第一學(xué)期工作總結(jié).ppt

1、,第一學(xué)期工作總結(jié),匯報(bào)提綱,一、廢氣渦輪增壓 二、廢氣凈化技術(shù)（汽油機(jī)） 三、燃料電池技術(shù) 四、均質(zhì)壓燃技術(shù) 五、可變壓縮比技術(shù) 六、發(fā)動(dòng)機(jī)小型化,內(nèi)燃機(jī)增壓方式的比較,發(fā)動(dòng)機(jī)增壓技術(shù)的優(yōu)勢(shì),升功率有大幅度提高 燃油經(jīng)濟(jì)性顯著提高 在發(fā)動(dòng)機(jī)重量和體積增加很少的情況下，發(fā)動(dòng)機(jī)不需作重大改變，即很容易提高功率20%-50% 渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)海拔高度變化有較高的適應(yīng)能力，常用來(lái)高原發(fā)動(dòng)機(jī)恢復(fù)功率用 渦輪增壓后排氣噪聲相對(duì)減少，排氣煙度及排氣中有害成分也減少，故對(duì)減少污染是有利的 渦輪增壓器與發(fā)動(dòng)機(jī)只有氣體管路的連接而無(wú)機(jī)械傳動(dòng)，不消耗功率,發(fā)動(dòng)機(jī)增壓技術(shù)的代價(jià),增壓后缸內(nèi)工作壓力和溫度明顯提高，機(jī)

2、械負(fù)荷及熱負(fù)荷加大，內(nèi)燃機(jī)的可靠性和耐久性受到考驗(yàn) 低速時(shí)由于排氣能量不足，可能會(huì)使發(fā)動(dòng)機(jī)的低速轉(zhuǎn)矩受到一定的影響 在渦輪增壓器中，從排氣能量的變化到新的進(jìn)氣壓力的建立需要一定的時(shí)間，由于葉輪的慣性作用對(duì)油門驟時(shí)變化反應(yīng)遲鈍，使發(fā)動(dòng)機(jī)延遲增加 增壓發(fā)動(dòng)機(jī)性能的進(jìn)一步優(yōu)化，受到增壓器及中冷器的限制,國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究,旁通放氣,渦輪流通面積調(diào)節(jié),相繼增壓,混和渦輪增壓技術(shù),渦輪增壓技術(shù)的應(yīng)用,渦輪增壓技術(shù)廣泛應(yīng)用于柴油機(jī)，并在轎車上得到日益廣泛的應(yīng)用。在歐美發(fā)達(dá)國(guó)家，渦輪增壓技術(shù)使用更為普遍，采用車用柴油機(jī)有70%以上采用渦輪增壓技術(shù)。自80年代以來(lái)，車用汽油機(jī)增壓技術(shù)發(fā)展迅速。這是因?yàn)闇u輪增壓技術(shù)

3、發(fā)動(dòng)機(jī)不僅在升功率、動(dòng)力性能方面比普通自然吸氣發(fā)動(dòng)機(jī)優(yōu)越，而且在燃油經(jīng)濟(jì)性、排放及排氣噪聲等方面也優(yōu)于非增壓發(fā)動(dòng)機(jī)。 對(duì)于大功率汽油機(jī)轎車，在不降低動(dòng)力性能的前提下，通過(guò)增壓來(lái)縮小排量，有著巨大的綜合優(yōu)勢(shì)。,渦輪增壓技術(shù)的發(fā)展前景,汽油機(jī)增壓易發(fā)生爆燃；增壓熱負(fù)荷大；與增壓器匹配困難。,此外，改善渦輪增壓汽油機(jī)的扭矩特性，這可通過(guò)采用放氣、壓氣機(jī)進(jìn)口節(jié)流、可變噴嘴環(huán)截面積、具有共振系統(tǒng)的復(fù)合增壓來(lái)實(shí)現(xiàn)。再次，改善渦輪增壓汽油機(jī)的加速性，可通過(guò)減小進(jìn)排氣道的容積、縮小渦輪增壓器的尺寸、縮小排氣管的尺寸、選擇適當(dāng)?shù)墓?jié)氣門位置，即節(jié)氣門與壓氣機(jī)的位置來(lái)實(shí)現(xiàn)。,廢氣渦輪增壓的原理,圖1 廢氣渦輪增壓原

