第一學(xué)期工作總結(jié)

1、第一學(xué)期工作總結(jié)匯報提綱匯報提綱 一、廢氣渦輪增壓 二、廢氣凈化技術(shù)（汽油機(jī)） 三、燃料電池技術(shù) 四、均質(zhì)壓燃技術(shù) 五、可變壓縮比技術(shù) 六、發(fā)動機(jī)小型化內(nèi)燃機(jī)增壓方式的比較發(fā)動機(jī)增壓技術(shù)的優(yōu)勢升功率有大幅度提高燃油經(jīng)濟(jì)性顯著提高在發(fā)動機(jī)重量和體積增加很少的情況下，發(fā)動機(jī)不需作重大改變，即很容易提高功率20%-50%渦輪增壓發(fā)動機(jī)對海拔高度變化有較高的適應(yīng)能力，常用來高原發(fā)動機(jī)恢復(fù)功率用渦輪增壓后排氣噪聲相對減少，排氣煙度及排氣中有害成分也減少，故對減少污染是有利的渦輪增壓器與發(fā)動機(jī)只有氣體管路的連接而無機(jī)械傳動，不消耗功率發(fā)動機(jī)增壓技術(shù)的代價增壓后缸內(nèi)工作壓力和溫度明顯提高，機(jī)械負(fù)荷及熱負(fù)荷加

2、大，內(nèi)燃機(jī)的可靠性和耐久性受到考驗低速時由于排氣能量不足，可能會使發(fā)動機(jī)的低速轉(zhuǎn)矩受到一定的影響在渦輪增壓器中，從排氣能量的變化到新的進(jìn)氣壓力的建立需要一定的時間，由于葉輪的慣性作用對油門驟時變化反應(yīng)遲鈍，使發(fā)動機(jī)延遲增加增壓發(fā)動機(jī)性能的進(jìn)一步優(yōu)化，受到增壓器及中冷器的限制國內(nèi)外相關(guān)研究國內(nèi)外相關(guān)研究旁通放氣渦輪流通面積調(diào)節(jié)相繼增壓混和渦輪增壓技術(shù)渦輪增壓技術(shù)的應(yīng)用 渦輪增壓技術(shù)廣泛應(yīng)用于柴油機(jī)，并在轎車上得到日益廣泛的應(yīng)用。在歐美發(fā)達(dá)國家，渦輪增壓技術(shù)使用更為普遍，采用車用柴油機(jī)有70%以上采用渦輪增壓技術(shù)。自80年代以來，車用汽油機(jī)增壓技術(shù)發(fā)展迅速。這是因為渦輪增壓技術(shù)發(fā)動機(jī)不僅在升功率、

3、動力性能方面比普通自然吸氣發(fā)動機(jī)優(yōu)越，而且在燃油經(jīng)濟(jì)性、排放及排氣噪聲等方面也優(yōu)于非增壓發(fā)動機(jī)。 對于大功率汽油機(jī)轎車，在不降低動力性能的前提下，通過增壓來縮小排量，有著巨大的綜合優(yōu)勢。渦輪增壓技術(shù)的發(fā)展前景抑制爆燃燃燒和熱負(fù)荷降低壓縮比減小點(diǎn)火提前角增壓空氣進(jìn)行中冷 汽油機(jī)增壓易發(fā)生爆燃；增壓熱負(fù)荷大；與增壓器匹配困難。 此外，改善渦輪增壓汽油機(jī)的扭矩特性，這可通過采用放氣、壓氣機(jī)進(jìn)口節(jié)流、可變噴嘴環(huán)截面積、具有共振系統(tǒng)的復(fù)合增壓來實現(xiàn)。再次，改善渦輪增壓汽油機(jī)的加速性，可通過減小進(jìn)排氣道的容積、縮小渦輪增壓器的尺寸、縮小排氣管的尺寸、選擇適當(dāng)?shù)墓?jié)氣門位置，即節(jié)氣門與壓氣機(jī)的位置來實現(xiàn)。廢氣

4、渦輪增壓的原理圖1 廢氣渦輪增壓原理圖圖2 渦輪增壓器壓氣機(jī)的喘振與堵塞 喘振：在一定的轉(zhuǎn)速下，當(dāng)壓氣機(jī)的氣體流量減少到一定程度后，氣體就會在葉輪或擴(kuò)壓器入口處出現(xiàn)邊界層分離，導(dǎo)致氣體回流。分離渦流迅速擴(kuò)展到壓氣機(jī)通道的其他部分，氣體出現(xiàn)強(qiáng)烈的振蕩，引起工作輪葉片強(qiáng)烈的振動，并產(chǎn)生很大的噪聲，這一現(xiàn)象稱為喘振。 堵塞：在某一增壓器轉(zhuǎn)速下，當(dāng)流量超過設(shè)計工況到一定數(shù)值后，壓氣機(jī)的增壓比和效率均急速下降，而流量卻不會再增加，這一現(xiàn)象稱為壓氣機(jī)的堵塞。 堵塞原因：通道中某個截面上的氣體流速達(dá)到了當(dāng)?shù)芈曀伲ㄅR界狀態(tài)），從而限制了流量的增加。定壓系統(tǒng) 在定壓系統(tǒng)中各缸排氣均排入一根大容積的排氣管，故渦輪

