機(jī)動(dòng)前沿內(nèi)燃機(jī)研究

1、機(jī)械與動(dòng)力工程前沿課程作業(yè)內(nèi)燃機(jī)研究所第 頁(yè)姓名：張布衣學(xué)號(hào)：5130209217班級(jí)：F1302008現(xiàn)代發(fā)動(dòng)機(jī)節(jié)能采取了哪些措施？汽油機(jī)節(jié)能技術(shù)： （1）增壓小排量 Downsizing ：兩種方式：機(jī)械增壓與渦輪增壓。增壓是 將空氣預(yù)先壓縮后供入氣缸，以提高空氣密度、增加進(jìn)氣量。 進(jìn)氣量增加，可增加循環(huán)供油量，從而可增加發(fā)動(dòng)機(jī)功率； 小排量，輕量化，降低油耗和排放。 （2）缸內(nèi)直噴 GDI ：缸內(nèi)直噴就是將燃油噴嘴安裝于氣缸內(nèi)，直接將燃油噴入氣缸內(nèi)與進(jìn)氣混合。噴射壓力也進(jìn)一步提高，使燃油霧化更加細(xì)致，真正實(shí)現(xiàn)了精準(zhǔn)地按比例控制噴油并與進(jìn)氣混合，并且消除了缸外噴射的缺點(diǎn)。同時(shí)，噴嘴位置、噴

2、霧形狀、進(jìn)氣氣流控制，以及 HYPERLINK /view/40982.htm t _blank 活塞頂形狀等特別的設(shè)計(jì)，使油氣能夠在整個(gè)氣缸內(nèi)充分、均勻的混合，從而使燃油充分燃燒，能量轉(zhuǎn)化效率更高。（3）均質(zhì)壓燃 HCCI/CAI ：HCCI發(fā)動(dòng)機(jī)和傳統(tǒng)的汽油發(fā)動(dòng)機(jī)一樣，都是向汽缸里面注入比例非常均勻的空氣和燃料混合氣。它的點(diǎn)火過(guò)程同柴油發(fā)動(dòng)機(jī)相類似，通過(guò)活塞壓縮混合氣使之溫度升高至一定程度時(shí)自行燃燒。（4）可變氣門(mén)正時(shí) VVT ：因?yàn)楦咿D(zhuǎn)速下與低轉(zhuǎn)速下，氣門(mén)正時(shí)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)濟(jì)性和可變氣門(mén)動(dòng)力的影響是明顯的，高轉(zhuǎn)速下可以充分利用進(jìn)氣慣性而提高進(jìn)氣量和掃氣效率，所以氣門(mén)早開(kāi)晚閉，低轉(zhuǎn)速反之，現(xiàn)在

3、的發(fā)動(dòng)機(jī)大多有這個(gè)技術(shù)。 （5）可變壓縮比 VCR ：它的核心技術(shù)就是在缸體與缸蓋之間安裝楔型滑塊，缸體可以沿滑塊的斜面運(yùn)動(dòng)，使得燃燒室與活塞頂面的相對(duì)位置發(fā)生變化，改變?nèi)紵业目头e，從而改變壓縮比。其壓縮比范圍可從8：1至14：1之間變化。在發(fā)動(dòng)機(jī)小負(fù)荷時(shí)采用高壓縮比以節(jié)約燃油；在發(fā)動(dòng)機(jī)大負(fù)荷時(shí)采用低壓縮比，并輔以機(jī)械增壓器以實(shí)現(xiàn)大功率和高扭矩輸出。柴油機(jī)節(jié)能技術(shù)： （1）均質(zhì)壓燃低溫燃燒 HCCI/LTC ：燃料、空氣以及再循環(huán)燃燒產(chǎn)物所形成的均勻混合氣在缸內(nèi)被活塞壓縮、著火、燃燒、做功的一種新型燃燒方式。 目前各種文獻(xiàn)中出現(xiàn)的CAI（可控自燃）、ATAC（活化熱氛圍燃燒）、PCCI/QC