4、理圖,圖2 渦輪增壓器,壓氣機(jī)的喘振與堵塞,喘振：在一定的轉(zhuǎn)速下，當(dāng)壓氣機(jī)的氣體流量減少到一定程度后，氣體就會(huì)在葉輪或擴(kuò)壓器入口處出現(xiàn)邊界層分離，導(dǎo)致氣體回流。分離渦流迅速擴(kuò)展到壓氣機(jī)通道的其他部分，氣體出現(xiàn)強(qiáng)烈的振蕩，引起工作輪葉片強(qiáng)烈的振動(dòng)，并產(chǎn)生很大的噪聲，這一現(xiàn)象稱為喘振。 堵塞：在某一增壓器轉(zhuǎn)速下，當(dāng)流量超過(guò)設(shè)計(jì)工況到一定數(shù)值后，壓氣機(jī)的增壓比和效率均急速下降，而流量卻不會(huì)再增加，這一現(xiàn)象稱為壓氣機(jī)的堵塞。 堵塞原因：通道中某個(gè)截面上的氣體流速達(dá)到了當(dāng)?shù)芈曀伲ㄅR界狀態(tài)），從而限制了流量的增加。,廢氣渦輪增壓系統(tǒng)的兩種基本形式,定壓系統(tǒng) 在定壓系統(tǒng)中各缸排氣均排入一根大容積的排氣管，故

5、渦輪前排氣管的壓力基本上是恒定的。排氣總管內(nèi)壓力波動(dòng)很小，可以認(rèn)為渦輪前排氣管內(nèi)壓力基本是恒定的。 脈沖系統(tǒng) 脈沖增壓系統(tǒng)是兩缸或者三缸共用一支管，依發(fā)火順序?qū)⑴艢獠话l(fā)生干擾的兩個(gè)或者三個(gè)氣缸連接到一根排氣支管，這樣既可以避免排氣干擾，又可以較好的利用排氣脈沖能量，排氣量大，低工況性能好。,兩種形式的比較,圖1 定壓渦輪增壓系統(tǒng),圖2 脈沖渦輪增壓系統(tǒng),優(yōu)點(diǎn)：渦輪在定壓的條件下全周進(jìn)氣，效率較高，氣流引起的激震較小，不易引起葉片斷裂；排氣系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本較低，易于布置和維護(hù)。 缺點(diǎn)：脈沖能量的利用率較低，發(fā)動(dòng)機(jī)低速扭矩特性和加速性能較差。,優(yōu)點(diǎn)：該系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是響應(yīng)較快，加速性能好，低速扭矩特

6、性好，零件的熱負(fù)荷小。 缺點(diǎn)：排氣管結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本較高，不便于布置和維護(hù)。,渦輪增壓中冷技術(shù),廢氣渦輪增壓采用中冷技術(shù)的必要性：對(duì)于增壓壓力較高的中、高增壓發(fā)動(dòng)機(jī)，一般需裝置中間冷卻器，這是因?yàn)闇u輪增壓器吸進(jìn)的空氣經(jīng)壓縮溫度會(huì)升高，空氣在流動(dòng)過(guò)程中與管壁摩擦還會(huì)進(jìn)一步升溫，這樣不僅影響充氣效率，還容易產(chǎn)生爆燃。 增壓中冷技術(shù)的優(yōu)勢(shì)：一般高速柴油機(jī)采用增壓后可提高功率30%，采用中冷技術(shù)可進(jìn)一步提高50-60%。氣體經(jīng)過(guò)壓縮后溫度有很大的提高，即使是低增壓度，一般也高出60-80%以上，升溫將造成發(fā)動(dòng)機(jī)功率降低，效率降低。為此需將吸入的空氣在冷卻器中再次冷卻，使密度增加，從而使功率、扭矩相應(yīng)增加

7、。,中冷器的冷卻方式,1.中冷器 2.輪緣冷卻風(fēng)扇,渦輪風(fēng)扇中冷系統(tǒng),中冷器的冷卻方式： （1）空對(duì)空中間冷卻器 （2）水對(duì)空中間冷卻器,二級(jí)渦輪增壓系統(tǒng),1.低壓級(jí)壓氣機(jī) 2.第一級(jí)中冷器 3.高壓級(jí)壓氣機(jī) 4.第二級(jí)中冷器 5.旁通閥 6.高壓級(jí)渦輪 7.低壓級(jí)渦輪,二級(jí)增壓系統(tǒng)示意圖,在低速時(shí)，利用第二級(jí)增壓器較小的渦輪流通面積實(shí)現(xiàn)柴油機(jī)較快的響應(yīng)； 高速時(shí)，利用第一級(jí)增壓器較大的流通面積實(shí)現(xiàn)較多的供氣量.,二級(jí)增壓系統(tǒng)原理：,兩級(jí)增壓技術(shù)的特點(diǎn),擴(kuò)大了增壓系統(tǒng)的流量范圍 改善增壓遲滯，提高瞬態(tài)響應(yīng)性 功率最大化 增加了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性 增壓系統(tǒng)控制及可靠性問(wèn)題,兩級(jí)增壓技術(shù)是未來(lái)增壓技