5、前排氣管的壓力基本上是恒定的。排氣總管內(nèi)壓力波動很小，可以認(rèn)為渦輪前排氣管內(nèi)壓力基本是恒定的。脈沖系統(tǒng) 脈沖增壓系統(tǒng)是兩缸或者三缸共用一支管，依發(fā)火順序?qū)⑴艢獠话l(fā)生干擾的兩個或者三個氣缸連接到一根排氣支管，這樣既可以避免排氣干擾，又可以較好的利用排氣脈沖能量，排氣量大，低工況性能好。兩種形式的比較圖1 定壓渦輪增壓系統(tǒng)圖2 脈沖渦輪增壓系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)：渦輪在定壓的條件下全周進(jìn)氣，效率較高，氣流引起的激震較小，不易引起葉片斷裂；排氣系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，成本較低，易于布置和維護(hù)。缺點(diǎn)：脈沖能量的利用率較低，發(fā)動機(jī)低速扭矩特性和加速性能較差。優(yōu)點(diǎn)：該系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是響應(yīng)較快，加速性能好，低速扭矩特性好，零件的熱負(fù)荷

6、小。缺點(diǎn)：排氣管結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本較高，不便于布置和維護(hù)。 廢氣渦輪增壓采用中冷技術(shù)的必要性：對于增壓壓力較高的中、高增壓發(fā)動機(jī)，一般需裝置中間冷卻器，這是因為渦輪增壓器吸進(jìn)的空氣經(jīng)壓縮溫度會升高，空氣在流動過程中與管壁摩擦還會進(jìn)一步升溫，這樣不僅影響充氣效率，還容易產(chǎn)生爆燃。 增壓中冷技術(shù)的優(yōu)勢：一般高速柴油機(jī)采用增壓后可提高功率30%，采用中冷技術(shù)可進(jìn)一步提高50-60%。氣體經(jīng)過壓縮后溫度有很大的提高，即使是低增壓度，一般也高出60-80%以上，升溫將造成發(fā)動機(jī)功率降低，效率降低。為此需將吸入的空氣在冷卻器中再次冷卻，使密度增加，從而使功率、扭矩相應(yīng)增加。中冷器的冷卻方式 1.中冷器 2.輪

7、緣冷卻風(fēng)扇渦輪風(fēng)扇中冷系統(tǒng)中冷器的冷卻方式：（1）空對空中間冷卻器（2）水對空中間冷卻器1.低壓級壓氣機(jī) 2.第一級中冷器 3.高壓級壓氣機(jī) 4.第二級中冷器 5.旁通閥 6.高壓級渦輪 7.低壓級渦輪 二級增壓系統(tǒng)示意圖 在低速時，利用第二級增壓器較小的渦輪流通面積實現(xiàn)柴油機(jī)較快的響應(yīng)； 高速時，利用第一級增壓器較大的流通面積實現(xiàn)較多的供氣量.二級增壓系統(tǒng)原理：兩級增壓技術(shù)的特點(diǎn)擴(kuò)大了增壓系統(tǒng)的流量范圍 改善增壓遲滯，提高瞬態(tài)響應(yīng)性 功率最大化 增加了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性 增壓系統(tǒng)控制及可靠性問題兩級增壓技術(shù)是未來增壓技術(shù)發(fā)展的重要方向優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)匯報提綱 一、廢氣渦輪增壓 二、廢氣凈化技術(shù)（汽油機(jī)

8、） 三、燃料電池技術(shù) 四、均質(zhì)壓燃技術(shù) 五、可變壓縮比技術(shù) 六、發(fā)動機(jī)小型化汽車污染物及其危害輕型車排放法規(guī)發(fā)動機(jī)排放控制技術(shù)的三個方面 機(jī)前凈化技術(shù)：前期凈化就是提高燃油的質(zhì)量，提高燃燒效率，使燃油充分燃燒，減少有害物質(zhì)的排放。 機(jī)內(nèi)凈化技術(shù)：機(jī)內(nèi)凈化就是指從改善發(fā)動機(jī)的工作性能的角度來減少汽油機(jī)污染物的排放。 機(jī)外凈化技術(shù)：對已經(jīng)排出燃燒室而尚未排入大氣中的廢氣，在排氣系統(tǒng)中進(jìn)行凈化處理。機(jī)前凈化技術(shù) 為了實現(xiàn)前期凈化，必須實施燃油無鉛化和大幅度地降低燃油中硫的含量，改進(jìn)汽油中苯、芳烴、烯烴等組成性質(zhì)以改善燃燒。大幅度降低烯烴含量，以降低排氣的臭氧生成活性，并減少汽油機(jī)內(nèi)的沉積物。對芳香烴

