外部EGR技术在高压缩比米勒循环发动机上的试验研究_吴学松
网络出版时间：2014-03-14 13:49
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外部EGR技术在高压缩比米勒循环发动机上的试验研
究
吴学松1，詹樟松1，尚宇1，刘斌1，胡铁刚1，裴毅强2
(1.重庆长安汽车股份有限公司动力研究院，重庆401120，2.天津大学,天津300072)
Experimental study about external EGR technology in a high
compression ratio Miller cycle engine
WU Xue-song1，ZHAN Zhang-song1，SHANG Yu1，LIU Bin1，HU Tie-gang1，PEI
Yi-qiang2
(1. Powertrain Engineering R&D Center, Chongqing Changan Automobile co., LTD.，Chongqing
401120，China 2.Tianjin University, Tianjin 300072,China)
Abstract: Under the same intake air mass, Miller cycle, realized by LIVC and EIVC, can reduce the pumping loss. Meanwhile, more heat energy is converted to mechanical energy because the expansion ratio is
higher than the effective compression ratio. In this way, Miller cycle can improve the fuel economy. Considered
the power output at the high load, the effective compression ratio should not be too small. Then the fuel economy
at the low load is sacrificed by this effect. In order to solve this issue, external Exhaust Gas Recirculation (EGR)
technology is introduced in a high compression ratio Miller cycle engine. The exhaust gas is reintroduced into the
cylinder to optimize the combustion process in the partial load and improve the fuel economy and emission. In this
study, different ratio of EGR is used to explore the effect of EGR technology on the engine performance and
emission on a high compression ratio Miller cycle engine. Results show that external EGR can obviously reduce
the pumping loss and improve the fuel economy. Vehicle fuel consumption can be reduced by 2.11% . Meanwhile,
NOx emission is reduced because of the reduced maximum gas temperature and oxygen content. In some partial
load, the NOx emission can be reduced by 88.5%.
Key words: Pumping Loss, External EGR, High compression ratio, Miller cycle, NOx
摘要：米勒循环通过进气门早关或晚关，在相同进气量的条件下增大节气门开度，降低泵气损失，同时实现膨胀比大于有效压缩比，使更多的热能转换为机械能，改善燃油经济性。考虑到高负荷的动
力性，有效压缩比不能太小，因此，部分负荷燃油经济性改善程度受到限制。为解决这一难题，在高
压缩比米勒循环发动机上应用外部EGR技术，通过将发动机的部分废气重新引入气缸，实现对部分
负荷燃烧过程的优化控制，改善发动机的燃油经济性和排放性能。在一台高压缩比米勒循环发动机上，
将不同比率的废气重新引入气缸，探究外部EGR技术对高压缩比米勒循环发动机的性能和排放的影
响。结果表明，在高压缩比米勒循环发动机上应用外部EGR技术，可有效降低发动机部分负荷下的
泵气损失，改善燃油经济性，整车百公里油耗改善2.11%；同时可降低缸内最高燃烧温度及含氧量，
大量减少NOx排放，部分工况点甚至可降低88.5%。
关键词：泵气损失、外部EGR、高压缩比、米勒循环、NOx排放
中图文类号：TK411+.7 文献标识码：A
收稿日期：2013-07-08
收稿日期：2013-07-08
0 概述
近年来能源危机与环境污染愈演愈烈，综合我国严格的三阶段油耗法规和国五排放标准，对动力总成进行技术升级优化，提高燃油经济性，满足节能减排的需求已成为目前汽车行业的当务之急[1,2]。
米勒循环通过进气门早关或晚关，在相同进气量的条件下保持较大的节气门开度，降低部分负荷泵气损失，同时也使发动机膨胀比大于有效压缩比，令其能将更多的热能
因此，济性，限制[2,5]排放[8,9]试验过程中为确保缸内燃烧正常稳定，选取EGR 率控制范围为0%到25%进行燃烧开发试验，探究不同EGR 率对高压缩比米勒循环发动机油耗、排放等方面的影响。