8、術(shù)發(fā)展的重要方向,優(yōu)點(diǎn),缺點(diǎn),匯報(bào)提綱,一、廢氣渦輪增壓 二、廢氣凈化技術(shù)（汽油機(jī)） 三、燃料電池技術(shù) 四、均質(zhì)壓燃技術(shù) 五、可變壓縮比技術(shù) 六、發(fā)動(dòng)機(jī)小型化,汽車污染物及其危害,輕型車排放法規(guī),Light-duty vehicle Emission Standards of Europe （g/km）,發(fā)動(dòng)機(jī)排放控制技術(shù)的三個(gè)方面,機(jī)前凈化技術(shù)：前期凈化就是提高燃油的質(zhì)量，提高燃燒效率，使燃油充分燃燒，減少有害物質(zhì)的排放。 機(jī)內(nèi)凈化技術(shù)：機(jī)內(nèi)凈化就是指從改善發(fā)動(dòng)機(jī)的工作性能的角度來(lái)減少汽油機(jī)污染物的排放。 機(jī)外凈化技術(shù)：對(duì)已經(jīng)排出燃燒室而尚未排入大氣中的廢氣，在排氣系統(tǒng)中進(jìn)行凈化處理。,機(jī)前

9、凈化技術(shù),為了實(shí)現(xiàn)前期凈化，必須實(shí)施燃油無(wú)鉛化和大幅度地降低燃油中硫的含量，改進(jìn)汽油中苯、芳烴、烯烴等組成性質(zhì)以改善燃燒。大幅度降低烯烴含量，以降低排氣的臭氧生成活性，并減少汽油機(jī)內(nèi)的沉積物。對(duì)芳香烴來(lái)說(shuō)是苯含量作了限制，以降低排氣的毒性。 對(duì)汽油的揮發(fā)性作了更加合理而細(xì)致的規(guī)定，既保證發(fā)動(dòng)機(jī)有良好的驅(qū)動(dòng)性，又不會(huì)引起氣阻、過(guò)量蒸發(fā)等運(yùn)行可靠性和排放問(wèn)題。低排放汽油允許用含氧摻和物，但對(duì)含氧量有一定的控制。,機(jī)內(nèi)凈化技術(shù),汽油噴射電控系統(tǒng) 缸內(nèi)直噴技術(shù) 廢氣再循環(huán)技術(shù) 渦輪增壓中冷技術(shù) 多氣門技術(shù) 均質(zhì)壓燃技術(shù),汽油高效燃燒的途徑,機(jī)外凈化技術(shù),（1）三元催化轉(zhuǎn)化器：三元催化轉(zhuǎn)化器是安裝在汽油

10、機(jī)排氣系統(tǒng)中最重要的凈化裝置，當(dāng)高溫的汽油機(jī)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-還原化學(xué)反應(yīng)，其中CO在高溫下氧化成為無(wú)色、無(wú)毒的二氧化碳?xì)怏w；HC化合物在高溫下氧化成水和二氧化碳；NOx還原成氮?dú)夂脱鯕狻ＨN有害氣體變成無(wú)害氣體，從而降低汽油機(jī)污染物的排放。,存在的問(wèn)題：催化轉(zhuǎn)化器的設(shè)計(jì)本身是一個(gè)系統(tǒng)工程，它包含催化劑的設(shè)計(jì)、催化劑載體的選用、催化轉(zhuǎn)化器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等方面。這些方面的因素最后決定了催化轉(zhuǎn)化器系統(tǒng)的催化性能，而且由這些方面構(gòu)成的催化轉(zhuǎn)化器系統(tǒng)特性又會(huì)與車輛這個(gè)大系統(tǒng)的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性、排氣噪聲等方面產(chǎn)生矛盾。,機(jī)外凈

11、化技術(shù),（2）熱反應(yīng)器：熱反應(yīng)器通常是一種大型容器，備有絕熱良好的隔熱套，取代了常規(guī)排氣歧管，被安裝在緊靠發(fā)動(dòng)機(jī)排氣道出口處。它是通過(guò)均質(zhì)氣體的非催化反應(yīng)來(lái)氧化汽油機(jī)排氣中烴和CO的裝置。當(dāng)排出的廢氣經(jīng)過(guò)熱反應(yīng)器時(shí)，使CO和HC在其中保持高溫（800- 900）并停留一段時(shí)間（平均為100ms），使之能得到充分的氧化，從而降低CO和HC的排放量。 存在的技術(shù)問(wèn)題：熱反應(yīng)器系統(tǒng)在發(fā)動(dòng)機(jī)冷啟動(dòng)時(shí)不能發(fā)揮作用，熱反應(yīng)器不能凈化氮氧化物。盡管其有隔熱裝置，但扔給車蓋下增加了大量的熱負(fù)荷。熱反應(yīng)器的內(nèi)部溫度高達(dá)800-1100，且長(zhǎng)期處于鉛、磷和高溫的工作條件，即使采用高級(jí)昂貴材料，也幾乎無(wú)法解決零件的