9、來說是苯含量作了限制，以降低排氣的毒性。 對汽油的揮發(fā)性作了更加合理而細(xì)致的規(guī)定，既保證發(fā)動機(jī)有良好的驅(qū)動性，又不會引起氣阻、過量蒸發(fā)等運(yùn)行可靠性和排放問題。低排放汽油允許用含氧摻和物，但對含氧量有一定的控制。機(jī)內(nèi)凈化技術(shù) 汽油噴射電控系統(tǒng) 缸內(nèi)直噴技術(shù) 廢氣再循環(huán)技術(shù) 渦輪增壓中冷技術(shù) 多氣門技術(shù) 均質(zhì)壓燃技術(shù)汽油高效燃燒的途徑機(jī)外凈化技術(shù) （1）三元催化轉(zhuǎn)化器：三元催化轉(zhuǎn)化器是安裝在汽油機(jī)排氣系統(tǒng)中最重要的凈化裝置，當(dāng)高溫的汽油機(jī)尾氣通過凈化裝置時，三元催化器中的凈化劑將增強(qiáng)CO、HC和NOx三種氣體的活性，促使其進(jìn)行一定的氧化-還原化學(xué)反應(yīng)，其中CO在高溫下氧化成為無色、無毒的二氧化碳?xì)?/p>

10、體；HC化合物在高溫下氧化成水和二氧化碳；NOx還原成氮?dú)夂脱鯕?。三種有害氣體變成無害氣體，從而降低汽油機(jī)污染物的排放。存在的問題：催化轉(zhuǎn)化器的設(shè)計本身是一個系統(tǒng)工程，它包含催化劑的設(shè)計、催化劑載體的選用、催化轉(zhuǎn)化器的結(jié)構(gòu)設(shè)計等方面。這些方面的因素最后決定了催化轉(zhuǎn)化器系統(tǒng)的催化性能，而且由這些方面構(gòu)成的催化轉(zhuǎn)化器系統(tǒng)特性又會與車輛這個大系統(tǒng)的動力性、經(jīng)濟(jì)性、排氣噪聲等方面產(chǎn)生矛盾。機(jī)外凈化技術(shù) （2）熱反應(yīng)器：熱反應(yīng)器通常是一種大型容器，備有絕熱良好的隔熱套，取代了常規(guī)排氣歧管，被安裝在緊靠發(fā)動機(jī)排氣道出口處。它是通過均質(zhì)氣體的非催化反應(yīng)來氧化汽油機(jī)排氣中烴和CO的裝置。當(dāng)排出的廢氣經(jīng)過熱反應(yīng)

11、器時，使CO和HC在其中保持高溫（800- 900）并停留一段時間（平均為100ms），使之能得到充分的氧化，從而降低CO和HC的排放量。 存在的技術(shù)問題：熱反應(yīng)器系統(tǒng)在發(fā)動機(jī)冷啟動時不能發(fā)揮作用，熱反應(yīng)器不能凈化氮氧化物。盡管其有隔熱裝置，但扔給車蓋下增加了大量的熱負(fù)荷。熱反應(yīng)器的內(nèi)部溫度高達(dá)800-1100，且長期處于鉛、磷和高溫的工作條件，即使采用高級昂貴材料，也幾乎無法解決零件的壽命問題。機(jī)外凈化技術(shù) （3）空氣噴射系統(tǒng)：就是將新鮮的空氣噴射到排氣門后面使尾氣中的CO和HC在排氣管內(nèi)與空氣混合，繼續(xù)進(jìn)行氧化的方法，又稱為二次空氣噴射。當(dāng)噴射的新鮮空氣與尾氣混合時，空氣中的氧與CO和HC

12、反應(yīng)生成蒸汽狀的水和二氧化碳，從而降低汽油機(jī)污染物的排放量。降低冷啟動排放的技術(shù) 汽油機(jī)車輛有80%左右的排放來自啟動時的100-150s階段。其主要原因是啟動溫度低, 不能達(dá)到催化劑的起燃溫度, 催化劑不能進(jìn)行催化反應(yīng)，內(nèi)燃機(jī)啟動時需要濃混合氣, 其燃燒處于缺氧狀態(tài)。 降低冷啟動排放的主要措施有： （1）提高冷啟動怠速轉(zhuǎn)速（ 800-1000r/min ）； （2）代用燃料（ 汽油+乙醇），提高燃油揮發(fā)性和汽化潛熱； （3）二次空氣； （4）排氣點(diǎn)燃器； （5）碳?xì)涫占鳎?（6）起動后的稀燃控制； （7）快速暖機(jī)控制； （8）前級催化器；匯報提綱 一、廢氣渦輪增壓 二、廢氣凈化技術(shù)（汽油機(jī)