1 试验装置及方案和分析方法
1.1 试验装置
本试验基础机为长安某款1.6L 自然吸气高压缩比米勒循环汽油机，发动机具体参数见表1。
试验过程中，使用A VL 7351CME 型油耗仪测量发动机油耗，原始排放使用HORIBA MEXA-7100DEGR 型排气分析仪测量，气缸压力使用A VL ZI31-Y5S 型缸压传感器测量，空燃比使用ETAS LA4型空燃比仪(保证过量空气系数为1) 测量。
表1 发动机基本参数
基础机 缸径/mm 行程/mm 78 83.6
图1 发动机台架实物图
图2 EGR 流通路径
1.2 试验方案
选取基础机的一组整车权重点为试验工况点，采用外部EGR 技术，同时优化点火提前角和微调VVT 相位，在保证燃烧稳
定性的基础上，对发动机的燃烧及排放特性进行测量与分析，具体试验工况点见表2。
本试验中EGR率为体积比，EGR率=引入气缸的废气体积/(进入气缸的空气体积用外部EGR技术后各试验工况点比油耗均有所改善，且随着EGR率增加，比油耗呈现先下降后上升的趋势[7,10-12]。
图4 整车权重点计算法
图7 CO 排放随EGR 率增大的变化曲线
本研究基础机为高压缩比米勒循环发动机，上述试验数据表明外部EGR 技术对发动机产生的影响，论证了外部EGR 技术在高压缩比米勒循环发动机上的节能减排潜力，实现整机油耗进一步改善2%左右，同时NOx 、HC 和CO 排放均满足企业标准，不会增加整机排放系统成本。
2.2 分析与讨论
上述试验结果表明，在高压缩比米勒循
图图多，影响燃烧过程，使其恶化，HC 排放增加，燃烧效率下降，制约了油耗的进一步改善[12,14]。
综合上述分析可得，导致比油耗先减少后增加的变化趋势，是因为在引入较小EGR 率废气时，泵气损失有所改善且燃烧效率变化不大，因此比油耗有所降低；但随着EGR 率的进一步增加，引入气缸的废气增加，燃烧过程恶化程度明显，因此比油耗有所增加[11,15]
。
图图图13 2250r/min、0.46MPa HC及CO排放随EGR
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压缩比的意义
解读汽车发动机（四）压缩 比的意义 在之前的文章中，提到过气缸在点火前要将缸内空气或混合气压缩，提到过柴油机压缩比更大，并且在上一片文章里面也简单的讲述了发动机压缩比的定义和作用。而压缩比这个数值究竟对发动机的影响有多大？今天小编 将其深度解析一下。 我们再次回顾一下压缩比的概念：气缸在下止点时的最大体积与气缸在上止点时最小 体积之比，即为压缩比。 我们假设一个气缸，缸径84mm，行程90mm，活塞面积约为55.5cm2（考虑到缝隙，实际值应更小些），排量即为499.5ml，如果已知顶部燃烧室容积约为55.5ml，则可得出其压缩比为10：1，同理换算，如果压缩比值为12，则顶部燃烧室容积为45.4ml。中学的数学题，不用多解释了。
接下来我们通过几个问题来分析压缩比 的意义。 我们为什么要将气体压缩？ 我们在《解读汽车发动机（一）内燃机的诞生》章中提到过，1858年勒努瓦发明了一款二冲程煤气发动机，混合气未被压缩即点燃，导致效率不高。为什么说不经过压缩，效率就不高呢？ 这是因为：压力升高可以让气体的密度变大，分子间的距离也就变小，这样燃油分子和氧分子距离也就更近，燃烧速度就更快；温度可以让让气体分子运动速度加快，燃油分子和氧气分子更容易互相作用，这就让混合气体更容易点燃。而且较小的燃烧空间可以较快的完成燃烧，燃烧过程加快也提高了性能。 为什么要提高压缩比？ 我们还拿那个缸径84mm，行程90mm，活塞面积约为55.5cm2，排量即为499.5ml的汽油机汽缸建立一个非常简单的数学模型：当压缩比为2:1时，假设此时进气压力为正常的1个大气压，即0.1Mpa，经过90mm吸气行程，499.5ml混合气进入汽缸，经过压缩行程后，压力为0.2Mpa，缸内缸内燃油完全燃烧后，绝热状况下，温度和压力升高倍率设定为初始值5倍，即1Mpa，减去对抗的一个大气压为0.9Mpa，换算之后压强为90N/cm2。乘以55.5cm2，此时对活塞的向下压力为 4995N，除以9.8即510Kg等效重量。（虽然这个数值看起来很大，但这是瞬间最大值，与整个循环中持续的扭矩相差甚远。而且经过曲轴转换之后，换算成扭矩要小很多。） 我们再看压缩比为10:1的情况如何：进气压力为0.1Mpa，压缩后缸内压力变成1Mpa，继续绝热燃烧，压力升高5倍，即5Mpa，减去对抗的1个大气压，为4.9Mpa，换算后为490N/cm2。乘以55.5cm2后，约为27200N，即2775Kg！按数值粗略推断，光是扭矩相比之前升高5倍多，功率也一样会有大幅提高。
外部EGR技术在高压缩比米勒循环发动机上的试验研究_吴学松
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可变压缩比发动机的研究
可变压缩比发动机的研究 摘要:可变压缩比(VCR)对汽车的节能减排有重要作用，是改善汽车动力性、经济性及排 放性能的重要技术之一。本文从理论上分析了可变压缩比在汽车上应用的必要性，介绍了可 变压缩比技术的意义、国内外研究现状及存在的问题，系统地总结了可变压缩比的实施方案。