熱力學(xué)開發(fā)試驗與數(shù)據(jù)分析小結(jié)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)專心-專注-專業(yè)精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)熱力學(xué)開發(fā)試驗與數(shù)據(jù)分析小結(jié)熱力學(xué)開發(fā)的定義個人認(rèn)為，是對設(shè)計出的基本型發(fā)動機，通過調(diào)整點火提前角、空燃比、進(jìn)排氣凸輪相位、CBR狀態(tài)等參數(shù)（對于增壓直噴發(fā)動機則另有增壓控制率、燃油壓力、噴油正時等參數(shù)），使發(fā)動機在全負(fù)荷時得到最優(yōu)的最大功率、最大扭矩、最低比油耗及在部分負(fù)荷得到最優(yōu)的燃油經(jīng)濟性、燃燒穩(wěn)定性和排放水平，如果基本型的發(fā)動機不能達(dá)到目標(biāo)，則要針對問題更改相應(yīng)的設(shè)計和硬件，直至滿足目標(biāo)。試驗設(shè)備PUMA系統(tǒng)記錄發(fā)動機臺架運行參數(shù)的數(shù)據(jù)，也可與其他系統(tǒng)相通信并記

2、錄其試驗數(shù)據(jù)。INDICATING系統(tǒng)通過氣缸燃燒壓力傳感器的壓力信號，運算得到缸壓曲線、平均指示有效壓力IMEP、MFB50%、COV of IMEP、缸壓波動振幅等。平時試驗時，一般要根據(jù)缸壓曲線，來判斷發(fā)動機是否有爆震產(chǎn)生。CAMEO系統(tǒng)發(fā)動機自動標(biāo)定及運行的工具。能自動調(diào)整ECU的標(biāo)定參數(shù)如點火提前角、空燃比、進(jìn)排氣凸輪相位及CBR控制狀態(tài)等，便于標(biāo)定參數(shù)的優(yōu)化及標(biāo)定時的數(shù)據(jù)采集。INCA系統(tǒng)發(fā)動機ECU標(biāo)定工具，可調(diào)整點火提前角、空燃比、進(jìn)排氣凸輪相位、CBR開關(guān)狀態(tài)等發(fā)動機運行參數(shù)。其他設(shè)備儀器汽缸燃燒壓力傳感器、進(jìn)氣溫度傳感器、進(jìn)氣壓力傳感器、排氣溫度、排氣壓力傳感器、空燃比分析

3、儀、線性氧傳感器及排放分析儀等。試驗內(nèi)容與方法全負(fù)荷優(yōu)化試驗全負(fù)荷試驗主要驗證發(fā)動機的最大功率、最大扭矩及最低燃油消耗BSFC。調(diào)整點火提前角、空燃比、進(jìn)排氣凸輪相位等參數(shù)，使發(fā)動機發(fā)揮出最優(yōu)性能。不同進(jìn)氣歧管的外特性試驗細(xì)長的進(jìn)氣歧管有助于提高低速段的扭矩，粗短的進(jìn)氣歧管有助于提高高速段的扭矩。不同凸輪軸（不同型線、升程）的全負(fù)荷試驗VVT（Variable valve timing ）：VVT的作用：降低燃油消耗、降低排放、提高燃燒穩(wěn)定性、提高功率和扭矩輸出。通過改變凸輪軸相位可控制內(nèi)部EGR率，（重疊角大時，內(nèi)部EGR率大）當(dāng)內(nèi)部EGR率大時要得到相同的功率輸出必須，增大節(jié)氣門開度，這將