12、壽命問(wèn)題。,機(jī)外凈化技術(shù),（3）空氣噴射系統(tǒng)：就是將新鮮的空氣噴射到排氣門后面使尾氣中的CO和HC在排氣管內(nèi)與空氣混合，繼續(xù)進(jìn)行氧化的方法，又稱為二次空氣噴射。當(dāng)噴射的新鮮空氣與尾氣混合時(shí)，空氣中的氧與CO和HC反應(yīng)生成蒸汽狀的水和二氧化碳，從而降低汽油機(jī)污染物的排放量。,降低冷啟動(dòng)排放的技術(shù),汽油機(jī)車輛有80%左右的排放來(lái)自啟動(dòng)時(shí)的100-150s階段。其主要原因是啟動(dòng)溫度低, 不能達(dá)到催化劑的起燃溫度, 催化劑不能進(jìn)行催化反應(yīng)，內(nèi)燃機(jī)啟動(dòng)時(shí)需要濃混合氣, 其燃燒處于缺氧狀態(tài)。 降低冷啟動(dòng)排放的主要措施有： （1）提高冷啟動(dòng)怠速轉(zhuǎn)速（ 800-1000r/min ）； （2）代用燃料（ 汽油

13、+乙醇），提高燃油揮發(fā)性和汽化潛熱； （3）二次空氣； （4）排氣點(diǎn)燃器； （5）碳?xì)涫占鳎?（6）起動(dòng)后的稀燃控制； （7）快速暖機(jī)控制； （8）前級(jí)催化器；,匯報(bào)提綱,一、廢氣渦輪增壓 二、廢氣凈化技術(shù)（汽油機(jī)） 三、燃料電池技術(shù)（熔融碳酸鹽燃料電池） 四、均質(zhì)壓燃技術(shù) 五、可變壓縮比技術(shù) 六、發(fā)動(dòng)機(jī)小型化,燃料電池分類,磷酸鹽燃料電池( PAFC) 熔融碳酸鹽燃料電池( MCFC) 固態(tài)氧化物電解質(zhì)燃料電池( SOFC) 固體高分子燃料電池( PEMFC)。,熔融碳酸鹽燃料電池簡(jiǎn)介,熔融碳酸鹽燃料電池被稱為繼磷酸鹽燃料電池之后的第二代燃料電池，其工作溫度高達(dá)923K。由于工作溫度較高，

14、可以實(shí)現(xiàn)熱電連用，因此通常都是應(yīng)用于分布式電站，實(shí)現(xiàn)區(qū)域供電。 與PAFC相比，MCFC具有更高的熱效率, 而可實(shí)現(xiàn)電池內(nèi)重整， 簡(jiǎn)化系統(tǒng); 與SOFC相比，MCFC的部件材料、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、密封方式來(lái)得簡(jiǎn)單,工程放大較為容易，為極有開(kāi)發(fā)前途的發(fā)電技術(shù)。,熔融碳酸鹽燃料電池的原理,陽(yáng)極：H2 陰極：CO2 、空氣,熔融碳酸鹽燃料電池發(fā)電時(shí), 由外部向陽(yáng)極供給燃料氣體( 如H2) , 向陰極供給空氣和CO2 的混合氣。在陰極, O2從外電路接受電子, 與CO2作用, 生成碳酸根離子, 碳酸根離子經(jīng)過(guò)電解質(zhì)板, 向陽(yáng)極移動(dòng)。在陽(yáng)極,H2與碳酸根離子進(jìn)行反應(yīng), 生成CO2和水蒸氣,同時(shí)向外電路放出電子。

15、,熔融碳酸鹽燃料電池原理,電池放電時(shí)電子通過(guò)外部電路導(dǎo)通所產(chǎn)生電流，電池內(nèi)部通過(guò)處于熔融狀態(tài)的碳酸鹽電解質(zhì)導(dǎo)通，從而構(gòu)成一個(gè)穩(wěn)定的內(nèi)外回路。 熔融碳酸鹽燃料電池與其他類型燃料電池的電極反應(yīng)有所不同:在陰極，CO2為反應(yīng)物，在陽(yáng)極，CO2為產(chǎn)物，從而CO2在電池工作過(guò)程中構(gòu)成了一個(gè)循環(huán)。 為確保電池穩(wěn)定連續(xù)工作，必須將陽(yáng)極產(chǎn)生的CO2返回到陰極，通常采用的辦法是將陽(yáng)極室所排出的尾氣經(jīng)燃燒消除其中的H2和CO后，進(jìn)行分離除水，然后再將CO2送回至陰極。,MCFC的材料和結(jié)構(gòu),熔融碳酸鹽燃料電池主要是由陽(yáng)極、陰極、電解質(zhì)基底和集流板或雙極板構(gòu)成。,陽(yáng)極和陰極的材料,MCFC的電解質(zhì),MCFC最常用的

