃油稀释影响研究

通过一款1.5 L增压直喷汽油机,研究了发动机的设计参数、用户使用场景等对燃油稀释的影响。结果表明:减少喷油器喷嘴数量及缩小喷雾锥角,汽油撞壁量大幅减少,燃油稀释率最大降低了16.7%;随着喷油次数的增加,燃油稀释率逐渐降低,最大降低了61.4%;配缸间隙增加,导致燃油稀释率升高;在机油温度较低的工况下运行时,随着运行次数增加,燃油稀释率逐渐升高,将机油温度提高后继续运行,燃油稀释率逐渐降低,最大降低了44.44%。同时研究了燃油稀释率对机油特性的影响,结果表明:机油的运动黏度随燃油稀释率的升高逐步下降,燃油稀释率越高,运动黏度下降率越大,最高下降率达到77.86%;当燃油稀释率为6.03%时,运动黏度下降率达到19.74%,接近换油指标要求的20%运动黏度下降率;机油的酸值增加量随燃油稀释率的升高呈不规则变化,而“碱值-酸值”指标随燃油稀释率的升高变化不大,满足换油指标的要求。

增压汽油机进排气系统结构参数对燃烧参数影响分析

基于已建立的2.0L增压汽油机热力学循环模型,通过仿真分析探讨了进排气系统结构对发动机热力学循环参数和增压器的匹配影响。研究结果表明,该机型推荐的进排气系统参数如下:压气机前管路压损为4kPa,中冷器管路压损为10kPa,进气道流量系数为0.330,排气道流量系数为0.418,进气岐管长度为260mm,排气岐管管径为32mm,排气背压为50~55kPa。研究结果还表明:发动机进排气系统的压力相关结构参数与增压机参数之间的协同控制具有重要意义,其协同性明显影响换气功和燃烧参数。

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.

增压缸内直喷汽油机早燃及超级爆震试验研究

在一台增压缸内直喷汽油机上,对影响早燃及超级爆震发生频率与强度的各种因素进行了台架试验研究。研究结果表明:提高燃油挥发性,升高机油和冷却液温度,推迟进、排气门正时,增大点火提前角,提前或推迟喷油定时及使用高的喷油压力能够有效减少早燃及超级爆震。

米勒循环在小型增压汽油机典型工况的应用研究

针对某3缸增压小型化汽油机,基于一维和三维发动机循环仿真,分别研究了进气门早关(EIVC)和进气门晚关(LIVC)两种米勒循环形式对发动机油耗、爆震及燃烧特性的影响。结果表明:两种米勒循环形式均能有效降低全工况范围的燃油消耗率,平均降幅约为8%。与LIVC相比,低负荷时EIVC具有更大的节气门开度和进气压力,故泵气损失相对较小,具有更好的燃油经济性;而在高负荷区域,EIVC会显著降低缸内滚流和压缩终了时的湍动能,导致燃烧变慢,CA50相比LIVC滞后2.5°曲轴转角,燃油经济性和爆震抑制作用较差。

电控旁通阀涡轮增压器匹配计算研究

采用发动机性能仿真软件GT-power建立了带废气旁通阀电控系统的涡轮增压汽油机模型,基于增压压力随旁通阀开度变化的情况,确定了控制系统的特性参数值.根据不同增压压力下涡前压力的变化规律以及汽油机动力性能的要求对废气旁通阀开度进行标定,分析了增压器与汽油机联合运行性能并进行了实验验证.结果表明,选配的小尺寸涡轮确保了汽油机的低速性能;建立的控制系统实现了对增压压力多目标值的连续控制,高速时没有发生因增压压力过高而导致爆燃和增压器超速的现象.