4、使進(jìn)氣管內(nèi)的絕對壓力升高，減小節(jié)流損失，提高燃油經(jīng)濟性。通過控制內(nèi)部EGR率，可顯著的降低Nox的排放量，HC的排放量只是稍微提高。發(fā)動機怠速時，為了得到良好的燃燒穩(wěn)定性，需要較小的重疊角，大負(fù)荷時為了得到較大的功率輸出，需要較大的重疊角，但此時由于一部分燃油進(jìn)入排氣系統(tǒng)內(nèi)會犧牲燃油經(jīng)濟性。較早的進(jìn)氣閥關(guān)（IVC）有利于低速段扭矩的輸出，不利于高速扭矩的輸出。較早的排氣閥開（EVO）有利于減少泵氣損失，但是較早的EVO減少了膨脹沖程，沖掉了減少的泵氣損失，降低了IMEP。因此，低速時需要較遲的EVO，高速時需要較早的EVO。大的進(jìn)排氣閥重疊角，有利于發(fā)動機高速換氣，但是活塞與進(jìn)排氣閥的間隙尤其

5、是怠速的穩(wěn)定性限制了允許的重疊持續(xù)期。c）不同壓縮比的全負(fù)荷試驗（不同活塞、燃燒室）不同排氣系統(tǒng)的全負(fù)荷試驗主要驗證發(fā)動機排氣背壓對發(fā)動機性能的影響，。不同進(jìn)氣系統(tǒng)的全負(fù)荷試驗。主要驗證發(fā)動機進(jìn)氣系統(tǒng)壓降對發(fā)動機性能的影響。部分負(fù)荷優(yōu)化試驗（主要以工況點2000rpm/2bar BMEP為主，其他如1500rpm/2bar、1500rpm/4bar、2000rpm/4bar、3000rpm/2bar、3000rpm/3bar、3000rpm/4bar）調(diào)整發(fā)動機點火提前角、空燃比、進(jìn)排氣凸輪相位等發(fā)動機運行參數(shù)，使發(fā)動機發(fā)揮出最優(yōu)性能。部分負(fù)荷主要檢驗發(fā)動機的燃油經(jīng)濟性（BSFC）、燃燒穩(wěn)定性

6、（COV of IMEP）、排放水平（PCO、PHC、PNOx）。1）不同CBR結(jié)構(gòu)的部分負(fù)荷試驗。CBR（Control burned rate）：CBR發(fā)動機的氣道由切向氣道與中型氣道組成，（切向氣道形成渦流，中性氣道形成滾流），部分負(fù)荷時通過關(guān)閉中性氣道，使空氣只從切向氣道進(jìn)入氣缸，從而形成較強的紊流，可使燃燒加快。燃燒速度快可提高燃燒穩(wěn)定性，此時可適當(dāng)推遲點火提前角以提高排氣溫度，加快三元催化器的起燃，同時推遲點火提前角也能降低HC的排放。CBR的另外優(yōu)點是可與VVT相配合，達(dá)到節(jié)油的目的，通過改變凸輪相位，可適當(dāng)增大內(nèi)部EGR，內(nèi)部EGR的增大會使燃燒速度降低，燃燒穩(wěn)定性降低，但這可

7、通過CBR來補償。調(diào)整點火提前角、空燃比、進(jìn)排氣相位等參數(shù)，使發(fā)動機發(fā)揮出最優(yōu)性能。2）不同凸輪軸的部分負(fù)荷試驗3）不同進(jìn)氣歧管的部分負(fù)荷試驗4）不同壓縮比的部分負(fù)荷試驗噴油目標(biāo)試驗不同工況下，燃油霧化良好，油束處于氣道中心，盡量減少濕壁，濕壁面積大會使機油稀釋嚴(yán)重和HC的排放升高。火花塞選擇試驗主要試驗數(shù)據(jù)及分析MFB50% (Mass fraction burned 50%、CA ATDC) 為了得到最佳燃燒熱釋放率MFB50%應(yīng)處在上止點后8度，對應(yīng)的燃燒最高壓力點應(yīng)在上止點后12度附近，此時發(fā)動機的燃油經(jīng)濟性、燃燒穩(wěn)定性最好，其位置可通過點火提前角調(diào)整，點火角提前其位置提前，點火角推遲