16、電解質(zhì)為L(zhǎng)i2CO3與K2CO3或Li2CO3與Na2CO3的堿性混合鹽，它們的熔點(diǎn)分別是488和496。MCFC電解質(zhì)隔膜內(nèi)是靠傳遞碳酸根離子進(jìn)行導(dǎo)電的，這是與其它燃料電池的一個(gè)不同之處。 對(duì)電解質(zhì)基底的要求： 強(qiáng)度高 耐高溫熔鹽腐蝕 浸入熔鹽電解質(zhì)后能夠阻擋氣體通過(guò) 載體，也稱為隔膜，它是陶瓷顆粒混合物，以形成毛細(xì)網(wǎng)絡(luò)來(lái)容納電解質(zhì)。載體為基質(zhì)電解質(zhì)提供結(jié)構(gòu)，但不參加電學(xué)或電化學(xué)過(guò)程。,MCFC的雙極板和集流器,雙極板的作用：分隔氧化氣體和燃料氣體、集電和導(dǎo)電，并構(gòu)成氣體流動(dòng)的通道。因此要求具有抗氧化和還原以及抗電解質(zhì)腐蝕的作用，并與其他組件之間有較好的熱膨脹性能。它一般采用不銹鋼(ss31

17、6,ss310)制成。 集流器用來(lái)收集電池堆產(chǎn)生的電流，有時(shí)還采用波紋和孔狀結(jié)構(gòu)，與相鄰的電極組成反應(yīng)氣體通道。集流器的材料也采用不銹鋼，陽(yáng)極側(cè)涂一層Ni保護(hù)膜，并呈波紋狀，與陽(yáng)極結(jié)構(gòu)構(gòu)成燃料氣體通道。陰極側(cè)一般呈波紋狀或孔狀結(jié)構(gòu)，以形成氧化劑通道。,MCFC商業(yè)化需解決的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題, 陰極的溶解, 陽(yáng)極的蠕變, 熔鹽電解質(zhì)對(duì)電池集流板材料的腐蝕, 電解質(zhì)的流失,匯報(bào)提綱,一、廢氣渦輪增壓 二、廢氣凈化技術(shù)（汽油機(jī)） 三、燃料電池技術(shù) 四、均質(zhì)壓燃技術(shù) 五、可變壓縮比技術(shù) 六、發(fā)動(dòng)機(jī)小型化,均質(zhì)壓燃技術(shù),HCCI簡(jiǎn)介,基本原理：通過(guò)壓縮缸內(nèi)均勻的燃油和空氣的混合氣，在上止點(diǎn)(TDC)附近實(shí)現(xiàn)

18、自燃。因此將這種燃燒方式統(tǒng)稱為HCCI燃燒，即均質(zhì)壓燃（Homogeneous Charge Compression Ignition）。,汽油機(jī),柴油機(jī),HCCI的特點(diǎn),1 采用均質(zhì)混合氣?？諝夂腿加驮贖CCI發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣系統(tǒng)中預(yù)混合，形成均質(zhì)的空氣/燃油混合氣，然后吸入氣缸進(jìn)行壓縮。也有燃油直接噴入氣缸、在氣缸內(nèi)與空氣進(jìn)行預(yù)混合的。 2 采用壓縮點(diǎn)燃。在壓縮沖程中，混合氣溫度升高，達(dá)到自燃溫度而自燃；也就是說(shuō)，不需要任何點(diǎn)火系統(tǒng)。 3 采用比火花點(diǎn)燃式發(fā)動(dòng)機(jī)高得多的壓縮比，且允許壓縮比在一個(gè)廣闊的范圍內(nèi)變動(dòng)。 4 為了使均質(zhì)混合氣能夠通過(guò)壓縮而點(diǎn)燃，必要時(shí)需對(duì)吸入空氣進(jìn)行加熱。 5 由于壓

19、縮點(diǎn)燃的緣故，可以采用相當(dāng)稀薄的混合氣，因此可以按照變質(zhì)調(diào)節(jié)的方式，直接通過(guò)調(diào)節(jié)噴油量來(lái)調(diào)節(jié)扭矩，不需要節(jié)氣門。 6 既然均質(zhì)混合氣是自燃的，所以燃燒大體上是整個(gè)氣缸內(nèi)同時(shí)開(kāi)始的。可以采用過(guò)量空氣或者殘余廢氣達(dá)到高度稀釋的混合氣。,HCCI需要突破的關(guān)鍵技術(shù),第一、著火時(shí)刻的控制問(wèn)題。 在HCCI燃燒過(guò)程中，由于受到化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的控制，著火時(shí)刻與燃料化學(xué)特性及混合氣在壓縮過(guò)程中所經(jīng)歷的溫度、壓力歷程緊密相關(guān)，因而，HCCI發(fā)動(dòng)機(jī)與傳統(tǒng)的汽油機(jī)或柴油機(jī)相比缺乏直接控制著火時(shí)刻的手段，而且隨著發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷和轉(zhuǎn)速的提高，混合氣自燃化學(xué)反應(yīng)速度及反應(yīng)累計(jì)時(shí)間相對(duì)曲軸轉(zhuǎn)角的變化，使這一問(wèn)題更加突出。 第