关键词:发动机；可变压缩比(VCR)；节能减排 Study of Variable Compression Ratio Engine Rui Xu (School of Automotive and Traffic Engineering,Jiangsu University,Zhenjiang,212013) Abstract:The variable compression ratio ( VCR ) is an important part of the energy saving and emission reduction in automobile，and it is one of the most important technology to improve the dynamic performance，economic performance and emission performance of automobile.This paper analyzes the necessity of the application of variable compression ratio in automobile． And it introduces the meaning of variable compression ratio ，the status of domestic and international research ，and existing problems.This paper systematically summarizes the implementation of the program of the variable compression ratio． Key Words:Engine;Variable Compression Ratio(VCR); Energy Saving and Emission Reduction 引言 严峻的能源形势和日益严格的排放法规使传统发动机，尤其是传统的车用 发动机面临着严峻的生存挑战。一直以来，既有良好的动力性能又有良好的燃油 经济性和排放性能是发动机所追求的目标，然而这些性能在一般的发动机上又没 法同时获得。为了解决这个矛盾，一些新技术如可变技术应运而生，其中像可变 气门正时、可变气门行程、可变进气歧管、可变喷油及可变增压等技术都为人熟 知并已在许多车型上使用。可变压缩比技术也是其中很有潜力的一种，能够很好 地改善发动机热效率、燃油经济性和排放性能，但由于种种原因发展相对滞后。
压缩比与汽油标号
压缩比~~~~~~汽油标号~~~~~~垂直涡流稀薄燃烧（MVV） 高压缩比发动机用低号油的原因在我们日常为爱车选择加多少标号的燃油时总会有一种误解，认为高压缩比的发动机一定要加高标号的燃油，低压缩比就没必要加高标号燃油了，更有人会认为进口车或档次比较高的车就要加标号高的油，用车的价格来衡量加多少标号的燃油等等。 压缩比确实能作为判断发动机采用燃油标号的依据之一，按照过去的说法，压缩比在8以下的发动机可以加90号汽油，压缩比在9以下可以采用93号汽油，压缩比在9以上则应该采用97号汽油。而实际上，凭我们现在的经验会发现，这个数据与厂家给出的数据并不贴服，例如现在绝大部分的发动机压缩比都在9以上，但大多数厂家都是标称可以加93号汽油的，甚至许多压缩比达到10的发动机，也可以采用93号汽油。更为极端的例子，像东风标致的2.0发动机，压缩比高达11，仍然说可以采用93号汽油。而三菱的EVO，它的压缩比只有8.8，但厂家仍然要求必须使用97号以上的燃油。 到底是以压缩比的判断为准，还是以厂家推荐的数据为准呢？厂家推荐数据为何会与常规的压缩比判断相悖呢？实际上燃油标号的选择，除了压缩比以外，还有很多的影响因素，我们必须综合考虑才能确定最佳的燃油选择，而厂家显然对自己的发动机是最有发言权的，所有我们在这一点上应该严格按照厂家的要求来做。除了压缩比，还有那些因素会对燃油标号的选择产生影响呢？ 我们现在市场上销售的汽油主要有90、93、97和98等标号，这些数字代表汽油的辛烷值，也就是汽油的抗爆性，即实际汽油抗爆性与标准汽油的抗爆性的比值。燃油标号越高的燃油，它的抗爆性就越好，反之，燃油标号低的燃油它的抗爆性就相对来说要差一些。那么汽车压缩比和燃油标号之间究竟有什么关系呢，通常情况下高标号的燃油它的抗爆性好，适合使用高压缩比的发动机，低标号的燃油适合低压缩比的发动机。
阿特金森循环发动机的应用及优缺点
阿特金森循环 目前油电混合动力汽车中，基本上对于发动机进行了重新设计或重大改进。如丰田Prius的1.5升汽油机（1NZ-FXE）采用了阿特金森循环，它是在1NZ-FE的基础上改造得到的。这种循环发动机具有高热效率、高膨胀比、紧凑型倾斜挤气燃烧室（以形成有利于燃烧的挤气涡流）以及铝合金缸体，其主要目的是追求高的热效率而不是高功率。由于电机承担了功率调峰的作用，发动机可以舍弃非经济工作区的动力性能而追求经济工作区的高效率。如，日本丰田Prius所用的发动机的工作区域设定在1000~4500rpm。 在常规奥拓发动机的做功冲程完成后，封闭在汽缸内的气体压力仍然有3~5个大气压。在排气冲程中，这部分气体的热量白白的排放到大气中。如果提高做功行程的做功量，在膨胀行程末，汽缸内的压力降为稍高于大气压，再将排气气门打开，则会提高燃油效率，这种工作循环被称之为阿特金森循环，具有这种循环的发动机被称之为阿特金森循环发动机。 阿特金森循环发动机的热效率较之传统的奥拓循环发动机的提高有赖于控制泵气损失和在保持压缩比不变的前提下增大了膨胀比。 在1885年，阿特金森循环的实现是通过曲柄和气门等机构，其燃烧室的容积用以保持固定的压缩比，而膨胀比是随着载荷变化而变动以此来优化燃油效率。在二十世纪初，工程师试图通过复杂的连杆机构以期实现不同的冲程，事实证明这种做法并不适用。后随着电子技术的发展，可变气门配气相位（VVT）使得阿特金森循环真正成为可能。福特和丰田公司已经将阿特金森循环发动机商品化，应用于其混合动力汽车上。 这类发动机的缺陷： 有了可变进气正时技术，这种技术是非常容易实现的，但为什么这种技术未能普及广泛发动机之上呢？其原因如下： 1、独特的进气方式让低速扭矩很差 在低速时，本来就稀薄的混合气在“反流”之后变得更少，这让该类发动机低速扭矩表现很差，用于车辆起步显然动力不够，谁都不愿意自己的爱车输在起跑线上，厂商也不愿因此而让自己的商品落后于别家。 2、长活塞行程不利于高转速运转 较长的活塞行程确实可以充分的利用燃油的能量，提升经济性，但也因此限制了转速的升高，加速性能也变差，并且“升功率”这个性能指标会很低。而追求性能，尤其是追求高速性能的赛车发动机，往往行程与活塞直径的比值会很低。在民用车上，为了平衡，通常行程与缸径两个数据是接近的。