4、CI（準(zhǔn)HCCI）等等指的都是這種燃燒方式。（2）增壓中冷 ：中冷增壓（又稱增壓中冷）就是當(dāng) HYPERLINK /doc/5300431.html t _blank 渦輪增壓器將新鮮空氣壓縮經(jīng)中段冷卻器冷卻，然后經(jīng)進(jìn)氣歧管、進(jìn)氣門(mén)流至汽缸燃燒室。有效的中冷技術(shù)可使增壓溫度下降到50以下，有助于減少?gòu)U氣的排放和提高燃油經(jīng)濟(jì)性。（3）高壓共軌 ：共軌技術(shù)是指高壓油泵、 HYPERLINK /doc/466159.html t _blank 壓力傳感器和ECU組成的閉環(huán)系統(tǒng)中，將噴射壓力的產(chǎn)生和噴射過(guò)程彼此完全分開(kāi)的一種供油方式，由高壓油泵把高壓燃油輸送到公共供油管，通過(guò)對(duì)公共供油管內(nèi)的油壓實(shí)現(xiàn)精

5、確控制，使高壓油管壓力大小與發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速無(wú)關(guān)，可以大幅度減小柴油機(jī)供油壓力隨發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的變化，因此也就減少了傳統(tǒng)柴油機(jī)的缺陷。ECU控制噴油器的噴油量，噴油量大小取決于燃油軌（公共供油管）壓力和電磁閥開(kāi)啟時(shí)間的長(zhǎng)短。（4）排氣能量利用 為什么現(xiàn)代發(fā)動(dòng)機(jī)是集熱機(jī)電的高科技產(chǎn)品？熱 熱力學(xué)、傳熱學(xué)、燃燒學(xué) 機(jī) 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、振動(dòng)噪聲、可靠性 電 硬件、軟件、控制理論現(xiàn)代發(fā)動(dòng)機(jī)采用什么技術(shù)措施減少排氣的有害排放？汽油機(jī)排放控制技術(shù)機(jī)內(nèi)措施：廢氣再循環(huán)EGR、缸內(nèi)直噴（GDI 、FSI）機(jī)外措施：三元催化器、LNT （Lean-NOx-Trap， 稀燃NOx收集器）EGR：廢氣再循環(huán)系統(tǒng)(Exhaust

6、Gas Recirculation)簡(jiǎn)稱EGR，是將柴油機(jī)或汽油機(jī)產(chǎn)生的廢氣的一小部分再送回氣缸。再循環(huán)廢氣由于具有惰性將會(huì)延緩燃燒過(guò)程，也就是說(shuō)燃燒速度將會(huì)放慢從而導(dǎo)致燃燒室中的壓力形成過(guò)程放慢，這就是氮氧化合物會(huì)減少的主要原因。另外，提高廢氣再循環(huán)率會(huì)使總的廢氣流量(mass flow) 減少，因此廢氣排放中總的污染物輸出量將會(huì)相對(duì)減少。EGR系統(tǒng)的任務(wù)就是使廢氣的再循環(huán)量在每一個(gè)工作點(diǎn)都達(dá)到最佳狀況，從而使燃燒過(guò)程始終處于最理想的情況，最終保證排放物中的污染成份最低。GDI：將噴油嘴安裝在燃燒室內(nèi)，將汽油直接噴注在氣缸燃燒室內(nèi)，空氣則通過(guò)進(jìn)氣門(mén)進(jìn)入燃燒室與汽油混合成混合氣被點(diǎn)燃作功，這種

7、形式與柴油機(jī)燃燒方式相似?？蓪?shí)現(xiàn)稀薄燃燒，使燃燒更加充分，降低油耗和排放。FSI（ Fuel Stratified Injection ，燃油分層噴射） 通過(guò)對(duì)燃燒室內(nèi)部形狀的設(shè)計(jì)，讓混合氣能產(chǎn)生較強(qiáng)的渦流使空氣和汽油充分混合。然后使火花塞周圍區(qū)域能有較濃的混合氣，其他周邊區(qū)域有較稀的混合氣，保證了在順利點(diǎn)火的情況下盡可能的實(shí)現(xiàn)稀薄燃燒。實(shí)現(xiàn)較稀混合氣的點(diǎn)燃，混合比達(dá)到40:1（一般汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的混合比是15:1）4）三元催化器：當(dāng)高溫的汽車尾氣通過(guò)凈化裝置時(shí)，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 HYPERLINK /doc/92057.htm

