提高汽油機(jī)部分負(fù)荷效率的方法綜述

1、文獻(xiàn)來(lái)源：文獻(xiàn)來(lái)源：energy conversion and management Volume 46,Issue 20,December 2005作者：作者：Osman Akin Kutlar 等等(伊斯坦布爾技術(shù)大學(xué)伊斯坦布爾技術(shù)大學(xué)) 文獻(xiàn)報(bào)告文獻(xiàn)報(bào)告報(bào)告人報(bào)告人 胡順堂胡順堂 報(bào)告內(nèi)容報(bào)告內(nèi)容1、文獻(xiàn)摘要及介紹、文獻(xiàn)摘要及介紹2、提高部分負(fù)荷效率的方法、提高部分負(fù)荷效率的方法 2.1 可變氣門定時(shí)和可變氣門升程可變氣門定時(shí)和可變氣門升程 2.2 可變壓縮比可變壓縮比 2.3 增壓增壓 2.4 分層稀薄燃燒分層稀薄燃燒 2.5 可變發(fā)動(dòng)機(jī)排量（氣缸休眠）可變發(fā)動(dòng)機(jī)排量（氣缸休眠） 2.

2、6 不同系統(tǒng)的組合不同系統(tǒng)的組合3、結(jié)論、結(jié)論1、文獻(xiàn)摘要及介紹、文獻(xiàn)摘要及介紹論文從節(jié)能降耗即降低論文從節(jié)能降耗即降低COCO2 2排放要求入手，簡(jiǎn)要介紹排放要求入手，簡(jiǎn)要介紹了各國(guó)燃油經(jīng)濟(jì)性法規(guī)的發(fā)展歷程；并對(duì)理想氣體奧了各國(guó)燃油經(jīng)濟(jì)性法規(guī)的發(fā)展歷程；并對(duì)理想氣體奧托循環(huán)、理想燃料奧托循環(huán)以及發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際循環(huán)的熱托循環(huán)、理想燃料奧托循環(huán)以及發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際循環(huán)的熱效率和損失進(jìn)行了比較。效率和損失進(jìn)行了比較。論文著重分析了傳統(tǒng)節(jié)氣門控制負(fù)荷汽油機(jī)部分負(fù)論文著重分析了傳統(tǒng)節(jié)氣門控制負(fù)荷汽油機(jī)部分負(fù)荷泵氣損失增加對(duì)熱效率的影響。荷泵氣損失增加對(duì)熱效率的影響。對(duì)提高汽油機(jī)部分負(fù)荷效率的幾種方法做了綜述。對(duì)

3、提高汽油機(jī)部分負(fù)荷效率的幾種方法做了綜述。 可變氣門定時(shí)和可變氣門升程可變氣門定時(shí)和可變氣門升程 可變壓縮比可變壓縮比增壓增壓分層稀薄燃燒分層稀薄燃燒可變發(fā)動(dòng)機(jī)排量（氣缸休眠）可變發(fā)動(dòng)機(jī)排量（氣缸休眠）不同系統(tǒng)的組合不同系統(tǒng)的組合1、文獻(xiàn)摘要及介紹、文獻(xiàn)摘要及介紹汽油機(jī)部分負(fù)荷效率降低的主要原因汽油機(jī)部分負(fù)荷效率降低的主要原因換氣過(guò)程中由于節(jié)氣門部分開(kāi)啟，節(jié)流損失增加，引換氣過(guò)程中由于節(jié)氣門部分開(kāi)啟，節(jié)流損失增加，引起泵氣損失增加，（即起泵氣損失增加，（即P-VP-V圖上低壓環(huán)面積增加）。圖上低壓環(huán)面積增加）。同時(shí)燃燒狀況的惡化如燃燒速度降低同時(shí)燃燒狀況的惡化如燃燒速度降低，循環(huán)波動(dòng)增加，循環(huán)