发动机可变压缩比技术(VCR)
发动机可变压缩比技术（VCR） 压缩比 发动机压缩比属于结构参数，可以表征发动机混合气被压缩的程度，用压缩前的气缸总容积与压缩后的气缸容积（即燃烧室容积）之比来表示。 活塞处于下止点时气缸有最大容积，用Va表示；活塞处于上止点时气缸内的容积称为燃烧室容积，用Vc表示。内燃机的压缩比ε为 ε=Va/Vc 或者 ε=1+Vh/Vc ——Vh表示气缸行程容积压缩比作为发动机重要的结构参数，一定程度上可以反映发动机的性能。一般汽油机的压缩比为9—12，柴油机的压缩比为12—22。 压缩比对内燃机性能有多方面的影响。压缩比越高，热效率越高，但随压缩比的增高，热效率增长幅度越来越小。压缩比增高使压缩压力、最高燃烧压力均升高，故使内燃机机械效率下降。汽油机压缩比过高容易产生爆震。柴油机压缩比过低会使压缩终点温度变低，影响冷起动性能。 由于压缩比是结构参数，传统意义上压缩比是固定不变的，然而随着发动机强化程度的不断提高，以及在发动机性能及燃油消耗率等方面提出的更高的要求，固定不变的压缩比已经不能完全满足现代发动机的需要，因此上出现了可变压缩比发动机。 可变压缩比技术的意义 发动机的可变气门正时、可变气门行程和可变进气歧管等技术已经被广泛应用，许多车型都已经大量的采用了这些“可变”技术。但是发动机还有一项“可变”的技术，却是目前量产车里面十分罕见的，这种发动机可变压缩比技术可谓是发动机控制在“可变”方面的一场革命。 压缩比决定了汽油机压缩混合气的压力，汽油的燃烧特性导致了汽油发动机的混合气压力不能太高。如果气缸内的压力超过了临界值，汽油就会因为压缩而在点火之前被点燃，产生爆震，会对发动机带来很大的伤害。 对于现在广泛应用的增压发动机，当涡轮增压介入以后，燃烧室的温度和压
对过度膨胀(米勒循环)的发动机的热力学分析
对过度膨胀的发动机的热力学分析 Jorge J. G. Martins Dept. Eng. Mecanica – Un. Minho Krisztina Uzuneanu Universitatea “Dunarea de Jos” of Galati Bernardo Sousa Ribeiro Universidade do Minho Ondrej Jasasky Thecnical University of Liberec 摘自: 点火燃烧发动机模型 All rights reserved. No part of this publication may be reproduced, stored in a retrieval system, or transmitted, in any form or by any means, electronic, mechanical, photocopying, recording, or otherwise, without the prior written permission of SAE. For permission and licensing requests contact: SAE Permissions 400 Commonwealth Drive Warrendale, PA 15096-0001-USA Email: permissions@https://www.sodocs.net/doc/0f10205904.html, Fax: 724-772-4891 Tel: 724-772-4028 For multiple print copies contact: SAE Customer Service Tel: 877-606-7323 (inside USA and Canada) Tel: 724-776-4970 (outside USA) Fax: 724-776-1615 Email: CustomerService@https://www.sodocs.net/doc/0f10205904.html, ISBN 0-7680-1319-4 Copyright ? 2004 SAE International Positions and opinions advanced in this paper are those of the author(s) and not necessarily
解析可变压缩比发动机(VCR)以及优劣势
解析可变压缩比发动机（VCR）以及优劣势 八月，日产宣布首款拥有可变压缩比技术（VCR - Variable Compression RaTIo）的2.0升量产增压汽油机将被搭载于下一代英菲尼迪QX50。该车将已于九月的巴黎国际车展正式亮相。这是自从各大公司于上世纪末开始研究此类技术以来的第一款量产发动机，此举对内燃机发展方向有十分重要的意义。 英菲尼迪Q50该款 2.0升汽油发动机最大功率200kW（升功率数据与现在主流的90-100kW/L左右相近），最大扭矩390Nm，与目前英菲尼迪正在使用的3.5升V6发动机数据相当，所以今后将会取代3.5升自然吸气发动机。 根据日产的数据，相比该3.5升发动机，新的2.0升产品可降低油耗27%（这也同时从一个侧面证明了适度小排量化带来的改善）。为此立了大功的就是可以在8:1和14:1之间随意变化的VCR技术。另外，这款发动机还将配备双喷技术（气道喷油+缸内直喷）控制颗粒物排放。 什么是可变压缩比发动机压缩比是自然吸气发动机和增压发动机的最核心区别之一。为了克服爆震问题，增压发动机需要降低压缩比，而这一举动将会降低发动机的效率。有了VCR可变压缩比（Variable Compression RaTIo），就可以在低载荷时使用高压缩比提高效率，在高载荷时降低压缩比克服爆震。其实就像电喷，柴油共轨，可变气门正时等技术一样，给内燃机加入更多的智能控制系统来适应不同的场合，就像正式场合要喝葡萄酒香槟，看欧洲杯喝啤酒，撸串要喝二锅头。 下面这张图对比了在同一进气量和喷油量时不同压缩比带来的影响。高压缩比（CR）由于受到爆震限制无法达到最大效率（最高发动机输出载荷BMEP）。而过低的压缩比虽然可以达到局部优化BMEP，但是低压缩比导致BMEP的最大潜力受到局限。所以最佳压缩比永远是各参数取舍的结果。