8、l t _blank 化學(xué)反應(yīng)，其中CO在高溫下氧化成為無(wú)色、無(wú)毒的 HYPERLINK /doc/1320639.html t _blank 二氧化碳?xì)怏w；HC化合物在高溫下氧化成水(H20)和二氧化碳；NOx還原成 HYPERLINK /doc/5252033.html t _blank 氮?dú)夂?HYPERLINK /doc/5260078.html t _blank 氧氣。三種有害氣體變成無(wú)害氣體，使汽車尾氣得以凈化。柴油機(jī)排放控制技術(shù)機(jī)內(nèi)措施：多段燃油噴射、EGR（Exhaust Gas Recirculation）廢氣再循環(huán)、均質(zhì)壓燃HCCI（ Homogeneous Charge

9、Compression Ignition）、先進(jìn)增壓技術(shù)、米勒循環(huán) 。機(jī)外措施：NOx催化還原器（SCR）、氧化催化劑（DOC、POC）、微粒捕集器（DPF）、稀NOx 吸附器 （LNT(Lean - burn NOx Trap)） 等 。DOC(Diesel Oxident Catalyst ，氧化型催化轉(zhuǎn)化器)通過(guò)氧化反應(yīng)，將發(fā)動(dòng)機(jī)排氣中一氧化碳（CO）和碳?xì)浠衔铮℉C）轉(zhuǎn)化成無(wú)害的水（H2O）和二氧化碳（CO2）的裝置。一般適用于含硫量較低的柴油燃料。 DPF(Diesel Particulate Filter，柴油顆粒過(guò)濾器) DPF安裝在柴油機(jī)排氣管上，排氣通過(guò)時(shí)，PM被濾芯吸附過(guò)

10、濾。但隨著工作時(shí)間的增加，濾芯內(nèi)部PM增加，導(dǎo)致排氣背壓升高，將影響柴油機(jī)的動(dòng)力性的經(jīng)濟(jì)性。清除濾芯上的PM被稱作DPF的再生。DPF面臨的最大挑戰(zhàn)就是再生問(wèn)題。 SCR(Selective Catalytic Reduction，選擇性催化還原法) 在催化劑作用下，還原劑NH3在290-400下將NO和NO2還原成N2，而幾乎不發(fā)生NH3的氧化反應(yīng)，從而提高了N2的選擇性，減少了NH3的消耗。結(jié)合DOC使用。 全可變氣門(mén)有何好處？全可變氣門(mén)技術(shù)可以用來(lái)減小汽油機(jī)的泵氣損失，加快進(jìn)氣速度，改善混合氣質(zhì)量，改變殘余廢氣系數(shù)，提高進(jìn)氣效率，最終改善燃燒過(guò)程，使動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性、排放性能得到綜合提高。

11、1.1對(duì)經(jīng)濟(jì)性的影響傳統(tǒng)汽油機(jī)采用節(jié)氣門(mén)控制進(jìn)入氣缸內(nèi)的工質(zhì)數(shù)量，這種負(fù)荷控制方式增加了進(jìn)氣阻力，增大了吸氣損失功，尤其在小負(fù)荷時(shí)更甚。當(dāng)汽油機(jī)采用節(jié)氣門(mén)控制進(jìn)氣量時(shí)，進(jìn)氣過(guò)程壓力較低，吸氣損失功較大；當(dāng)汽油機(jī)采用進(jìn)氣門(mén)早關(guān)方式控制進(jìn)氣量時(shí)，進(jìn)氣過(guò)程壓力與節(jié)氣門(mén)全開(kāi)時(shí)相同，進(jìn)氣門(mén)早關(guān)后開(kāi)始絕熱膨脹，吸氣損失功很小，通過(guò)上述分析可以清晰地看出，無(wú)節(jié)氣門(mén)汽油機(jī)采用進(jìn)氣門(mén)早關(guān)(或晚關(guān))的方式，可明顯地降低進(jìn)氣過(guò)程的吸氣損失功。通過(guò)全可變氣門(mén)技術(shù)，采用進(jìn)氣門(mén)早關(guān)的方式控制進(jìn)入氣缸的可燃混合氣量，可使中小負(fù)荷時(shí)的燃油消耗率降低10-15。這對(duì)經(jīng)常處于中小負(fù)荷工況下運(yùn)行的車用汽油機(jī)是十分重要的。另外，由于

