機動前沿內(nèi)燃機研究

1、機械與動力工程前沿課程作業(yè)內(nèi)燃機研究所第 頁姓名：張布衣學(xué)號：5130209217班級：F1302008現(xiàn)代發(fā)動機節(jié)能采取了哪些措施？汽油機節(jié)能技術(shù)： （1）增壓小排量 Downsizing ：兩種方式：機械增壓與渦輪增壓。增壓是 將空氣預(yù)先壓縮后供入氣缸，以提高空氣密度、增加進氣量。 進氣量增加，可增加循環(huán)供油量，從而可增加發(fā)動機功率； 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)與進氣混合。噴射壓力也進一步提高，使燃油霧化更加細致，真正實現(xiàn)了精準地按比例控制噴油并與進氣混合，并且消除了缸外噴射的缺點。同時，噴嘴位置、噴

2、霧形狀、進氣氣流控制，以及 HYPERLINK /view/40982.htm t _blank 活塞頂形狀等特別的設(shè)計，使油氣能夠在整個氣缸內(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)動機和傳統(tǒng)的汽油發(fā)動機一樣，都是向汽缸里面注入比例非常均勻的空氣和燃料混合氣。它的點火過程同柴油發(fā)動機相類似，通過活塞壓縮混合氣使之溫度升高至一定程度時自行燃燒。（4）可變氣門正時 VVT ：因為高轉(zhuǎn)速下與低轉(zhuǎn)速下，氣門正時對發(fā)動機經(jīng)濟性和可變氣門動力的影響是明顯的，高轉(zhuǎn)速下可以充分利用進氣慣性而提高進氣量和掃氣效率，所以氣門早開晚閉，低轉(zhuǎn)速反之，現(xiàn)在

3、的發(fā)動機大多有這個技術(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動，使得燃燒室與活塞頂面的相對位置發(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)動機小負荷時采用高壓縮比以節(jié)約燃油；在發(fā)動機大負荷時采用低壓縮比，并輔以機械增壓器以實現(xiàn)大功率和高扭矩輸出。柴油機節(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。 目前各種文獻中出現(xiàn)的CAI（可控自燃）、ATAC（活化熱氛圍燃燒）、PCCI/QC

4、CI（準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 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)進氣歧管、進氣門流至汽缸燃燒室。有效的中冷技術(shù)可使增壓溫度下降到50以下，有助于減少廢氣的排放和提高燃油經(jīng)濟性。（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)生和噴射過程彼此完全分開的一種供油方式，由高壓油泵把高壓燃油輸送到公共供油管，通過對公共供油管內(nèi)的油壓實現(xiàn)精

5、確控制，使高壓油管壓力大小與發(fā)動機的轉(zhuǎn)速無關(guān)，可以大幅度減小柴油機供油壓力隨發(fā)動機轉(zhuǎn)速的變化，因此也就減少了傳統(tǒng)柴油機的缺陷。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）壓力和電磁閥開啟時間的長短。（4）排氣能量利用 為什么現(xiàn)代發(fā)動機是集熱機電的高科技產(chǎn)品？熱 熱力學(xué)、傳熱學(xué)、燃燒學(xué) 機 結(jié)構(gòu)設(shè)計、振動噪聲、可靠性 電 硬件、軟件、控制理論現(xiàn)代發(fā)動機采用什么技術(shù)措施減少排氣的有害排放？汽油機排放控制技術(shù)機內(nèi)措施：廢氣再循環(huán)EGR、缸內(nèi)直噴（GDI 、FSI）機外措施：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)簡稱EGR，是將柴油機或汽油機產(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延緩燃燒過程，也就是說燃燒速度將會放慢從而導(dǎo)致燃燒室中的壓力形成過程放慢，這就是氮氧化合物會減少的主要原因。另外，提高廢氣再循環(huán)率會使總的廢氣流量(mass flow) 減少，因此廢氣排放中總的污染物輸出量將會相對減少。EGR系統(tǒng)的任務(wù)就是使廢氣的再循環(huán)量在每一個工作點都達到最佳狀況，從而使燃燒過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)，空氣則通過進氣門進入燃燒室與汽油混合成混合氣被點燃作功，這種