发动机可变压缩比技术经验VCR
发动机可变压缩比技术 经验V C R TPMK standardization office【 TPMK5AB- TPMK08- TPMK2C- TPMK18】
发动机可变压缩比技术（V C R）压缩比 发动机压缩比属于结构参数，可以表征发动机混合气被压缩的程度，用压缩前的气缸总容积与压缩后的气缸容积（即燃烧室容积）之比来表示。 活塞处于下止点时气缸有最大容积，用Va表示；活塞处于上止点时气缸内的容积称为燃烧室容积，用Vc表示。内燃机的压缩比ε为 ε=Va/Vc 或者 ε=1+Vh/Vc——Vh表示气缸行程容积压缩比作为发动机重要的结构参数，一定程度上可以反映发动机的性能。一般汽油机的压缩比为9—12，柴油机的压缩比为12—22。 压缩比对内燃机性能有多方面的影响。压缩比越高，热效率越高，但随压缩比的增高，热效率增长幅度越来越小。压缩比增高使压缩压力、最高燃烧压力均升高，故使内燃机机械效率下降。汽油机压缩比过高容易产生爆震。柴油机压缩比过低会使压缩终点温度变低，影响冷起动性能。 由于压缩比是结构参数，传统意义上压缩比是固定不变的，然而随着发动机强化程度的不断提高，以及在发动机性能及燃油消耗率等方面提出的更高的要求，固定不变的压缩比已经不能完全满足现代发动机的需要，因此上出现了可变压缩比发动机。 可变压缩比技术的意义 发动机的可变气门正时、可变气门行程和可变进气歧管等技术已经被广泛应用，许多车型都已经大量的采用了这些“可变”技术。但是发动机还有一项“可变”的技术，却是目前量产车里面十分罕见的，这种发动机可变压缩比技术可谓是发动机控制在“可变”方面的一场革命。 压缩比决定了汽油机压缩混合气的压力，汽油的燃烧特性导致了汽油发动机的混合气压力不能太高。如果气缸内的压力超过了临界值，汽油就会因为压缩而在点火之前被点燃，产生爆震，会对发动机带来很大的伤害。 对于现在广泛应用的增压发动机，当涡轮增压介入以后，燃烧室的温度和压力会大幅度升高，如果这个值过高，爆震就不可避免。这会对发动机造出巨大伤害，同时也会影响动力输出。所以，固定压缩比的涡轮增压和机械增压发动机只能把压缩比设计得比普通自然吸气发动机低一些。但是这种过低的压缩比设计，又会导致发动机在增压器（特别是涡轮增压）没有完全介入时
如何提高发动机的性能
如何提高发动机的性能 汽车0901 潘向东 06号 摘要：本文是关于如何提高发动机性能的几项简单措施，目的是为了提高发动机的性能让发动机拥更好的经济性、动力性，本文介绍了对提高发动机性能试验，经过试验，测得以下方法可以提高发动机性能，可以从减少热损失、减小摩擦等发面改进，发动机的性能是此消彼长的，所以只有综合改进发动机才能使发动机具有较好的动力性和经济性。关键词：发动机性能、凸轮轴、点火提前角。 经过100多年的发展，发动机技术已经达到了一个相当高的水平。如今，只要我们保证机油充足，不经常将转速拉到红线区并及时清洗空滤，我们几乎不会遇到什么发动机的硬伤。此外，在动力性能的表现方面，现代发动机也表现出了更强大的能力。那么，是什么提高了发动机的整体性能？ ● 更好的材料 在生产环节上，部件供应商在合金、合成材料和树脂材料制造的控制上有了很大的进步。要知道，以前这些部件的生产虽然也并不是很困难，但大规模的制造还是难度很大的，尤其是在保证质量稳定性方面一直难以突破。而现在，通过计算机来监测材料生产的每个环节则可以保证在整个工序中，各种材料的质量稳定性了。因此，发动机的使用寿命也得到了提高。 ● 更好的设计 这个环节也是发动机系统得以优化的另一个重要方面。通过计算机和计算机辅助设计技术，设计出来的零部件还可以进行模拟可靠性的分析。设计人员首先将设计好的部件在计算机中建模，然后可以通过软件
对这个部件进行模拟拉伸、翻折、震动等来考验该部件的可靠性。 在测试过程中，各部件上所承受的不同受力会通过不同的颜色进行标注，这样就可以比较直观的将部件的设计问题展现给设计人员，从而让他们能够及时对设计进行修改来提高抗拉伸、抗扭曲的效果。而在那些看到没有受力的地方，设计人员还可以将那部分的用料和设计进行修改，从而减轻不必要的重量。 要知道，作为整车中最为重要的部件，发动机的质量也占到了整备质量的大部分比例，如果能够轻量化设计的话，那么，不仅可以提高车辆的操控性、加速效果，对于制动性和燃油经济性也相当有益。 电子燃油喷射系统是上个世纪80年代出现的一种技术，而相比于当时的电子控制技术，如今电子技术的能力可是相当强大。这就像你是如何看待25年前的计算机一样，那简直就是古董嘛。凭借着21世纪的电子技术，车载电控系统的运算能力要更快、更为强大。这样，不仅提高了对燃油喷射的控制能力，而且还可以控制凸轮轴相位的变化。 ● 改变凸轮轴的位置 改变凸轮轴的位置对于提高发动机的性能也极为重要。对于怠速时的发动机来说，通过进气气门进入燃烧室的油气混合汽所需要的时间是很长的，而将燃烧后的废气排出也需要很长的时间。如果将发动机的转速提高了几千转，进排气的时间也将变得更短。 所以，长期以来，凸轮轴的设计一直都没有比较好的解决方案。如果气门开启时间不够长，高转速下的进气量就达不到要求，就会影响性能的表现，而如果在怠速状态下，开启时间过长，则怠速的油耗也会过多。最终，解决这个问题的还是计算机控制。 二、提高发动机动力性能的途径 1、减少摩擦损失，提高发动机内部润滑性能 （1）合理设置润滑方式 根据发动机摩擦部位的不同，设置使用不同的润滑方式。如主轴颈、连杆轴承、凸轮等部位采用飞溅润滑方式；水泵轴承、发电机和启动电机轴承、冷却风扇轴承等则采用油脂润滑方式。 （2）选择性能良好的润滑部件并合理设置润滑油道。
汽车燃油使用知识——辛烷值、压缩比和爆震