4、波動(dòng)增加等也會(huì)導(dǎo)致?lián)p失的增加，熱效率降低等也會(huì)導(dǎo)致?lián)p失的增加，熱效率降低。 節(jié)氣門控制，不同負(fù)荷泵氣損失變化和熱效率變化。節(jié)氣門控制，不同負(fù)荷泵氣損失變化和熱效率變化。單缸機(jī)試驗(yàn)結(jié)果單缸機(jī)試驗(yàn)結(jié)果：2000r/min2000r/min，IMEPnetIMEPnet從從6bar6bar降到降到1.5bar, 1.5bar, PMEPPMEP從從0.30.3增加到增加到0.7bar0.7bar，在，在IMEPnetIMEPnet中比例由中比例由5 5增加到增加到4646，凈指示熱效率從，凈指示熱效率從3535降到降到2727，總熱效率在，總熱效率在36363838之間，變化不大。之間，變化不大。1

5、、文獻(xiàn)摘要及介紹、文獻(xiàn)摘要及介紹許多汽車生產(chǎn)和研究機(jī)構(gòu)開(kāi)展了這方面的研究，主要目的許多汽車生產(chǎn)和研究機(jī)構(gòu)開(kāi)展了這方面的研究，主要目的是希望取消節(jié)氣門或不論什么負(fù)荷，盡量有可能最大的開(kāi)是希望取消節(jié)氣門或不論什么負(fù)荷，盡量有可能最大的開(kāi)度，以減少泵氣損失。度，以減少泵氣損失。提高汽油機(jī)部分負(fù)荷效率的主要方法有：提高汽油機(jī)部分負(fù)荷效率的主要方法有：1、文獻(xiàn)摘要及介紹、文獻(xiàn)摘要及介紹2、提高部分負(fù)荷效率的方法、提高部分負(fù)荷效率的方法2.1 2.1 可變氣門定時(shí)和可變氣門升程（可變氣門定時(shí)和可變氣門升程（VVTVVT和和VVL)VVL)通過(guò)進(jìn)氣門升程以及開(kāi)閉時(shí)刻調(diào)整，使進(jìn)氣門早關(guān)或晚關(guān)通過(guò)進(jìn)氣門升程以及

6、開(kāi)閉時(shí)刻調(diào)整，使進(jìn)氣門早關(guān)或晚關(guān)來(lái)控制負(fù)荷。（節(jié)氣門全開(kāi)，負(fù)荷不靠節(jié)氣門控制）來(lái)控制負(fù)荷。（節(jié)氣門全開(kāi)，負(fù)荷不靠節(jié)氣門控制）晚關(guān)策略晚關(guān)策略是通過(guò)進(jìn)是通過(guò)進(jìn)氣門晚關(guān)，氣門晚關(guān)，缸內(nèi)氣體缸內(nèi)氣體被回進(jìn)氣被回進(jìn)氣道，來(lái)調(diào)道，來(lái)調(diào)整負(fù)荷。整負(fù)荷。早關(guān)策略就早關(guān)策略就是采用小升是采用小升程，短持續(xù)程，短持續(xù)期型線，用期型線，用升程和關(guān)閉升程和關(guān)閉時(shí)刻限制進(jìn)時(shí)刻限制進(jìn)氣量，從而氣量，從而調(diào)整負(fù)荷。調(diào)整負(fù)荷。明顯減少泵明顯減少泵氣損失，熱氣損失，熱效率提高。效率提高。2.1 可變氣門定時(shí)和可變氣門升程（可變氣門定時(shí)和可變氣門升程（VVT和和VVL)其他負(fù)荷控制方法（其他負(fù)荷控制方法（SAE2000-01-