7、形式與柴油機燃燒方式相似?？蓪崿F(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） 通過對燃燒室內(nèi)部形狀的設(shè)計，讓混合氣能產(chǎn)生較強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，保證了在順利點火的情況下盡可能的實現(xiàn)稀薄燃燒。實現(xiàn)較稀混合氣的點燃，混合比達到40:1（一般汽油發(fā)動機的混合比是15:1）4）三元催化器：當高溫的汽車尾氣通過凈化裝置時，三元催化器中的凈化劑將增強CO、HC和NOx三種氣體的活性，促使其進行一定的氧化-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色、無毒的 HYPERLINK /doc/1320639.html t _blank 二氧化碳氣體；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 氮氣和 HYPERLINK /doc/5260078.html t _blank 氧氣。三種有害氣體變成無害氣體，使汽車尾氣得以凈化。柴油機排放控制技術(shù)機內(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）、先進增壓技術(shù)、米勒循環(huán) 。機外措施：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)通過氧化反應(yīng)，將發(fā)動機排氣中一氧化碳（CO）和碳氫化合物（HC）轉(zhuǎn)化成無害的水（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，柴油顆粒過濾器) DPF安裝在柴油機排氣管上，排氣通過時，PM被濾芯吸附過

10、濾。但隨著工作時間的增加，濾芯內(nèi)部PM增加，導(dǎo)致排氣背壓升高，將影響柴油機的動力性的經(jīng)濟性。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。 全可變氣門有何好處？全可變氣門技術(shù)可以用來減小汽油機的泵氣損失，加快進氣速度，改善混合氣質(zhì)量，改變殘余廢氣系數(shù)，提高進氣效率，最終改善燃燒過程，使動力性、經(jīng)濟性、排放性能得到綜合提高。

11、1.1對經(jīng)濟性的影響傳統(tǒng)汽油機采用節(jié)氣門控制進入氣缸內(nèi)的工質(zhì)數(shù)量，這種負荷控制方式增加了進氣阻力，增大了吸氣損失功，尤其在小負荷時更甚。當汽油機采用節(jié)氣門控制進氣量時，進氣過程壓力較低，吸氣損失功較大；當汽油機采用進氣門早關(guān)方式控制進氣量時，進氣過程壓力與節(jié)氣門全開時相同，進氣門早關(guān)后開始絕熱膨脹，吸氣損失功很小，通過上述分析可以清晰地看出，無節(jié)氣門汽油機采用進氣門早關(guān)(或晚關(guān))的方式，可明顯地降低進氣過程的吸氣損失功。通過全可變氣門技術(shù)，采用進氣門早關(guān)的方式控制進入氣缸的可燃混合氣量，可使中小負荷時的燃油消耗率降低10-15。這對經(jīng)常處于中小負荷工況下運行的車用汽油機是十分重要的。另外，由于

12、無節(jié)氣門汽油機利用氣門升程和開啟時問控制進入氣缸的可燃混合氣量，在中小負荷時由于氣門升程較小，通過氣門的混合氣流速較快，可以使燃料與空氣混合更加均勻，增強廠進氣渦流，有利于改善燃燒過程。通過全可變氣門技術(shù)可以實現(xiàn)可變工作氣缸數(shù)，當發(fā)動機處于低負荷運轉(zhuǎn)時，關(guān)閉部分氣缸，從而使運行的氣缸處于較高的負荷率，因此可降低發(fā)動機的燃油消耗，提高其經(jīng)濟性和熱效率。12對動力性的影響改善發(fā)動機動力性的主要方式就是提高發(fā)動機進氣沖程的充氣效率。傳統(tǒng)的同定相位發(fā)動機的氣門正時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)動機性能的惡化。而采用全可變氣門技術(shù)的發(fā)動機可以利用進氣管內(nèi)的壓力波實現(xiàn)慣性增壓，提高充氣效

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