20、二、運(yùn)行工況范圍的擴(kuò)展問(wèn)題。 在發(fā)動(dòng)機(jī)高負(fù)荷時(shí)過(guò)快的燃燒反應(yīng)速度容易導(dǎo)致爆燃，機(jī)械負(fù)荷和熱負(fù)荷變大。在低負(fù)荷低轉(zhuǎn)速工況下，因?yàn)槿紵磻?yīng)速度過(guò)慢引起火焰溫度過(guò)低，燃燒不完全，有害排放物增加，容易導(dǎo)致失火。,汽油機(jī)HCCI的實(shí)現(xiàn)方法,HCCI汽油機(jī)要利用汽油的自燃能力, 實(shí)現(xiàn)均質(zhì)混合氣壓縮著火。要避免壓縮壓力和溫度過(guò)高, 以及燃燒速度過(guò)快。汽油機(jī)實(shí)現(xiàn)HCCI 燃燒的方式有多種, 如: 直接進(jìn)氣加熱、高的壓縮比、采用易自燃燃料、內(nèi)部廢氣再循環(huán)等。其中內(nèi)部廢氣再循環(huán)策略被認(rèn)為是在四沖程汽油發(fā)動(dòng)機(jī)上實(shí)現(xiàn)HCCI燃燒最為可行的方法之一,可變氣門技術(shù)為這一方法提供了技術(shù)手段。 采用內(nèi)部EGR的汽油HCCI發(fā)

21、動(dòng)機(jī)，在負(fù)閥重疊相位(NVO)期間，進(jìn)排氣門均關(guān)閉，此時(shí)缸內(nèi)的混合氣可視為一個(gè)閉口系統(tǒng)。由于排氣門關(guān)閉后，部分高溫廢氣被截留在缸內(nèi)，而高壓縮比HCCI采用稀燃策略，高溫廢氣中留有部分氧氣。這部分含氧的高溫廢氣在活塞上行過(guò)程中被壓縮，缸內(nèi)溫度可達(dá)1000K以上。此時(shí)在缸內(nèi)噴人部分汽油，汽油會(huì)迅速蒸發(fā)，并在高溫含氧環(huán)境中發(fā)生著火燃燒，缸內(nèi)混合氣壓力和溫度升高，并在活塞下行時(shí)推動(dòng)活塞做功。,匯報(bào)提綱,一、廢氣渦輪增壓 二、廢氣凈化技術(shù)（汽油機(jī)） 三、燃料電池技術(shù) 四、均質(zhì)壓燃技術(shù) 五、可變壓縮比技術(shù) 六、發(fā)動(dòng)機(jī)小型化,可變壓縮比技術(shù)的優(yōu)勢(shì),提高了發(fā)動(dòng)機(jī)的熱效率，很大程度上改善了發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油經(jīng)濟(jì)性 有

22、利于降低排放 具有良好的燃料適應(yīng)性 相同輸出功率的情況下結(jié)構(gòu)可以更緊湊，達(dá)到小排量大功率、大扭矩 兼顧部分負(fù)荷時(shí)的燃油經(jīng)濟(jì)性和大負(fù)荷時(shí)的動(dòng)力性，改善發(fā)動(dòng)機(jī)低速動(dòng)力性能的同時(shí)還避免燃燒過(guò)程中的爆震風(fēng)險(xiǎn),可變壓縮比技術(shù)具有下列優(yōu)勢(shì)：,可變壓縮比技術(shù)的必要性：隨著對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性要求的提高，發(fā)動(dòng)機(jī)在高速大負(fù)荷下動(dòng)力性能好與中、低速中小負(fù)荷下動(dòng)力性能及經(jīng)濟(jì)性能較差的矛盾卻越來(lái)越突出。,存在的問(wèn)題,VCR發(fā)動(dòng)機(jī)一般都結(jié)構(gòu)復(fù)雜，通常都需要對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行大幅度改變，加工困難 新增的部件使發(fā)動(dòng)機(jī)的摩擦、振動(dòng)增加，也使發(fā)動(dòng)機(jī)的質(zhì)量增加，這些大質(zhì)量體的移動(dòng)會(huì)耗費(fèi)很大一部分能量 適時(shí)準(zhǔn)確的改變壓縮比需要相應(yīng)的高精度控制

23、設(shè)備，匹配困難 密封性問(wèn)題 研發(fā)成本高,可變壓縮比的實(shí)現(xiàn)方案,壓縮比的定義：氣缸總?cè)莘e與燃燒室容積的比值，改變發(fā)動(dòng)機(jī)壓縮比可通過(guò)改變氣缸的工作容積和燃燒室容積來(lái)實(shí)現(xiàn) 可變壓縮比技術(shù)的實(shí)現(xiàn)方案： 通過(guò)改變氣缸蓋的結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn) 通過(guò)改變缸體結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn) 通過(guò)改變活塞及曲柄連桿機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn) 本文研究的主要內(nèi)容是通過(guò)一種多連桿機(jī)構(gòu)（Muti-link）來(lái)改變壓縮比,用多連桿可變壓縮比機(jī)構(gòu)提高發(fā)動(dòng)機(jī)性能的研究,A Study of a Multiple-link Variable Compression Ratio System for Improving Engine Performance,本文的主要內(nèi)容