7、1227，R.Flierl,BMW)廢氣廢氣重吸重吸EGR進(jìn)氣進(jìn)氣早關(guān)早關(guān)廢氣廢氣重壓重壓EGR進(jìn)氣進(jìn)氣晚關(guān)晚關(guān)進(jìn)氣進(jìn)氣晚開(kāi)晚開(kāi)早關(guān)早關(guān)節(jié)氣節(jié)氣門控門控制制2.1 可變氣門定時(shí)和可變氣門升程（可變氣門定時(shí)和可變氣門升程（VVT和和VVL)采用上述進(jìn)氣門早關(guān)或晚關(guān)都能明顯減少泵氣損失，同采用上述進(jìn)氣門早關(guān)或晚關(guān)都能明顯減少泵氣損失，同時(shí)時(shí)PMEP/IMEPgross減小，提高了熱效率，油耗降低。減小，提高了熱效率，油耗降低。另一方面，排氣門開(kāi)啟時(shí)刻也可以影響和提高熱效率，另一方面，排氣門開(kāi)啟時(shí)刻也可以影響和提高熱效率，它主要通過(guò)影響膨脹功來(lái)實(shí)現(xiàn)。它主要通過(guò)影響膨脹功來(lái)實(shí)現(xiàn)。但是，采用但是，采用V

8、VT和和VVL來(lái)提高熱效率降低油耗的潛力受來(lái)提高熱效率降低油耗的潛力受有效壓縮比減小有效壓縮比減小的限制。的限制。另外，由于取消了節(jié)氣門，進(jìn)氣道內(nèi)氣體壓力較高，另外，由于取消了節(jié)氣門，進(jìn)氣道內(nèi)氣體壓力較高，燃燃油蒸發(fā)和混合變差油蒸發(fā)和混合變差。由于上述原因，在非常小的負(fù)荷情況下，由于有效壓縮由于上述原因，在非常小的負(fù)荷情況下，由于有效壓縮比減小，同時(shí)燃燒惡化（燃燒持續(xù)期長(zhǎng)，循環(huán)波動(dòng)大），比減小，同時(shí)燃燒惡化（燃燒持續(xù)期長(zhǎng)，循環(huán)波動(dòng)大），雖然泵氣損失也降低，但限制了熱效率的提高。雖然泵氣損失也降低，但限制了熱效率的提高。 VVT和和VVL在部分負(fù)荷在部分負(fù)荷節(jié)油一般節(jié)油一般5-15%。此數(shù)值與發(fā)

9、動(dòng)。此數(shù)值與發(fā)動(dòng)機(jī)本身以及所采用的測(cè)試循環(huán)有關(guān)。機(jī)本身以及所采用的測(cè)試循環(huán)有關(guān)。 BMW Valvetronic 節(jié)油效果：節(jié)油效果： n=4000r/min，BMEP=4bar，節(jié)油，節(jié)油6-10% n=3000r/min，BMEP=4bar，節(jié)油，節(jié)油8-10% n=2000r/min，BMEP=2bar，節(jié)油，節(jié)油12% 怠速，怠速， 節(jié)油節(jié)油20-25% 采用歐洲測(cè)試循環(huán)，采用歐洲測(cè)試循環(huán)， 節(jié)油節(jié)油11-14%2.1 可變氣門定時(shí)和可變氣門升程（可變氣門定時(shí)和可變氣門升程（VVT和和VVL) 汽油機(jī)的壓縮比受到滿負(fù)荷時(shí)最大允許機(jī)械負(fù)荷以及汽油機(jī)的壓縮比受到滿負(fù)荷時(shí)最大允許機(jī)械負(fù)荷以及

10、汽油機(jī)爆震的限制不能太高，這限制了汽油機(jī)熱效率。汽油機(jī)爆震的限制不能太高，這限制了汽油機(jī)熱效率。 在發(fā)動(dòng)機(jī)低負(fù)荷時(shí)，機(jī)械負(fù)荷離最大允許負(fù)荷相差很在發(fā)動(dòng)機(jī)低負(fù)荷時(shí)，機(jī)械負(fù)荷離最大允許負(fù)荷相差很遠(yuǎn)，提高熱效率還有很大的潛力。遠(yuǎn)，提高熱效率還有很大的潛力。 因此在部分負(fù)荷可以通過(guò)增加壓縮比，可以因此在部分負(fù)荷可以通過(guò)增加壓縮比，可以改善燃燒改善燃燒質(zhì)量，提高熱效率質(zhì)量，提高熱效率，同時(shí)也不易爆燃。，同時(shí)也不易爆燃。2.2 可變壓縮比可變壓縮比根據(jù)轉(zhuǎn)速負(fù)根據(jù)轉(zhuǎn)速負(fù)荷變化來(lái)調(diào)荷變化來(lái)調(diào)整壓縮比，整壓縮比，實(shí)現(xiàn)最小的實(shí)現(xiàn)最小的油耗。高速油耗。高速小負(fù)荷，可小負(fù)荷，可以選擇較高以選擇較高的壓縮比。的壓縮比。