汽车燃油使用知识——辛烷值、压缩比和爆震 对于每一车主来说，自从拥有汽车的那一刻开始，有一样东西就已经和自己形影不离了，是什么？答案当然就是汽油，或者严谨一点说是“燃料”。说到这可能很多朋友要笑话我，汽车要动起来当然需要汽油，这个还有什么可质疑的吗？没错！汽油对于我们来说是再普通不过的东西了，但是您真正了解汽油吗？或者我们再深入一步，您真正了解您的爱车应该加什么样的油吗？如果您还不是非常了解，希望我们今天这篇文章可以对您些帮助。 ● 不同标号汽油之间有何异同？ 我们都知道汽油分为各种不同的标号，我们常见的有90#、93#、97#、98#等等，有个别地区还提供100#汽油，那么这些不同的标号是什么意思？其实它们所代表的就是不同的辛烷值，标号越高辛烷值越高，表示汽油的抗爆性也就越好。那么这里我们就引伸出一个名词：辛烷值。 ◆什么是辛烷值？ 辛烷值就是代表汽油抗爆震燃烧能力的一个数值，越高抗爆性越好，那么这个值是怎么来的？ 简单来说就是将实际的汽油与一种人工混合而成的标准燃料相比较得出的数值，标准燃料有两种组成部分，一个是抗爆性非常好的异辛烷，一个是抗爆性很差的正庚烷，把异辛烷的数值设定为100，而正庚烷的数值设定为0，通过实验调节标准汽油两种混合物的比例，达到和实际汽油相同的抗爆性，而这个比例就是我们所说的辛烷值了。举个例子，比如我们常用的93#汽油的辛烷值为93，它就代表与含异辛烷93%、正庚烷7%的标准汽油具有相同的抗爆性，以此类推97#汽油就是和含异辛烷97#的标准汽油抗爆性相同。 那为什么，石油公司会老要我们用高标号的汽油呢？关键就在生产成本上。在中国，实际上根本没有多少（可以说没有）石油公司是使用多次裂解法来生产高标号汽油的，而是使用一些低成本的小伎俩来解决问题！以前，是在低标号的汽油中添加少量的四乙基铅来明显提高汽油的抗爆震性，后来由于污染过于严重，因此被国家明令禁止。那么，他们就改用了含锰的添加剂MMT（这种添加剂至少在欧洲早已被禁止使用），起着与四乙基铅完全同样的作用。 然而，在出厂油价上却是按照多次裂解法计算的，也就是说，所谓90，93，95，97 等标号的汽油，不过是加入不同数量的含锰添加剂的产品而已，他们之间真正的成本差别仅在几分钱到二三毛钱，而它们在零售价上的差别……你们自己清楚。也就是说，它们卖90号汽油越多，赚到的钱越少；而卖高标号的汽油越多，则利润就会番倍地上升，所以，就会有越来越多的加油站贴出告示说没有90号汽油卖了。
汽车新结构与新技术(作业1带答案)
作业： 1.可变进气系统分为多气门分别投入工作和可变进气道系统两类。 2.各汽车公司常见的可变气门正时系统有丰田汽车公司的VTT-Ij技术、本田公司的VTEC 和i-VTEC技术、日产公司的VTC技术、宝马汽车公司的V ANOS技术和三菱公司的MIVEC 技术。 3.VTT-I系统由VTT-I控制器、凸轮轴正时机油控制阀和传感器三部分。其中传感器包括曲轴位置传感器、凸轮轴位置传感器和VVT传感器。 4.电子节气门一般由节气门位置传感器、节气门执行器、节气门控制ECU和加速踏板位置传感器等组成。 5.FSI发动机的工作基于分层进气原理。 6.TSI发动机和FSI发动机都属于缸内汽油直喷发动机，其工作原理相同，只是在结构上TSI 发动机增加了一个涡轮增压器。 7.汽油机实现稀燃的关键技术主要有提高压缩比、分层燃烧技术和高能点火。 8.柴油机高压共轨系统由五个部分组成，即高压油泵、共轨腔及高压油管、喷油器、电控单元、各类传感器和执行器。 9.发动机增压系统一般分为机械增压、涡轮增压、复合式增压、惯性增压、气波式增压和冲压式增压等。 10.SIDI发动机在不同运行工况下，分别采用分层稀薄燃烧技术和均质燃烧两种模式以达到提高发动机动力和降低油耗的目的。 二、判断题 1.复合火花点火发动机一般指发动机每个缸采用两个或两个以上火花塞，常见的是每缸采用三个火花塞。（Ｘ） 2.转子发动机的运动特点是三角转子的中心绕输出轴中心自转的同时，三角转子本身又能绕其中心公转。（Ｘ） 3.汽车发动机管理系统是在汽油机电子点火和电控汽油喷射系统的基础上发展起来的集电子控制喷射、排放控制、电子点火、起动、防盗和诊断等功能于一体的高科技集成系统。 4.在提高发动机充气系统的措施中，除采用发动机增压以外，合理选择配气相位且能随发动机转速不同而变化，以及利用进气的惯性及谐振效应等都是提高充气系数的重要途径。 5.雪铁龙C3 stop&start 系统的发动机之所以能够迅速而平顺启动，完全依靠特别设计的发电机。（Ｘ） 简答题： 1．为什么说可变进气系统及可变配气相位能改善发动机的性能？ 2．发动机稀燃系统的特点有哪些？ 3．发动机稀燃系统的控制内容有哪些？ 4．可变压缩比发动机的优点有哪些？ 5．对比分析转子发动机与传统往复式发动机。 6．简述HEMI发动机多段式排气量调节系统的结构和工作原理。 7．可变进气系统及配气相位改善发动机的性能。主要表现在哪些方面？
米勒循环与阿特金森循环
阿特金森和米勒循环 [技术讲堂]怎样有效地利用燃油产生的能源，是提升压缩比效率的一大关键，自压缩比诞生之日起，这个课题就一直在进行。从19世纪末的阿特金森循环，到上世纪40年代的米勒循环，压缩比这个原本恒定的数值，被一种“另类”的运转机制打破。 话题又一次扯到“压缩比”这个问题上。想要提升动力，提高压缩比是一个手段。想要提高燃油经济型，提高压缩比也是一个手段。但压缩比不能无限提升，而且在压缩比历史中的“远古时代”，这个问题就更难解决了。不过人类的智慧经常另辟蹊径，既然无法提高压缩比，那就把“膨胀比”搞大。 ● 阿特金森循环压缩比 1882年，James Atkinson发明了一款压缩比，与当时的奥托循环压缩比不同的是，这款压缩比压缩行程和做功行程时，活塞的位移是不一样的。阿特金森压缩比使用了较为复杂的连杆作为动力从活塞到曲轴的输出，而活塞实际行程如下图所示（阿特金森压缩比活塞行程较长，动画中未予表现）。 『活塞行程由蓝黄红绿四个色块表示，依次为：吸气、压缩、做功、排气四个行程』 这种设计很巧妙，用不同的连杆机制协同工作，使得各个行程幅度不同，不仅有效的改良了进排气情况，膨胀比大于压缩比更是阿特金森压缩比最大的特点。更长的膨胀行程可以更有效的利用燃烧后废气仍然存有的高压，所以燃油效率也比奥托循环更高一些。