13、） 三、燃料電池技術(shù)（熔融碳酸鹽燃料電池） 四、均質(zhì)壓燃技術(shù) 五、可變壓縮比技術(shù) 六、發(fā)動機(jī)小型化燃料電池分類磷酸鹽燃料電池( PAFC) 熔融碳酸鹽燃料電池( MCFC) 固態(tài)氧化物電解質(zhì)燃料電池( SOFC) 固體高分子燃料電池( PEMFC)。熔融碳酸鹽燃料電池簡介 熔融碳酸鹽燃料電池被稱為繼磷酸鹽燃料電池之后的第二代燃料電池，其工作溫度高達(dá)923K。由于工作溫度較高，可以實現(xiàn)熱電連用，因此通常都是應(yīng)用于分布式電站，實現(xiàn)區(qū)域供電。 與PAFC相比，MCFC具有更高的熱效率, 而可實現(xiàn)電池內(nèi)重整， 簡化系統(tǒng); 與SOFC相比，MCFC的部件材料、結(jié)構(gòu)設(shè)計、密封方式來得簡單,工程放大較為容易

14、，為極有開發(fā)前途的發(fā)電技術(shù)。 熔融碳酸鹽燃料電池的原理陽極：H2陰極：CO2 、空氣 熔融碳酸鹽燃料電池發(fā)電時, 由外部向陽極供給燃料氣體( 如H2) , 向陰極供給空氣和CO2 的混合氣。在陰極, O2從外電路接受電子, 與CO2作用, 生成碳酸根離子, 碳酸根離子經(jīng)過電解質(zhì)板, 向陽極移動。在陽極,H2與碳酸根離子進(jìn)行反應(yīng), 生成CO2和水蒸氣,同時向外電路放出電子。熔融碳酸鹽燃料電池原理 電池放電時電子通過外部電路導(dǎo)通所產(chǎn)生電流，電池內(nèi)部通過處于熔融狀態(tài)的碳酸鹽電解質(zhì)導(dǎo)通，從而構(gòu)成一個穩(wěn)定的內(nèi)外回路。 熔融碳酸鹽燃料電池與其他類型燃料電池的電極反應(yīng)有所不同:在陰極，CO2為反應(yīng)物，在陽極

15、，CO2為產(chǎn)物，從而CO2在電池工作過程中構(gòu)成了一個循環(huán)。 為確保電池穩(wěn)定連續(xù)工作，必須將陽極產(chǎn)生的CO2返回到陰極，通常采用的辦法是將陽極室所排出的尾氣經(jīng)燃燒消除其中的H2和CO后，進(jìn)行分離除水，然后再將CO2送回至陰極。MCFC的材料和結(jié)構(gòu) 熔融碳酸鹽燃料電池主要是由陽極、陰極、電解質(zhì)基底和集流板或雙極板構(gòu)成。陽極和陰極的材料陽極Ni-CrNi-Al陰極NiONiO+LiMCFC的電解質(zhì) MCFC最常用的電解質(zhì)為Li2CO3與K2CO3或Li2CO3與Na2CO3的堿性混合鹽，它們的熔點(diǎn)分別是488和496。MCFC電解質(zhì)隔膜內(nèi)是靠傳遞碳酸根離子進(jìn)行導(dǎo)電的，這是與其它燃料電池的一個不同之處

16、。對電解質(zhì)基底的要求：強(qiáng)度高耐高溫熔鹽腐蝕浸入熔鹽電解質(zhì)后能夠阻擋氣體通過 載體，也稱為隔膜，它是陶瓷顆?；旌衔?，以形成毛細(xì)網(wǎng)絡(luò)來容納電解質(zhì)。載體為基質(zhì)電解質(zhì)提供結(jié)構(gòu)，但不參加電學(xué)或電化學(xué)過程。MCFC的雙極板和集流器 雙極板的作用：分隔氧化氣體和燃料氣體、集電和導(dǎo)電，并構(gòu)成氣體流動的通道。因此要求具有抗氧化和還原以及抗電解質(zhì)腐蝕的作用，并與其他組件之間有較好的熱膨脹性能。它一般采用不銹鋼(ss316,ss310)制成。 集流器用來收集電池堆產(chǎn)生的電流，有時還采用波紋和孔狀結(jié)構(gòu)，與相鄰的電極組成反應(yīng)氣體通道。集流器的材料也采用不銹鋼，陽極側(cè)涂一層Ni保護(hù)膜，并呈波紋狀，與陽極結(jié)構(gòu)構(gòu)成燃料氣體通