11、但是，可變壓縮比不能直接用來(lái)控制負(fù)荷，也就是不能象但是，可變壓縮比不能直接用來(lái)控制負(fù)荷，也就是不能象VVT/VVL一樣來(lái)減少泵氣損失，在相同凈一樣來(lái)減少泵氣損失，在相同凈IMEP條件下，條件下，與固定壓縮比相比，必然要關(guān)小節(jié)氣門少進(jìn)氣，因此泵氣與固定壓縮比相比，必然要關(guān)小節(jié)氣門少進(jìn)氣，因此泵氣損失會(huì)增加。限制了熱效率的進(jìn)一步提高。損失會(huì)增加。限制了熱效率的進(jìn)一步提高。 為進(jìn)一步提高熱效率，可以為進(jìn)一步提高熱效率，可以結(jié)合結(jié)合VVT/VVL以及稀薄燃燒以及稀薄燃燒等方法來(lái)降低泵氣損失。等方法來(lái)降低泵氣損失。采用可變壓縮比可以實(shí)現(xiàn)采用可變壓縮比可以實(shí)現(xiàn)節(jié)油節(jié)油3-10%。應(yīng)用中壓縮比限制。應(yīng)用中壓

12、縮比限制在在=15以下（受熱損失和摩擦損失增加限制）以下（受熱損失和摩擦損失增加限制）2.2 可變壓縮比可變壓縮比 采用廢氣渦輪增壓，能利用廢氣能量增加進(jìn)氣壓力，可以采用廢氣渦輪增壓，能利用廢氣能量增加進(jìn)氣壓力，可以補(bǔ)償泵氣損失。補(bǔ)償泵氣損失。 但在大負(fù)荷會(huì)面臨爆燃的問(wèn)題，因此一般增壓汽油機(jī)機(jī)壓但在大負(fù)荷會(huì)面臨爆燃的問(wèn)題，因此一般增壓汽油機(jī)機(jī)壓縮比較自然吸氣汽油機(jī)要低一些。縮比較自然吸氣汽油機(jī)要低一些。 增壓的好處在于用小的排量和質(zhì)量就可以輸出大的功率，增壓的好處在于用小的排量和質(zhì)量就可以輸出大的功率，有利于發(fā)動(dòng)機(jī)輕量化，便于車輛總布置。在部分負(fù)荷可以有利于發(fā)動(dòng)機(jī)輕量化，便于車輛總布置。在部分

13、負(fù)荷可以提高燃油經(jīng)濟(jì)性。提高燃油經(jīng)濟(jì)性。 在相同負(fù)荷點(diǎn)，小型增壓汽油機(jī)輕量化后機(jī)械效率高，在相同負(fù)荷點(diǎn)，小型增壓汽油機(jī)輕量化后機(jī)械效率高，PMEP/IMEP(總）降低，熱效率高。可以節(jié)油總）降低，熱效率高?？梢怨?jié)油310。2.3 汽油機(jī)增壓汽油機(jī)增壓 分層充氣稀薄燃燒的主要思想分層充氣稀薄燃燒的主要思想是在火花塞附近提供濃的混合是在火花塞附近提供濃的混合氣（氣（12：1），以穩(wěn)定可靠著火，），以穩(wěn)定可靠著火，而在大部分燃燒室空間分布的而在大部分燃燒室空間分布的是非常稀的混合氣（是非常稀的混合氣（25：1）。）。這就意味著在部分負(fù)荷就可以這就意味著在部分負(fù)荷就可以用較大的節(jié)氣門開(kāi)度，能明顯用較大