8、其位置推遲。在低速低負(fù)荷區(qū)域，MFB50%能達(dá)到止點后8度的位置，但在高速高負(fù)荷時由于爆震等原因，要遲于上止點后8度。SA（Spark advance、CA BTDC）點火提前角，調(diào)整點火提前角應(yīng)盡可能使MFB50%應(yīng)處在上止點后8度的位置，如果發(fā)生爆震則要推遲點火角。點火角過大會發(fā)生爆震或處于爆震極限，檢查點火角是否適當(dāng)?shù)姆椒ㄊ牵焊讐呵€的波動振幅應(yīng)小于不同轉(zhuǎn)速的規(guī)定值（一般規(guī)律：發(fā)動機轉(zhuǎn)速n千轉(zhuǎn)，允許壓力波動振幅值為n bar）。另外點火提前角滯后會使排溫升高，高速高負(fù)荷必須注意。BMEP（Brake mean effective pressure、bar）制動平均有效壓力是通過發(fā)動機臺架

9、的制動力矩計算得到，其值一般與進(jìn)氣管絕對壓力有如下關(guān)系：進(jìn)氣壓力1bar時平均制動有效壓力為10-11bar，進(jìn)氣壓力為1.6bar時平均制動有效壓力為16-17bar。IMEP （Indicated mean effective pressure、bar）指示平均有效壓力，通過缸壓傳感器的壓力信號，計算得到。FMEP （Friction mean effective pressure、bar）摩擦平均有效壓力FMEP= IMEP- BMEP。FMEP值過大將會影響發(fā)動機的功率扭矩輸出，1.6L CBR VVT發(fā)動機在額定功率點的理想值為1.61.7 bar。PMEP （Pumping mea

10、n effective pressure、bar）泵氣平均有效壓力，提前開啟排氣閥可降低泵氣損失，但有可能縮短作功沖程，減小指示平均有效壓力。COV of IMEP（Coefficient of vibration of IMEP）該值主要是評定發(fā)動機部分負(fù)荷與怠速時燃燒穩(wěn)定性的重要指標(biāo)，其值越小燃燒越穩(wěn)定，一般地，燃燒速度越快其值越小。低速低負(fù)荷時其值較大，高負(fù)荷時其值較小。2000rpm/2bar時其限值為5%，怠速時其限值為20%。BSFC（Brake specific fuel consumption）評價發(fā)動機燃油經(jīng)濟性的重要指標(biāo)，全負(fù)荷工況點的最低值為275g/kw*h（此時空燃比

11、應(yīng)小于1），2000rpm/2bar時其限值為372-399g/kw.h（RON 95）。Max pressure rise（bar /CA）平均壓力上升率，當(dāng)點火角設(shè)定的過早時，平均壓力上升率增大，輸出扭矩增大，油耗降低，但燃燒噪聲變大，工作粗暴，因此需對此限制。1.6L CBR VVT和2.0LTCI GDI發(fā)動機的最大值為4bar/CA。Lambda空燃比有實測空燃比和通過排放分析儀計算的空燃比兩種，。部分負(fù)荷空燃比為1；全負(fù)荷時為了得到較大的扭矩輸出需將空燃比加濃，一般情況下空燃比為0.9時，發(fā)動機的輸出功率較大；高速高負(fù)荷時，為了降低排氣溫度而將空燃比設(shè)的更加濃，可為0.85，空燃比

12、加濃排氣溫度降低的原因主要是燃油蒸發(fā)吸收部分熱量，另外空燃比過濃將會使燃燒不充分，而是排氣溫度降低。噴油正時對于直噴發(fā)動機，噴油正時比較重要。因為當(dāng)加大氣門重疊角時，可利用新鮮空氣將廢氣盡可能排除，然后開始噴油，這樣避免了燃油隨新鮮空氣進(jìn)入排氣系統(tǒng)，因此適當(dāng)?shù)膰娪驼龝r可以提高燃油經(jīng)濟性。有一點要注意，由于一部分新鮮空氣未參加燃燒便進(jìn)入排氣系統(tǒng)，這使排氣系統(tǒng)中氧傳感器的測得空燃比值高于實際燃燒的空燃比值。最大燃燒爆發(fā)壓力最大燃燒爆發(fā)壓力過大，活塞、曲軸等運動件的強度也必須提高，否則容易損壞。1.6L CBR VVT 發(fā)動機的最高燃燒爆發(fā)壓力70bar、2.0LTCI GDI最大燃燒爆發(fā)壓力90b