24、,本文研究的主要內(nèi)容是將可變壓縮比技術(shù)應(yīng)用到一臺(tái)渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)中，并研究其對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)性能的影響。此VCR系統(tǒng)使用一種新的活塞-曲軸系統(tǒng)并入一個(gè)多連桿機(jī)制來(lái)改變活塞在上止點(diǎn)的移動(dòng)并因此獲得了與工況相匹配的最佳的壓縮比。這一多連桿可變壓縮比機(jī)構(gòu)可以在不提高發(fā)動(dòng)機(jī)尺寸和重量的情況下安裝。 結(jié)果發(fā)現(xiàn)：通過(guò)在發(fā)動(dòng)機(jī)低負(fù)荷下應(yīng)用廢氣再循環(huán)并提高壓縮比、在高負(fù)荷下采用更高的增壓壓力并降低壓縮比，這樣都可以提高發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油經(jīng)濟(jì)性和輸出功率。,多連桿VCR發(fā)動(dòng)機(jī)的配置與原理,運(yùn)動(dòng)規(guī)律：活塞與曲軸通過(guò)上連桿與下連桿連在一起。下連桿也通過(guò)控制連桿連接到了控制軸偏心軸頸中心。曲軸的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)致了下連桿圍繞著主軸頸的中心旋轉(zhuǎn)

25、，同時(shí)圍繞著曲柄銷的中心轉(zhuǎn)動(dòng)。,根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)度與負(fù)荷來(lái)改變壓縮比,在低速低負(fù)荷時(shí)采用高壓縮比14：1以獲得提高燃油經(jīng)濟(jì)性的最佳效果 隨著負(fù)荷的增加，減小壓縮比以防止爆震發(fā)生 為了在全負(fù)荷時(shí)采用高增壓，將壓縮比設(shè)為最低值8：1,活塞行程的特性,傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)的活塞運(yùn)動(dòng)速度在上止點(diǎn)時(shí)比下止點(diǎn)時(shí)要快，而VCR發(fā)動(dòng)機(jī)的活塞在上止點(diǎn)時(shí)移動(dòng)速度變慢而在下止點(diǎn)時(shí)的速度更快，因此比傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)更加接近簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)。 從圖中可以看出VCR發(fā)動(dòng)機(jī)的膨脹行程前半部分角度為92，比原發(fā)動(dòng)機(jī)大14%，這一特點(diǎn)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的性能（包括燃燒在內(nèi)）產(chǎn)生了實(shí)質(zhì)性的影響。,活塞行程特性對(duì)各項(xiàng)損失的影響,時(shí)間損失,時(shí)間損失：內(nèi)燃機(jī)實(shí)際循環(huán)中一

26、個(gè)由燃燒速度的有限性所造成的損失。,圖6 P-V圖,圖7 熱釋放率,漏氣損失,在不考慮增壓的情況下，VCR發(fā)動(dòng)機(jī)的漏氣量比原發(fā)動(dòng)機(jī)的要高5L/min。,漏氣損失增加的原因： VCR發(fā)動(dòng)機(jī)的活塞在上止點(diǎn)的速度較低，與原發(fā)動(dòng)機(jī)相比活塞在上止點(diǎn)有較長(zhǎng)的停留時(shí)間，而這段時(shí)間內(nèi)缸內(nèi)壓力比較高,圖8 漏氣比較,摩擦損失,當(dāng)燃燒壓力作用于活塞頂時(shí)，由于VCR發(fā)動(dòng)機(jī)的上連桿處于垂直狀態(tài)，活塞的側(cè)向里大幅度降低。因此，活塞銷所承受的負(fù)荷也降低，這可以在活塞與活塞銷方面減少摩擦損失。因此，由于使用較多連桿導(dǎo)致的摩擦增加被抵消了，總的發(fā)動(dòng)機(jī)摩擦也會(huì)降低。 在超過(guò)5000轉(zhuǎn)的高速范圍內(nèi)摩擦往往要比原發(fā)動(dòng)機(jī)的要高。這與

27、VCR發(fā)動(dòng)機(jī)的主要循環(huán)部件的重量高于原發(fā)動(dòng)機(jī)的相應(yīng)部件有關(guān)，同時(shí)由于VCR發(fā)動(dòng)機(jī)的多連桿機(jī)構(gòu)而帶有更多的滑動(dòng)部件。,圖9 摩擦損失比較,活塞拍擊導(dǎo)致的缸體振動(dòng),實(shí)驗(yàn)工況： 發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速：1200r/min 點(diǎn)火時(shí)間：上止點(diǎn)前30 125um的安裝間隙=標(biāo)準(zhǔn)水平下的實(shí)際間隙的160%,冷卻損失與熱平衡,冷卻損失增加：活塞處于上止點(diǎn)附近時(shí)速度變慢，使燃燒氣體較長(zhǎng)時(shí)間處于高溫高壓下 “其他各類損失”：摩擦損失，泵氣損失，未燃碳?xì)湟约奥庠斐傻膿p失，其中漏氣損失增加，但摩擦損失減少，所以導(dǎo)致總的“其他各類損失”減少。 結(jié)論：可變壓縮比發(fā)動(dòng)機(jī)可以獲得與原發(fā)動(dòng)機(jī)相同的熱效率,圖12 熱平衡比較,容積效率比較