活塞式航空发动机二级涡轮增压系统匹配分析

针对高空小型飞机的动力要求,对某一级增压的活塞式航空发动机进行了二级增压系统的匹配设计分析.利用AVL boost软件建立了原发动机的一级增压模型,并根据实验数据进行了校核.在原机模型的基础上,建立了二级增压发动机模型,并且进行了匹配计算.计算结果给出了发动机不同海拔高度下的运行情况,分析了发动机主要参数对性能的影响.研究了旁通阀对二级增压系统的调节规律,确定了高低两级压气机总压比随发动机海拔高度的变化趋势.结果表明,二级增压系统能够为发动机提供足够的进气充量,保证在大气密度降低后发动机还可以产生要求的功率,取得了预期的效果.

发动机机油对增压直喷汽油机低速随机早燃的影响

选用不同类型的发动机油在一台增压直喷汽油机上进行台架试验,分别从基础油、抗氧剂及硫酸盐灰分三方面研究发动机机油对早燃的影响。研究结果表明:发动机油的基础油类型、抗氧剂及硫酸盐灰分含量对增压直喷发动机低速随机早燃的形成具有显著影响,采用合适的基础油、添加抗氧剂或降低硫酸盐灰分含量均有助于减少低速早燃的发生。

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。

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.

缸内直喷汽油机技术发展趋势分析

介绍了缸内直喷(GDI)发动机技术发展过程及现状。对比分析了GDI发动机与气门口喷射(PFI)发动机的性能特点,GDI发动机相对于成熟的PFI发动机仍具有较多优势。分析了GDI发动机技术发展面临的主要问题,可以看出,排放、燃烧稳定性等方面的问题限制了分层稀燃GDI发动机普遍应用。探讨了GDI发动机燃烧系统特点及发展趋势,阐述了过量空气系数a=1的GDI均质混合燃烧方式、分层充气或均质(a=1)充气的涡轮增压技术、优化燃烧系统扩大分层稀燃区域、实现GDI发动机的HCCI燃烧等4个GDI发动机技术发展方向。

进气湿度对增压汽油机性能影响的试验

通过一款涡轮增压汽油机,研究了不同的进气湿度对发动机性能的影响.试验结果表明:随着湿度的增加,一方面实际进入缸内参与燃烧的干空气量下降,另一方面燃烧相位和燃烧持续期恶化,两者共同导致发动机的实测转矩降低而燃油消耗率升高.在大负荷工况时,发动机的抗爆性因湿度增加而得到改善,通过优化发动机的点火提前角,可以改善发动机的燃烧相位,增压发动机在大负荷工况的燃油消耗率反而降低,降低了1.4%~1.8%.

高滚流燃烧系统对小型增压汽油机性能的影响

针对一款3缸增压气道喷射汽油机,采用三维仿真与台架试验相结合的方式,研究了中、高滚流比燃烧系统在外特性工况下对缸内燃烧、整机动力性、经济性的影响。结果表明:滚流比数值大小直接影响湍动能峰值出现时刻及湍动能中心位置,进而影响火焰传播及发展;过高滚流比会导致湍动能中心偏心,影响火焰传播。采用中等滚流比的燃烧系统A有利于火核形成及火焰传播,缩短总燃烧持续期,进而提高热效率。在中低转速时,中等滚流燃烧系统A燃烧50%燃料所对应的曲轴转角比高滚流燃烧系统B提前,最多可提前3.4°,指示平均压力循环波动率可维持在3%左右。

米勒循环改善增压直喷汽油机热效率的机理分析——部分负荷工况分析

基于热力学第一定律和一维发动机循环仿真,对进气阀早关(EIVC)与进气阀迟关(LIVC)两种策略实现的米勒循环进行建模,在部分负荷工况下分别对应用高压缩比及EIVC和LIVC改善一款增压直喷汽油发动机热效率的效果及其机理进行比较分析。研究结果表明:提高几何压缩比增加了发动机的理论热效率从而改善了油耗,无论采用EIVC还是LIVC策略的米勒循环,都可以减小泵气损失,提升机械效率,同时降低缸内传热损失,进一步促进了米勒循环对油耗的改善。对比分析采用EIVC与LIVC时发动机热效率的影响因子发现,EIVC由于具有更高的机械效率和更少的传热损失,其油耗改善程度优于LIVC。