12、無(wú)節(jié)氣門(mén)汽油機(jī)利用氣門(mén)升程和開(kāi)啟時(shí)問(wèn)控制進(jìn)入氣缸的可燃混合氣量，在中小負(fù)荷時(shí)由于氣門(mén)升程較小，通過(guò)氣門(mén)的混合氣流速較快，可以使燃料與空氣混合更加均勻，增強(qiáng)廠進(jìn)氣渦流，有利于改善燃燒過(guò)程。通過(guò)全可變氣門(mén)技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)可變工作氣缸數(shù)，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)處于低負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，關(guān)閉部分氣缸，從而使運(yùn)行的氣缸處于較高的負(fù)荷率，因此可降低發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油消耗，提高其經(jīng)濟(jì)性和熱效率。12對(duì)動(dòng)力性的影響改善發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性的主要方式就是提高發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣沖程的充氣效率。傳統(tǒng)的同定相位發(fā)動(dòng)機(jī)的氣門(mén)正時(shí)是高速與低速下的一種折中，容易導(dǎo)致高速和低速下發(fā)動(dòng)機(jī)性能的惡化。而采用全可變氣門(mén)技術(shù)的發(fā)動(dòng)機(jī)可以利用進(jìn)氣管內(nèi)的壓力波實(shí)現(xiàn)慣性增壓，提高充氣效

13、率。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)高速時(shí)，推遲進(jìn)氣門(mén)關(guān)閉可以充分利用慣性增壓效應(yīng)，提高充氣效率，增加扭矩；低速時(shí)，進(jìn)氣慣性增壓效應(yīng)較小，為保證最大有效壓縮比，不再推遲進(jìn)氣門(mén)關(guān)閉，這樣可以使發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩曲線更加平緩。同樣，通過(guò)減小進(jìn)氣門(mén)處的進(jìn)氣阻力，提高進(jìn)氣終了壓力也能顯著地提高發(fā)動(dòng)機(jī)的充氣效率。尤其高速時(shí)在進(jìn)氣門(mén)遲閉的條件下采用最大的氣門(mén)升程可以最大程度地減小流動(dòng)阻力，提高充氣效率，改善動(dòng)力性能。13對(duì)排放性能的影響通過(guò)全可變氣門(mén)技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)缸內(nèi)EGR。EGR直接影響氣缸內(nèi)殘余廢氣系數(shù)，當(dāng)殘余廢氣較多時(shí)，可降低最高燃燒溫度，從而降低NO，排放。通過(guò)改變排氣門(mén)關(guān)閉時(shí)間，可以代替外部EGR。在上止點(diǎn)前提前關(guān)閉排氣門(mén)，可以使一部分廢氣留在氣缸內(nèi)；另一方面，因排氣門(mén)早關(guān)，在進(jìn)氣沖程中把一定質(zhì)量的廢氣倒吸回氣缸。如此通過(guò)合理設(shè)置配氣正時(shí)，可以控制氣缸內(nèi)殘余廢氣系數(shù)，實(shí)現(xiàn)內(nèi)部EGR。據(jù)統(tǒng)計(jì)，一般10的EGR率就可使NO，排放下降50-70，效果非常顯著。1.4實(shí)現(xiàn)米勒循環(huán)百公里油耗10升的汽油車相當(dāng)于多少CO2排放？答：百公