14、的節(jié)氣門開(kāi)度，能明顯減少泵氣損失，而且膨脹過(guò)程減少泵氣損失，而且膨脹過(guò)程平均多邊指數(shù)較高，熱效率提平均多邊指數(shù)較高，熱效率提高，油耗改善。高，油耗改善。節(jié)油節(jié)油1728。2.4 分層稀燃汽油機(jī)分層稀燃汽油機(jī)由于稀燃抑制了爆燃的產(chǎn)生，可以采用較高的壓縮比。由于稀燃抑制了爆燃的產(chǎn)生，可以采用較高的壓縮比。大眾大眾FSI（燃油分層噴射）技術(shù)（燃油分層噴射）技術(shù)FSI特點(diǎn)是：能夠降低泵吸損失，在低負(fù)荷時(shí)確保低油耗，但特點(diǎn)是：能夠降低泵吸損失，在低負(fù)荷時(shí)確保低油耗，但需要需要增加特殊催化轉(zhuǎn)換器增加特殊催化轉(zhuǎn)換器以有效凈化處理排放氣體。以有效凈化處理排放氣體。 2.4 分層稀燃汽油機(jī)分層稀燃汽油機(jī)2.4

15、分層稀燃汽油機(jī)分層稀燃汽油機(jī)三菱三菱GDI可令混合比達(dá)到可令混合比達(dá)到40:1。它采用立式。它采用立式吸氣口方式，從氣缸蓋的吸氣口方式，從氣缸蓋的上方吸氣上方吸氣的獨(dú)特方式產(chǎn)生強(qiáng)大的的獨(dú)特方式產(chǎn)生強(qiáng)大的下沉氣流下沉氣流。這種下沉氣流在彎曲頂面活塞附近這種下沉氣流在彎曲頂面活塞附近得到加強(qiáng)并在氣缸內(nèi)形成得到加強(qiáng)并在氣缸內(nèi)形成縱向渦旋縱向渦旋轉(zhuǎn)流轉(zhuǎn)流。在。在高壓旋轉(zhuǎn)噴注器高壓旋轉(zhuǎn)噴注器的作用下，的作用下，壓縮過(guò)程后期被直接噴注進(jìn)氣缸內(nèi)壓縮過(guò)程后期被直接噴注進(jìn)氣缸內(nèi)的燃料形成濃密的噴霧，噴霧在彎的燃料形成濃密的噴霧，噴霧在彎曲頂面活塞的頂面空間中不是擴(kuò)散曲頂面活塞的頂面空間中不是擴(kuò)散而是氣化。而是氣

16、化。這種混和氣被縱向渦旋轉(zhuǎn)流帶到火花塞附近，在這種混和氣被縱向渦旋轉(zhuǎn)流帶到火花塞附近，在火花塞四周形火花塞四周形成較濃的層狀混和狀態(tài)成較濃的層狀混和狀態(tài)。雖然從燃燒室整體來(lái)看十分稀薄，但。雖然從燃燒室整體來(lái)看十分稀薄，但由于呈現(xiàn)從濃厚到稀薄的層狀分布，因此能保證點(diǎn)火并實(shí)現(xiàn)穩(wěn)由于呈現(xiàn)從濃厚到稀薄的層狀分布，因此能保證點(diǎn)火并實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定燃燒。定燃燒。 基本思想：在部分負(fù)荷，有選擇的停止某些氣缸的工作，來(lái)減基本思想：在部分負(fù)荷，有選擇的停止某些氣缸的工作，來(lái)減少發(fā)動(dòng)機(jī)工作容積，來(lái)控制進(jìn)氣量。（不是靠節(jié)氣門控制）少發(fā)動(dòng)機(jī)工作容積，來(lái)控制進(jìn)氣量。（不是靠節(jié)氣門控制）與節(jié)氣門控制相比，在各缸總與節(jié)氣門控制相比