『连杆的引入不仅影响了活塞行程，作用在曲轴上的力矩发生了改变』 但复杂的连杆在体积上和故障情况都不如奥托压缩比，所以在汽车上未能普及，不过船用、发电等大型柴油机在很大程度上借鉴了阿特金森压缩比这种特性，可谓失之东隅收之桑榆。至于用晚闭进气门的方式，让压缩比小于膨胀比的形式是否存在于阿特金森压缩比，目前无从考证（很多文献都认为阿特金森循环运用了晚闭进气门这个方式，但并无依据，连杆机构对压缩比的调整和较长的活塞行程才是阿特金森压缩比的特色），但真真正正运用这种技术的，是下面这种压缩比。 ● 米勒循环压缩比 1940年，miller重拾这种不对等膨胀/压缩比压缩比，但舍弃了复杂的连杆结构，而是采用配气时机来制造这种效果。其解决方式为：在吸气冲程结束时，推迟气门的关闭，这就将吸入的混合气又“吐”出去一部分，再关闭气门，开始压缩冲程。 上图为常规奥拓循环压缩比配气相位，下图为米勒循环配气相位』
可变压缩比技术对发动机性能影响的研究
技术导向 收稿日期:2009-09-10 可变压缩比技术对发动机性能影响的研究 杜慧起 尤明福 (天津工程师范学院) 【摘要】 从理论上分析了可变压缩比技术在汽车发动机上应用的必要性,详细阐述了可变压缩比技术 的应用对改善发动机的燃烧过程,综合提高发动机的动力性和经济性,降低发动机的废气排放污染等方面的意义。 【主题词】 动力性 经济性 发动机 汽车 近十几年,汽车发动机技术发展迅速,低能耗、低污染、高性能、高寿命、免维修、多样化、新结构成为当今发动机的特点。但是,随着对发动机动力性要求的提高,发动机在高速大负荷下动力性能好与中、低速中小负荷下动力性能及经济性能较差的矛盾却越来越突出。为了解决这些矛盾,可变压缩比技术在汽车发动机上得到了广泛的应用。 1 发动机压缩比的定义 一辆汽车不论装用汽油机还是柴油机,要保持平稳运转,必须具有适当且稳定的压缩比。对活塞往复式发动机来说,活塞在气缸内一定范围作周而复始的运动,当活塞运动到气缸的最低点,此时的位置点便称为下止点,这时气缸容积包含燃烧室容积和气缸工作容积,即气缸总容积。当活塞向上运动,到达最高点位置时,这个位置点称为上止点,此时所形成的容积为燃烧室容积, 它是整个活塞运动时行程容积最小的状况。压缩比即是气缸总容积与燃烧室容积的比值。 2 压缩比对发动机性能的影响 一般情况下,压缩比越大,发动机输出的功率 和扭矩也就越大。汽油机在进气行程吸入气缸里 的是汽油蒸气与空气按一定比例组成的混合物(称为可燃混合气)。活塞在压缩行程时,除了挤压混合气使之体积缩小之外,同时压缩过程也发生了涡流扰动的现象。依据波义耳-马略特、盖?吕萨克和查理定律: P 1V 1/T 1=P 2V 2/T 2 式中:P 为压力;V 为容积;T 为温度。上式表明,在密闭容积中的气体受到压缩时,压力与温度成正比。当压缩比较高时,压缩所产生的气缸压力和温度相对提高,使混合气中的汽油分子气化得更完全、雾化更好,同时又因涡流扰动及分子的压缩密集,当火花塞产生电火花时能使混合气燃速升高,释放出很大的爆炸能量,使发动机输出动力。对于柴油机,压缩比高,活塞膨胀作功的距离长,作功就增加。根据热力学第二定律得出的循环热效率: ηe =1-Q 2/Q 1式中:Q 1为加热量;Q 2为放热量。 可以看出:由于膨胀作功距离增长,放热量Q 2 就减少,而加热量Q 1不变,所以发动机的循环热效率ηe 提高,输出的功率就增大。因此,高压缩比的发动机意味着有较大的功率输出。但问题是,汽油机中如果压缩比太高,不可控制的燃烧会损坏发动机,而且,全负荷时最容易发生爆震;柴油机中如果压缩比太高,柴油机压力过高,工作粗 ? 71? 上海汽车 2009111
压缩比的含义
压缩比的含义： 压缩比的定义就是发动机混合气体被压缩的程度，用压缩前的气缸总容积与压缩后的气缸容积（即燃烧室容积）之比来表示。 压缩比与性能的关系: 压缩比与发动机性能有很大关系，我们都知道汽油发动机在运转时，吸进来的通常是汽油与空气混合而成的混合气，在压缩过程中活塞上行，除了挤压混合气使之体积缩小之外，同时也发生了涡流和紊流两种现象。当密闭容器中的气体受到压缩时，压力是随着温度的升高而升高。若发动机的压缩比较高，压缩时所产生的气缸压力与温度相对地提高，混合气中的汽油分子能汽化得更完全，颗粒能更细密，再加上刚才所说的涡流和紊流效果和高压缩比所得到的密封效果，使得在下一刻运动中，当火花塞跳出火花时就能使得这混合气在瞬间内完成燃烧的动作，释放出最大的爆发能量，来成为发动机的动力输出。反之，燃烧的时间延长，能量会耗费并增加发动机的温度而并非参与发动机动力的输出，所以我们就可以知道，高压缩比的发动机就意味着可具有较大的动力输出。 高压缩比的优点：
容易被人们忽略的参数——压缩比 1、相对来说压缩比越高，发动机的动力就越大。 高压缩比的缺点： 1、压缩比越高发动机抖振越厉害。 2、压缩比太高导致自燃。 3、压缩比较高时，整个燃烧室的气密效果也要加强。 4、发动机气缸的压缩比高时，燃烧的温度也相对的升高，则排放出来的废气中氮氧化合物的含量也就增加，这样又引起污染问题 5、压缩比高曲柄连杆机构受力就大，因此磨损相应加大。 柴油发动机为什么要有高压缩比？ 柴油发动机是压燃式，压缩比高。由于柴油和汽油的发火方式不同，决定了柴油发动机压缩比要高于汽油发动机。对于汽油来说，燃烧时要依靠火花塞放出的电火花引燃混合气，采用较高的压缩比会使气缸内温度急剧升高，从而使汽油在没点火时发生自燃，这一现象就是燃料的爆燃现象。为了避免这一现象的发生，汽油机采用的压缩比在10左右。对于柴油发动机来说，虽然柴油的着火点低于于汽油，但是柴油不易挥发，而且很难汽化，所以导致柴油通过明火也不能使其瞬间完全燃烧，而要使发动机气缸内的温度提高，只有通过增大气缸内的压力来实现，为此，柴油发动机就要有相当高的压缩比，一般会在18~22这一范围内。当温度达到柴油自燃时的温度时，柴油便会自燃，从而产生推动活塞的动力。这与汽油发动机避免汽油爆燃的现象不同，柴油发动机正式利用柴油的爆燃产生推动活塞运动的能量。在这种高压缩比工作环境下，柴油的爆燃对活塞的冲击也相当大，从而造成活塞与气缸壁发生强烈的金属敲击，这就是柴油发动机产生噪声和振动的最为重要的原因。 需要注意的是有些人为了省钱而降用标号汽油，比如给限97油的车加93好汽油。表面上好像省了一毛多钱,实际上油耗增加了5%~8%,还得额外增加数以万计的汽车维修费。