28、,原因：由于VCR發(fā)動(dòng)機(jī)的活塞速度在下止點(diǎn)時(shí)更高，兩臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)在相同的進(jìn)氣門關(guān)閉時(shí)刻，可變壓縮比活塞與原發(fā)動(dòng)機(jī)相比應(yīng)該提高到一個(gè)更高的位置。因此，在高速范圍進(jìn)氣門關(guān)閉時(shí)刻減緩，VCR發(fā)動(dòng)機(jī)的容積效率往往比原發(fā)動(dòng)機(jī)的要低。,從圖中可以看出：在中低速范圍，可變壓縮比發(fā)動(dòng)機(jī)的容積效率略高，而在高速范圍容積效率比原發(fā)動(dòng)機(jī)要低,圖13 容積效率比較,采用較高的壓縮比以及EGR率對(duì)降低燃油消耗的影響,在壓縮比為8.6:1的情況下，VCR發(fā)動(dòng)機(jī)可以與原發(fā)動(dòng)機(jī)獲得相同的熱效率。 提高壓縮比可以提高冷卻損失和未燃碳?xì)?，但降低了排氣損失，因此使VCR發(fā)動(dòng)機(jī)的總熱效率上升。此外，使用EGR降低其他各類損失中的泵氣損失

29、與冷卻損失，這對(duì)提高燃油經(jīng)濟(jì)性都有很大的影響。,圖14 不同壓縮比條件下的熱平衡比較,高壓縮比對(duì)擴(kuò)大EGR極限的影響,此時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)的工況為：轉(zhuǎn)速2000轉(zhuǎn)，有效制動(dòng)扭矩60Nm，無(wú)渦流控制閥。 與原發(fā)動(dòng)機(jī)相比，VCR發(fā)動(dòng)機(jī)的活塞行程特點(diǎn)與更高的壓縮比的共同作用下提高了燃燒穩(wěn)定性并使喘振扭矩降低到了一個(gè)比較低的水平。結(jié)果，可以看出與原發(fā)動(dòng)機(jī)相比，EGR的極限提高了大約10%。,圖15 高壓縮比對(duì)擴(kuò)大EGR極限的影響,VCR發(fā)動(dòng)機(jī)的擴(kuò)大的EGR的極限對(duì)降低油耗的影響,從圖中可以看出：僅僅把壓縮比從8.6提高到14.3能降低油耗高達(dá)7%，再使用EGR并使用渦流控制閥提高EGR的極限，可以降低油耗最多為

30、13%,實(shí)驗(yàn)工況：轉(zhuǎn)速為2000r/min和有效制動(dòng)扭矩為60Nm（代表1000km/h的穩(wěn)定運(yùn)行工況）,各種措施對(duì)最大功率的影響,A/R值是壓氣機(jī)殼體及渦輪殼體的幾何特性數(shù)字,結(jié)論,在一臺(tái)VCR發(fā)動(dòng)機(jī)上進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)表明在渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)上采用可變壓縮比機(jī)構(gòu)可以對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的性能產(chǎn)生下列影響。 （1）VCR發(fā)動(dòng)機(jī)的活塞運(yùn)動(dòng)具有類似于簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)，這可以減少摩擦損失和時(shí)間損失，盡管冷卻損失和由漏氣帶來(lái)的損失增加。由此產(chǎn)生的抵消作用使得在同樣的壓縮比下，VCR發(fā)動(dòng)機(jī)獲得的熱效率等于原發(fā)動(dòng)機(jī)。 （2）渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)中，可變壓縮比系統(tǒng)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的性能有下列重要的影響，它要求針對(duì)燃油經(jīng)濟(jì)性與功率采用不同的最佳壓縮比。 燃油經(jīng)濟(jì)性：VCR發(fā)動(dòng)機(jī)的活塞運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)與較高的壓縮比相結(jié)合可以提高燃燒的穩(wěn)定性，從而可以擴(kuò)大EGR極限。結(jié)果，在日本的10-15測(cè)試模式下，降低了10%燃油消耗。 功率：對(duì)于降低壓縮比而擴(kuò)大的增壓壓力極限與為增加排氣能量而用較大的渦輪增壓器A/R比可以使最大功率提高10%。,可變壓縮比技術(shù)的展望,隨著發(fā)動(dòng)機(jī)相關(guān)理論、微機(jī)技術(shù)、電子技術(shù)、結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)等技術(shù)的飛速發(fā)展, 可變壓縮比技術(shù)會(huì)越來(lái)越多地應(yīng)用在發(fā)動(dòng)機(jī)上, 它可使發(fā)動(dòng)機(jī)的各項(xiàng)性能在各工況變化范圍內(nèi)得到優(yōu)化。 VCR技術(shù)