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Otto-Atkinson循环发动机的工作过程优化及燃油经济性研究

李云龙  
【摘要】:能源和环境危机对车用发动机的经济性和排放性提出了更高的要求。缸内直喷稀燃、小型强化、混合动力和可变气门驱动等可以提高车用汽油机效率的技术得到了越来越多的重视和应用。其中部分技术不同程度地使用了Atkinson循环这种高热效率工作过程。 本文基于可变气门定时(VVT)和高压缩比技术,通过模拟和试验相结合的方法,在一台1.6L汽油机上进行了在全负荷工况采用Otto循环,部分负荷工况采用Atkinson循环的Otto-Atkinson循环发动机工作过程优化及燃油经济性研究。目的是在满足全负荷动力输出的条件下,提高部分负荷常用工况的燃油经济性。 首先,利用GT-power软件建立了发动机仿真模型,计算了进气关闭时刻、进气持续期和几何压缩比等关键参数对Otto-Atkinson循环发动机的影响规律。然后,根据模拟结果选择持续期为285°CA的进气门升程曲线,12.6的几何压缩比重新研制并更换进气凸轮轴和活塞完成了Otto-Atkinson循环发动机的改造。分别在全负荷和部分负荷工况进行了动力性和燃油经济性的优化试验。实验结果表明:Otto-Atkinson循环发动机全负荷扭矩仅在低速段降低了约2%~5%,其余工况均保持了原机水平,同时平均油耗改善率达到5%。除了较小负荷工况油耗改善不明显以外,万有特性其余工况油耗改善率达到4%~10%。其中,中低负荷常用工况油耗改善率均在8%以上。Otto-Atkinson循环通过控制进气门晚关降低了泵气损失,优化有效压缩比改善了燃烧等容度,提高膨胀比降低了排气能量损失,进而降低了发动机油耗。其中,中低负荷工况可以采用较大的进气门晚关幅度降低泵气损失;大负荷工况和小负荷工况皆需要减小进气门晚关幅度提高充气效率,保证燃烧稳定性。


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