熱力學開發(fā)試驗與數(shù)據(jù)分析小結

1、精選優(yōu)質文檔-傾情為你奉上精選優(yōu)質文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)專心-專注-專業(yè)精選優(yōu)質文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)熱力學開發(fā)試驗與數(shù)據(jù)分析小結熱力學開發(fā)的定義個人認為，是對設計出的基本型發(fā)動機，通過調整點火提前角、空燃比、進排氣凸輪相位、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)動機不能達到目標，則要針對問題更改相應的設計和硬件，直至滿足目標。試驗設備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)動機自動標定及運行的工具。能自動調整ECU的標定參數(shù)如點火提前角、空燃比、進排氣凸輪相位及CBR控制狀態(tài)等，便于標定參數(shù)的優(yōu)化及標定時的數(shù)據(jù)采集。INCA系統(tǒng)發(fā)動機ECU標定工具，可調整點火提前角、空燃比、進排氣凸輪相位、CBR開關狀態(tài)等發(fā)動機運行參數(shù)。其他設備儀器汽缸燃燒壓力傳感器、進氣溫度傳感器、進氣壓力傳感器、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。試驗內容與方法全負荷優(yōu)化試驗全負荷試驗主要驗證發(fā)動機的最大功率、最大扭矩及最低燃油消耗BSFC。調整點火提前角、空燃比、進排氣凸輪相位等參數(shù)，使發(fā)動機發(fā)揮出最優(yōu)性能。不同進氣歧管的外特性試驗細長的進氣歧管有助于提高低速段的扭矩，粗短的進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部EGR率，（重疊角大時，內部EGR率大）當內部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、使進氣管內的絕對壓力升高，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入排氣系統(tǒng)內會犧牲燃油經(jīng)濟性。較早的進氣閥關（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。大的進排氣閥重疊角，有利于發(fā)動機高速換氣，但是活塞與進排氣閥的間隙尤其

5、是怠速的穩(wěn)定性限制了允許的重疊持續(xù)期。c）不同壓縮比的全負荷試驗（不同活塞、燃燒室）不同排氣系統(tǒng)的全負荷試驗主要驗證發(fā)動機排氣背壓對發(fā)動機性能的影響，。不同進氣系統(tǒng)的全負荷試驗。主要驗證發(fā)動機進氣系統(tǒng)壓降對發(fā)動機性能的影響。部分負荷優(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）調整發(fā)動機點火提前角、空燃比、進排氣凸輪相位等發(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結構的部分負荷試驗。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），部分負荷時通過關閉中性氣道，使空氣只從切向氣道進入氣缸，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，達到節(jié)油的目的，通過改變凸輪相位，可適當增大內部EGR，內部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。調整點火提前角、空燃比、進排氣相位等參數(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荷試驗3）不同進氣歧管的部分負荷試驗4）不同壓縮比的部分負荷試驗噴油目標試驗不同工況下，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%應處在上止點后8度，對應的燃燒最高壓力點應在上止點后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。在低速低負荷區(qū)域，MFB50%能達到止點后8度的位置，但在高速高負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，調整點火提前角應盡可能使MFB50%應處在上止點后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?shù)姆椒ㄊ牵焊讐呵€的波動振幅應小于不同轉速的規(guī)定值（一般規(guī)律：發(fā)動機轉速n千轉，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，其值一般與進氣管絕對壓力有如下關系：進氣壓力1bar時平均制動有效壓力為10-11bar，進氣壓力為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)動機部分負荷與怠速時燃燒穩(wěn)定性的重要指標，其值越小燃燒越穩(wěn)定，一般地，燃燒速度越快其值越小。低速低負荷時其值較大，高負荷時其值較小。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，全負荷工況點的最低值為275g/kw*h（此時空燃比

11、應小于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，當點火角設定的過早時，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，。部分負荷空燃比為1；全負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；高速高負荷時，為了降低排氣溫度而將空燃比設的更加濃，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入排氣系統(tǒng)，因此適當?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。1.6L CBR VVT發(fā)動機的開發(fā)目標為87kw/6200rpm （RON 95），2.0L TCI GDI發(fā)動機的開發(fā)目標為144kw/5500rpm（RON 95）。發(fā)動機扭矩滿足最大扭矩的開發(fā)目標，低速段扭矩的開發(fā)目標。最大扭矩點的轉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)目標值為147 Nm/4300rpm、低速段扭矩的開發(fā)目標值為121 Nm / 1500rpm（RON 95）；2.0L TCI GDI 發(fā)動機的最大扭矩開發(fā)目標值為290Nm/1800rpm、低速段扭矩

14、的開發(fā)目標值為249 Nm/1500rpm （RON 95）。PCO其排放量主要與空燃比有關，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。通過內部EGR可顯著降低其含量。CO2O2一般排氣中氧氣的含量在1%內，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)動機進水溫度進出水溫的差在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、制在標準溫度25度。進氣軟管溫度、壓力進氣管溫度、壓力全負荷試驗時，進氣歧管的壓力與環(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)動機進氣管內的一般較高（本發(fā)動機規(guī)定，外特性試驗時為50攝氏度），因此要注意進氣管內的溫度是否適當。增壓發(fā)動機進氣管壓力控制的高，有利于功率扭矩輸出，但進氣壓力過高（如絕對壓力超過1.8bar），將會使增壓器的工作負荷加大，工作環(huán)境惡化，可靠性降低，另外也減少了高原時進氣增壓的余量。各缸進氣口溫度油軌壓力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，一般控制在7-11Mpa，中低負荷時燃油需求量小，為了降低高壓油泵的功率消耗，將油壓設定的低一些，高負荷時為了滿足燃油量，應將油壓設定的高些。進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