17、道。陰極側(cè)一般呈波紋狀或孔狀結(jié)構(gòu)，以形成氧化劑通道。MCFC商業(yè)化需解決的關(guān)鍵技術(shù)問題 陰極的溶解 陽極的蠕變 熔鹽電解質(zhì)對電池集流板材料的腐蝕 電解質(zhì)的流失匯報提綱 一、廢氣渦輪增壓 二、廢氣凈化技術(shù)（汽油機(jī)） 三、燃料電池技術(shù) 四、均質(zhì)壓燃技術(shù) 五、可變壓縮比技術(shù) 六、發(fā)動機(jī)小型化均質(zhì)壓燃技術(shù)HCCIHCCI簡介簡介1 HCCIHCCI需要突破的關(guān)鍵技術(shù)需要突破的關(guān)鍵技術(shù) 3 HCCI HCCI 特點(diǎn)2汽油機(jī)HCCI的實現(xiàn)方法4HCCI簡介u 基本原理：通過壓縮缸內(nèi)均勻的燃油和空氣的混合氣，在上止點(diǎn)(TDC)附近實現(xiàn)自燃。因此將這種燃燒方式統(tǒng)稱為HCCI燃燒，即均質(zhì)壓燃（Homogeneo

18、us Charge Compression Ignition）。汽油機(jī)汽油機(jī)柴油機(jī)柴油機(jī)HCCI的特點(diǎn)v 1 1 采用均質(zhì)混合氣?？諝夂腿加驮诓捎镁|(zhì)混合氣。空氣和燃油在HCCIHCCI發(fā)動機(jī)的進(jìn)氣系統(tǒng)中預(yù)發(fā)動機(jī)的進(jìn)氣系統(tǒng)中預(yù)混合，形成均質(zhì)的空氣混合，形成均質(zhì)的空氣/ /燃油混合氣，然后吸入氣缸進(jìn)行壓縮。燃油混合氣，然后吸入氣缸進(jìn)行壓縮。也有燃油直接噴入氣缸、在氣缸內(nèi)與空氣進(jìn)行預(yù)混合的。也有燃油直接噴入氣缸、在氣缸內(nèi)與空氣進(jìn)行預(yù)混合的。 2 2 采用采用壓縮點(diǎn)燃壓縮點(diǎn)燃。在壓縮沖程中，混合氣溫度升高，達(dá)到自燃。在壓縮沖程中，混合氣溫度升高，達(dá)到自燃溫度而自燃；也就是說，不需要任何點(diǎn)火系統(tǒng)。溫度

19、而自燃；也就是說，不需要任何點(diǎn)火系統(tǒng)。 3 3 采用比火花點(diǎn)燃式發(fā)動機(jī)高得多的壓縮比，且允許壓縮比在采用比火花點(diǎn)燃式發(fā)動機(jī)高得多的壓縮比，且允許壓縮比在一個廣闊的范圍內(nèi)變動。一個廣闊的范圍內(nèi)變動。 4 4 為了使均質(zhì)混合氣能夠通過壓縮而點(diǎn)燃，必要時需對吸入空為了使均質(zhì)混合氣能夠通過壓縮而點(diǎn)燃，必要時需對吸入空氣進(jìn)行加熱。氣進(jìn)行加熱。 5 5 由于壓縮點(diǎn)燃的緣故，可以采用相當(dāng)稀薄的混合氣，因此可由于壓縮點(diǎn)燃的緣故，可以采用相當(dāng)稀薄的混合氣，因此可以按照變質(zhì)調(diào)節(jié)的方式，直接通過調(diào)節(jié)噴油量來調(diào)節(jié)扭矩，以按照變質(zhì)調(diào)節(jié)的方式，直接通過調(diào)節(jié)噴油量來調(diào)節(jié)扭矩，不需不需要節(jié)氣門要節(jié)氣門。 6 6 既然均質(zhì)混合

20、氣是自燃的，所以燃燒大體上是整個氣缸內(nèi)同既然均質(zhì)混合氣是自燃的，所以燃燒大體上是整個氣缸內(nèi)同時開始的?？梢圆捎眠^量空氣或者殘余廢氣達(dá)到高度稀釋的混合時開始的?？梢圆捎眠^量空氣或者殘余廢氣達(dá)到高度稀釋的混合氣。氣。 HCCI需要突破的關(guān)鍵技術(shù) 第一、著火時刻的控制問題。 在HCCI燃燒過程中，由于受到化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)的控制，著火時刻與燃料化學(xué)特性及混合氣在壓縮過程中所經(jīng)歷的溫度、壓力歷程緊密相關(guān)，因而，HCCI發(fā)動機(jī)與傳統(tǒng)的汽油機(jī)或柴油機(jī)相比缺乏直接控制著火時刻的手段，而且隨著發(fā)動機(jī)負(fù)荷和轉(zhuǎn)速的提高，混合氣自燃化學(xué)反應(yīng)速度及反應(yīng)累計時間相對曲軸轉(zhuǎn)角的變化，使這一問題更加突出。 第二、運(yùn)行工況范圍的