13、ar。發(fā)動機最大功率滿足開發(fā)目標(biāo)。1.6L CBR VVT發(fā)動機的開發(fā)目標(biāo)為87kw/6200rpm （RON 95），2.0L TCI GDI發(fā)動機的開發(fā)目標(biāo)為144kw/5500rpm（RON 95）。發(fā)動機扭矩滿足最大扭矩的開發(fā)目標(biāo)，低速段扭矩的開發(fā)目標(biāo)。最大扭矩點的轉(zhuǎn)速不要太高一般小于4500rpm，低速段的扭矩較低，會影響整車的加速性能。1.6L CBR VVT 發(fā)動機的最大扭矩開發(fā)目標(biāo)值為147 Nm/4300rpm、低速段扭矩的開發(fā)目標(biāo)值為121 Nm / 1500rpm（RON 95）；2.0L TCI GDI 發(fā)動機的最大扭矩開發(fā)目標(biāo)值為290Nm/1800rpm、低速段扭矩

14、的開發(fā)目標(biāo)值為249 Nm/1500rpm （RON 95）。PCO其排放量主要與空燃比有關(guān)，空燃比濃排放量升高。PHC點火角推遲排放量降低，空燃比濃排放量升高。PNOx燃燒溫度高，氮氧化物的含量高。通過內(nèi)部EGR可顯著降低其含量。CO2O2一般排氣中氧氣的含量在1%內(nèi)，則說明燃燒正常，可通過此數(shù)值方便的判斷發(fā)動機工作狀態(tài)是否正常。發(fā)動機出水溫度一般控制在90攝氏度。發(fā)動機進(jìn)水溫度進(jìn)出水溫的差在4攝氏度比較合理，說明發(fā)動機的冷卻系統(tǒng)的冷卻能力滿足要求。發(fā)動機機油壓力機油壓力正常保持在4-5 bar。機油溫度一般控制在90攝氏度，最高溫度不能超過140度。環(huán)境壓力空濾口溫度、壓力空濾口溫度一般控

15、制在標(biāo)準(zhǔn)溫度25度。進(jìn)氣軟管溫度、壓力進(jìn)氣管溫度、壓力全負(fù)荷試驗時，進(jìn)氣歧管的壓力與環(huán)境壓力的差值不能太大，否則將影響發(fā)動機的充氣效率也就影響了發(fā)動機的功率輸出，1.6L CBR VVT發(fā)動機的限值為25-30mbar。增壓發(fā)動機進(jìn)氣管溫度控制的過低，有利于功率扭矩輸出，但實際上增壓發(fā)動機進(jìn)氣管內(nèi)的一般較高（本發(fā)動機規(guī)定，外特性試驗時為50攝氏度），因此要注意進(jìn)氣管內(nèi)的溫度是否適當(dāng)。增壓發(fā)動機進(jìn)氣管壓力控制的高，有利于功率扭矩輸出，但進(jìn)氣壓力過高（如絕對壓力超過1.8bar），將會使增壓器的工作負(fù)荷加大，工作環(huán)境惡化，可靠性降低，另外也減少了高原時進(jìn)氣增壓的余量。各缸進(jìn)氣口溫度油軌壓力1.6L CBR VVT發(fā)動機的油軌燃油壓力為4bar。2.0TCI GDI 發(fā)動機的油軌壓力可調(diào)，一般控制在7-11Mpa，中低負(fù)荷時燃油需求量小，為了降低高壓油泵的功率消耗，將油壓設(shè)定的低一些，高負(fù)荷時為了滿足燃油量，應(yīng)將油壓設(shè)定的高些。進(jìn)回油溫度各缸排氣溫度排放物采樣三元催化器前的溫度、壓力1.6L CBR VVT發(fā)動機的最大功率點的排氣背壓規(guī)定值為350mbar。三元催化器前的最