浅谈阿特金森循环发动机
浅谈阿特金森循环发动机 文：Botzi摄影：图鸣谢：审编：健 关键词：阿特金森循环米勒循环奥托循环混合动力压缩比 图：阿特金森循环发动机 自四冲程内燃机诞生至今，如何提高发动机的效率是发动机工程师们一直努力研究的课题。提到发动机效率，“压缩比”就自然而然地成为了讨论的主角了。一直以来，“高压缩比=高效率、高功率”已经成为了内燃机学当中不变的信条。由进气、压缩、膨胀、排气四个冲程循环构成的四冲程内燃机，是奥托历时14年于1876年研发成功的，该发动机原理，被称为奥托循环。而其中能提高内燃机效率最具关键性的一环——压缩冲程，由原理变为机械的过程，曾困扰了奥托十数年之久。
图：阿特金森循环发动机活塞行程示意图，黄红绿四个色块依次表示：吸气、压缩、膨胀、排气四个活塞冲程。 因为当时的技术限制，压缩比不能作出更大的提升，因此发动机的效率也不能进一步地提升。1882年，英国工程师James At kinson（詹姆斯?阿特金森）在使用奥托循环内燃机的基础上，通过一套复杂的连杆机构，使得发动机的压缩行程大于膨胀行程，这种巧妙的设计，不仅改善了发动机的进气效率，也使得发动机的膨胀比高于压缩比，有效地提高了发动机效率，这种发动机的工作原理被称为阿特金森循环。 图：复杂的连杆机构不仅影响了活塞行程，也使得作用在曲轴上的力矩发生了改变。
然而，采用了阿特金森循环的发动机虽然在热效率方面得到了提高，但是，过于复杂的连杆机构使其工作的稳定性和可靠性相对较低，所以并不能得到广泛应用。到了1940年，美国工程师Ralph Miller（拉夫?米勒）研发出一款膨胀比高于压缩比的发动机。但是，这款发动机摒弃此前由阿特金森研采用复杂的连杆机构来实现的形式，而是采用了在吸气冲程结束，进入压缩冲程时，令进气门延迟关闭，迫使原本已经吸入气缸内的可燃混合气有一部分通过进气门“吐”出气缸，再关闭气门。令引擎的实际压缩行程不是从活塞下止点就开始，而是在下止点在往上某个点（或许是只有0.7倍的活塞行程）才开始，降低了活塞的实际压缩行程，也就达到了压缩行程小于膨胀行程的目的了。而由于有部分油气混合物返回进气道，使得压缩过程的实际油气混合物的量较少，因此阿特金森/米勒发动机的理论压缩比设计都比较高，令较稀疏的油气混合物有充分的压缩量。以丰田的2ZR-FXE引擎为例，理论压缩比高达13.0:1，但实际压缩比相当于10：1左右（因实际压缩行程被缩短所致）。 图：奥拓循环发动机配气相位 这种基于阿特金森循环理论改良而来的发动机，称为米勒循环发动机，也是目前近现代阿特金森循环发动机的基本工作原理。采用米勒循环的发动机，因摒弃了复杂的连杆机构，在工作的稳定性和可靠性方面得到了很好的保证，但是，为什么米勒循环发动机不能够得到广泛的应用呢？这就由其自身的特性确定的。
可变压缩比技术
可变压缩比技术 一．压缩比的定义 气缸总容积与燃烧室容积的比值，改变发动机压缩比可通过改变气缸的工作容积和燃烧室容积来实现。 二．可变压缩比技术的必要性 随着对发动机动力性要求的提高，发动机都在高速大负荷下动力性能号与中、低速中小负荷动力性能及经济性能较差的矛盾却越来越突出。 三．可变压缩比技术具有大优势： 1. 提高了发动机的热效率，很大程度上改善了发动机的燃油经济性。 2. 有利于降低排放。 3. 具有良好的燃料适应性。 4. 相同输出功率情况下结构可以更紧凑，达到小排量大功率、大扭矩。 5. 兼顾部分负荷时的燃油经济性和大负荷是的动力性，改善发动机低速动力性能的同时还避免燃烧过程中的爆地震风险。 四．存在的问题 1. VCR发动机一般都结构复杂，通常都需要对发动机进行大幅度改变，加工困难。 2. 新增的部件使发动机的摩擦、振动增加，也使发动机的质量增加，这些大质量体的移动会耗费很大一部分能量。 3. 适时准确的改变压缩比需要相应的高精度控制设备，匹配困难。 4. 密封性的问题，研发成本高。 五．可变压缩比技术的实现方案 1. 通过改变气缸盖的结构来实现。
2. 通过改变缸体结构来实现。 3. 通过改变活塞及曲柄连杆机构来实现 在运动部分采用可变机构可分为 （1）活塞上部活动方式 （2）采用活塞销偏心衬套方式 （3）采用曲柄销偏心衬套方式 在静止部分采用可变机构可分为： （1）多连杆方式 （2）气缸盖活动方式 （3）燃烧室容积可变方式 （4）曲轴主轴颈偏心衬套方式 六．性能指标 压缩比与发动机性能有很大关系，我们都知道汽油发动机在运转时，吸进来的通常是汽油与空气混合而成的混合气，在压缩过程中活塞上行，除了挤压混合气使之体积缩小之外，同时也发生了涡流和紊流两种现象。当密闭容器中的气体受到压缩时，压力是随着温度的升高而升高。若发动机的压缩比较高，压缩时所产生的气缸压力与温度相对地提高，混合气中的汽油分子能汽化得更完全，颗粒能更细密，再加上刚才所说的涡流和紊流效果和高压缩比所得到的密封效果，使得在下一刻运动中，当火花塞跳出火花时就能使得这混合气在瞬间完成燃烧的动作，释放出最大的爆发能量，来成为发动机的动力输出。反之，燃烧的时间延长，能量会耗费并增加发动机的温度而并非参与发动机动力的输出，所以我们就可以知道，高压缩比的发动机就意味着可具有较大的动力输出。 可变压缩比的目的在于提高增压发动机的燃油经济性。在增压发动机中，为了防止爆震.其压缩比低于自然吸气式发动机。在增压压力低时热效率降低.使燃油经济性下降。特别在涡轮增压发动机中由于增压度上升缓慢在低压缩比条件下扭矩上升也很缓慢.形成所谓的增压滞后现象。也就是说，发动机在低速时，增压作用滞后.要等到发动机加速至一定转速后增压系统才起到作用。为了解决这个问题，可变压缩比是重要方法。就是