21、擴(kuò)展問題。 在發(fā)動機(jī)高負(fù)荷時過快的燃燒反應(yīng)速度容易導(dǎo)致爆燃，機(jī)械負(fù)荷和熱負(fù)荷變大。在低負(fù)荷低轉(zhuǎn)速工況下，因為燃燒反應(yīng)速度過慢引起火焰溫度過低，燃燒不完全，有害排放物增加，容易導(dǎo)致失火。汽油機(jī)HCCI的實現(xiàn)方法 HCCI汽油機(jī)要利用汽油的自燃能力, 實現(xiàn)均質(zhì)混合氣壓縮著火。要避免壓縮壓力和溫度過高, 以及燃燒速度過快。汽油機(jī)實現(xiàn)HCCI 燃燒的方式有多種, 如: 直接進(jìn)氣加熱、高的壓縮比、采用易自燃燃料、內(nèi)部廢氣再循環(huán)等。其中內(nèi)部廢氣再循環(huán)策略被認(rèn)為是在四沖程汽油發(fā)動機(jī)上實現(xiàn)HCCI燃燒最為可行的方法之一,可變氣門技術(shù)為這一方法提供了技術(shù)手段。 采用內(nèi)部EGR的汽油HCCI發(fā)動機(jī)，在負(fù)閥重疊相位

22、(NVO)期間，進(jìn)排氣門均關(guān)閉，此時缸內(nèi)的混合氣可視為一個閉口系統(tǒng)。由于排氣門關(guān)閉后，部分高溫廢氣被截留在缸內(nèi)，而高壓縮比HCCI采用稀燃策略，高溫廢氣中留有部分氧氣。這部分含氧的高溫廢氣在活塞上行過程中被壓縮，缸內(nèi)溫度可達(dá)1000K以上。此時在缸內(nèi)噴人部分汽油，汽油會迅速蒸發(fā)，并在高溫含氧環(huán)境中發(fā)生著火燃燒，缸內(nèi)混合氣壓力和溫度升高，并在活塞下行時推動活塞做功。匯報提綱 一、廢氣渦輪增壓 二、廢氣凈化技術(shù)（汽油機(jī)） 三、燃料電池技術(shù) 四、均質(zhì)壓燃技術(shù) 五、可變壓縮比技術(shù) 六、發(fā)動機(jī)小型化可變壓縮比技術(shù)的優(yōu)勢可變壓縮比技術(shù)的優(yōu)勢 提高了發(fā)動機(jī)的熱效率，很大程度上改善了發(fā)動機(jī)的燃油經(jīng)濟(jì)性 有利于

23、降低排放 具有良好的燃料適應(yīng)性 相同輸出功率的情況下結(jié)構(gòu)可以更緊湊，達(dá)到小排量大功率、大扭矩 兼顧部分負(fù)荷時的燃油經(jīng)濟(jì)性和大負(fù)荷時的動力性，改善發(fā)動機(jī)低速動力性能的同時還避免燃燒過程中的爆震風(fēng)險可變壓縮比技術(shù)具有下列優(yōu)勢：可變壓縮比技術(shù)的必要性：隨著對發(fā)動機(jī)動力性要求的提高，發(fā)動機(jī)在高速大負(fù)荷下動力性能好與中、低速中小負(fù)荷下動力性能及經(jīng)濟(jì)性能較差的矛盾卻越來越突出。存在的問題VCR發(fā)動機(jī)一般都結(jié)構(gòu)復(fù)雜，通常都需要對發(fā)動機(jī)進(jìn)行大幅度改變，加工困難新增的部件使發(fā)動機(jī)的摩擦、振動增加，也使發(fā)動機(jī)的質(zhì)量增加，這些大質(zhì)量體的移動會耗費(fèi)很大一部分能量適時準(zhǔn)確的改變壓縮比需要相應(yīng)的高精度控制設(shè)備，匹配困難密

24、封性問題研發(fā)成本高可變壓縮比的實現(xiàn)方案可變壓縮比的實現(xiàn)方案 壓縮比的定義：氣缸總?cè)莘e與燃燒室容積的比值，改變發(fā)動機(jī)壓縮比可通過改變氣缸的工作容積和燃燒室容積來實現(xiàn)可變壓縮比技術(shù)的實現(xiàn)方案： 通過改變氣缸蓋的結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)通過改變缸體結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)通過改變活塞及曲柄連桿機(jī)構(gòu)來實現(xiàn) 本文研究的主要內(nèi)容是通過一種多連桿機(jī)構(gòu)（Muti-link）來改變壓縮比用多連桿可變壓縮比機(jī)構(gòu)提高發(fā)動機(jī)性能的研究 A Study of a Multiple-link Variable Compression Ratio System for Improving Engine Performance本文的主要內(nèi)容 本文研究的