17、，在各缸總IMEPnet相同情況下，單個(gè)工作相同情況下，單個(gè)工作氣缸的氣缸的IMEPnet增加，泵氣損失減少，熱效率改善，油耗降低。增加，泵氣損失減少，熱效率改善，油耗降低。 2.5 可變排量（氣缸休眠）可變排量（氣缸休眠）實(shí)現(xiàn)手段：實(shí)現(xiàn)手段：一是切斷某缸供油，使它休眠。一是切斷某缸供油，使它休眠。二是關(guān)閉某缸的氣門，使它停止工作。一般通過(guò)可變氣二是關(guān)閉某缸的氣門，使它停止工作。一般通過(guò)可變氣門執(zhí)行機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)。門執(zhí)行機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)。后者對(duì)減少泵氣損失更有利。后者對(duì)減少泵氣損失更有利。報(bào)告的節(jié)油效果報(bào)告的節(jié)油效果726。實(shí)際使用受工作粗暴、振動(dòng)和噪音限制。實(shí)際使用受工作粗暴、振動(dòng)和噪音限制。2.5 可變

18、排量可變排量2.6可控自燃（可控自燃（CAI）低溫燃燒技術(shù)）低溫燃燒技術(shù)CAI燃燒可以被描述為燃料、空氣及缸內(nèi)再循燃燒可以被描述為燃料、空氣及缸內(nèi)再循環(huán)燃燒產(chǎn)物所形成的均質(zhì)混合氣在壓縮上止點(diǎn)環(huán)燃燒產(chǎn)物所形成的均質(zhì)混合氣在壓縮上止點(diǎn)附近達(dá)到著火條件而多點(diǎn)自燃著火、低溫燃燒附近達(dá)到著火條件而多點(diǎn)自燃著火、低溫燃燒放熱做功的過(guò)程。如圖放熱做功的過(guò)程。如圖1-1所示。所示。圖1-1 HCCI燃燒過(guò)程（美國(guó)西南研究院）其基本特征是均質(zhì)、壓燃和低溫火焰燃燒，因此，其基本特征是均質(zhì)、壓燃和低溫火焰燃燒，因此，HCCI也可以被認(rèn)為火花點(diǎn)燃（也可以被認(rèn)為火花點(diǎn)燃（SI）和壓縮著火（）和壓縮著火（CI）的混合燃燒

19、模式。在發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸內(nèi)，均質(zhì)混合氣同時(shí)的混合燃燒模式。在發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸內(nèi)，均質(zhì)混合氣同時(shí)自燃著火，沒(méi)有像自燃著火，沒(méi)有像SI燃燒時(shí)火焰?zhèn)鞑サ倪^(guò)程，燃燒持燃燒時(shí)火焰?zhèn)鞑サ倪^(guò)程，燃燒持續(xù)期短，放熱集中。由于發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸中的可燃混合氣續(xù)期短，放熱集中。由于發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸中的可燃混合氣是同時(shí)燃燒，為了使燃燒速率和壓升率不至于過(guò)高，是同時(shí)燃燒，為了使燃燒速率和壓升率不至于過(guò)高，可燃混合氣需要大量稀釋。目前主要使用過(guò)量空氣和可燃混合氣需要大量稀釋。目前主要使用過(guò)量空氣和廢氣再循環(huán)（廢氣再循環(huán)（EGR）實(shí)現(xiàn)對(duì)可燃混合氣的稀釋，但即）實(shí)現(xiàn)對(duì)可燃混合氣的稀釋，但即使這樣，使這樣，HCCI的燃燒持續(xù)期比的燃燒持續(xù)期比SI和和CI燃燒的持續(xù)期也燃燒的持續(xù)期也要短。更接近于定容燃燒，因而其經(jīng)濟(jì)性較好圖要短。更接近于定容燃燒，因而其經(jīng)濟(jì)性較好