25、主要內(nèi)容是將可變壓縮比技術(shù)應(yīng)用到一臺渦輪增壓發(fā)動機(jī)中，并研究其對發(fā)動機(jī)性能的影響。此VCR系統(tǒng)使用一種新的活塞-曲軸系統(tǒng)并入一個多連桿機(jī)制來改變活塞在上止點(diǎn)的移動并因此獲得了與工況相匹配的最佳的壓縮比。這一多連桿可變壓縮比機(jī)構(gòu)可以在不提高發(fā)動機(jī)尺寸和重量的情況下安裝。 結(jié)果發(fā)現(xiàn)：通過在發(fā)動機(jī)低負(fù)荷下應(yīng)用廢氣再循環(huán)并提高壓縮比、在高負(fù)荷下采用更高的增壓壓力并降低壓縮比，這樣都可以提高發(fā)動機(jī)的燃油經(jīng)濟(jì)性和輸出功率。 多連桿多連桿VCR發(fā)動機(jī)的配置與原理發(fā)動機(jī)的配置與原理 運(yùn)動規(guī)律：活塞與曲軸通過上連桿與下連桿連在一起。下連桿也通過控制連桿連接到了控制軸偏心軸頸中心。曲軸的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)致了下連桿圍繞著主軸

26、頸的中心旋轉(zhuǎn)，同時圍繞著曲柄銷的中心轉(zhuǎn)動。 根據(jù)發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)度與負(fù)荷來改變壓縮比在低速低負(fù)荷時采用高壓縮比14：1以獲得提高燃油經(jīng)濟(jì)性的最佳效果隨著負(fù)荷的增加，減小壓縮比以防止爆震發(fā)生為了在全負(fù)荷時采用高增壓，將壓縮比設(shè)為最低值8：1活塞行程的特性活塞行程的特性 傳統(tǒng)發(fā)動機(jī)的活塞運(yùn)動速度在上止點(diǎn)時比下止點(diǎn)時要快，而VCR發(fā)動機(jī)的活塞在上止點(diǎn)時移動速度變慢而在下止點(diǎn)時的速度更快，因此比傳統(tǒng)發(fā)動機(jī)更加接近簡諧運(yùn)動。 從圖中可以看出VCR發(fā)動機(jī)的膨脹行程前半部分角度為92，比原發(fā)動機(jī)大14%，這一特點(diǎn)對發(fā)動機(jī)的性能（包括燃燒在內(nèi)）產(chǎn)生了實質(zhì)性的影響?；钊谐烫匦詫Ω黜棑p失的影響時間損失漏氣損失摩擦損失

27、冷卻損失時間損失時間損失 時間損失：內(nèi)燃機(jī)實際循環(huán)中一個由燃燒速度的有限性所造成的損失。圖6 P-V圖圖7 熱釋放率漏氣損失漏氣損失在不考慮增壓的情況下，VCR發(fā)動機(jī)的漏氣量比原發(fā)動機(jī)的要高5L/min。漏氣損失增加的原因： VCR發(fā)動機(jī)的活塞在上止點(diǎn)的速度較低，與原發(fā)動機(jī)相比活塞在上止點(diǎn)有較長的停留時間，而這段時間內(nèi)缸內(nèi)壓力比較高圖8 漏氣比較摩擦損失摩擦損失 當(dāng)燃燒壓力作用于活塞頂時，由于VCR發(fā)動機(jī)的上連桿處于垂直狀態(tài)，活塞的側(cè)向里大幅度降低。因此，活塞銷所承受的負(fù)荷也降低，這可以在活塞與活塞銷方面減少摩擦損失。因此，由于使用較多連桿導(dǎo)致的摩擦增加被抵消了，總的發(fā)動機(jī)摩擦也會降低。 在超

28、過5000轉(zhuǎn)的高速范圍內(nèi)摩擦往往要比原發(fā)動機(jī)的要高。這與VCR發(fā)動機(jī)的主要循環(huán)部件的重量高于原發(fā)動機(jī)的相應(yīng)部件有關(guān)，同時由于VCR發(fā)動機(jī)的多連桿機(jī)構(gòu)而帶有更多的滑動部件。圖9 摩擦損失比較活塞拍擊導(dǎo)致的缸體振動活塞拍擊導(dǎo)致的缸體振動實驗工況： 發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速：1200r/min 點(diǎn)火時間：上止點(diǎn)前30 125um的安裝間隙=標(biāo)準(zhǔn)水平下的實際間隙的160%冷卻損失與熱平衡冷卻損失與熱平衡 冷卻損失增加：活塞處于上止點(diǎn)附近時速度變慢，使燃燒氣體較長時間處于高溫高壓下“其他各類損失”：摩擦損失，泵氣損失，未燃碳?xì)湟约奥庠斐傻膿p失，其中漏氣損失增加，但摩擦損失減少，所以導(dǎo)致總的“其他各類損失”減少。結(jié)論

29、：可變壓縮比發(fā)動機(jī)可以獲得與原發(fā)動機(jī)相同的熱效率圖12 熱平衡比較容積效率比較容積效率比較原因：由于VCR發(fā)動機(jī)的活塞速度在下止點(diǎn)時更高，兩臺發(fā)動機(jī)在相同的進(jìn)氣門關(guān)閉時刻，可變壓縮比活塞與原發(fā)動機(jī)相比應(yīng)該提高到一個更高的位置。因此，在高速范圍進(jìn)氣門關(guān)閉時刻減緩，VCR發(fā)動機(jī)的容積效率往往比原發(fā)動機(jī)的要低。從圖中可以看出：在中低速范圍，可變壓縮比發(fā)動機(jī)的容積效率略高，而在高速范圍容積效率比原發(fā)動機(jī)要低圖13 容積效率比較 采用較高的壓縮比以及采用較高的壓縮比以及EGR率對降低燃油消耗的影響率對降低燃油消耗的影響 在壓縮比為8.6:1的情況下，VCR發(fā)動機(jī)可以與原發(fā)動機(jī)獲得相同的熱效率。 提高壓縮

30、比可以提高冷卻損失和未燃碳?xì)洌档土伺艢鈸p失，因此使VCR發(fā)動機(jī)的總熱效率上升。此外，使用EGR降低其他各類損失中的泵氣損失與冷卻損失，這對提高燃油經(jīng)濟(jì)性都有很大的影響。圖14 不同壓縮比條件下的熱平衡比較 高壓縮比對擴(kuò)大EGR極限的影響此時發(fā)動機(jī)的工況為：轉(zhuǎn)速2000轉(zhuǎn)，有效制動扭矩60Nm，無渦流控制閥。與原發(fā)動機(jī)相比，VCR發(fā)動機(jī)的活塞行程特點(diǎn)與更高的壓縮比的共同作用下提高了燃燒穩(wěn)定性并使喘振扭矩降低到了一個比較低的水平。結(jié)果，可以看出與原發(fā)動機(jī)相比，EGR的極限提高了大約10%。圖15 高壓縮比對擴(kuò)大EGR極限的影響 VCR發(fā)動機(jī)的擴(kuò)大的EGR的極限對降低油耗的影響從圖中可以看出：僅

31、僅把壓縮比從8.6提高到14.3能降低油耗高達(dá)7%，再使用EGR并使用 渦 流 控 制 閥 提 高EGR的極限，可以降低油耗最多為13%實驗工況：轉(zhuǎn)速為2000r/min和有效制動扭矩為60Nm（代表1000km/h的穩(wěn)定運(yùn)行工況） 各種措施對最大功率的影響各種措施對最大功率的影響A/R值是壓氣機(jī)殼體及渦輪殼體的幾何特性數(shù)字結(jié)論結(jié)論 在一臺VCR發(fā)動機(jī)上進(jìn)行的實驗表明在渦輪增壓發(fā)動機(jī)上采用可變壓縮比機(jī)構(gòu)可以對發(fā)動機(jī)的性能產(chǎn)生下列影響。 （1）VCR發(fā)動機(jī)的活塞運(yùn)動具有類似于簡諧運(yùn)動的特點(diǎn)，這可以減少摩擦損失和時間損失，盡管冷卻損失和由漏氣帶來的損失增加。由此產(chǎn)生的抵消作用使得在同樣的壓縮比下，VCR發(fā)動機(jī)獲得的熱效率等于原發(fā)動機(jī)。 （2）渦輪增壓發(fā)動機(jī)中，可變壓縮比系統(tǒng)對發(fā)動機(jī)的性能有下列重要的影響，它要求針對燃油經(jīng)濟(jì)性與功率采用不同的最佳壓縮比。 燃油經(jīng)濟(jì)性：VCR發(fā)動機(jī)的活塞運(yùn)動特點(diǎn)與較高的壓縮比相結(jié)合可以提高燃燒的穩(wěn)定性，從而可以擴(kuò)大EGR極限。結(jié)果，在日本的10-15測試模式下，降低了10%燃油消耗。 功率：對于降低壓縮比而擴(kuò)大的增壓壓力極限與為增加排氣能量而用較大的渦輪增壓器A/R比可以使最大功率提高10%。可變壓縮比技術(shù)的展望可變壓縮比技術(shù)的展望 隨著發(fā)動機(jī)相關(guān)理論、微機(jī)技術(shù)、電子技術(shù)、結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計等技術(shù)的飛速發(fā)展, 可