| 汽油发动机的节能降耗 |
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高效汽油机技术发展的可行性分析
1.常规汽油机燃烧系统的改进
常规汽油机在部分负荷工况的热效率较低是由于点燃燃烧方式的限制所造成的。要能点燃混合气并通过火焰传播完成燃烧,需要把空燃比限制在一定范围内。为此,部分负荷工况需要进气节流,造成泵气损失。同时,空燃比受限制后,气体比热比较低,也影响了汽油机的热效率。在火焰传播时,为避免火焰前锋面而后面未燃,混合气突然大面积自燃引发爆震,压缩比受到限制。因此,汽油机的机械摩擦损失低于柴油机,其热效率比柴油机低12%~13%左右。
图3 单缸实验发动机试验台
降低部分负荷工况的泵气损失可通过对电喷汽油机的改进来实现。采用可变气门定时机构、在进气道节流等,都能降低泵气损失。但降低泵气损失后,进气阀开启时缸内气体向进气道回流减少,对油气混合不利,碳氢排放增加。另一减少泵气损失的方法是在低负荷工况使多缸机的部分气缸停缸,增加工作气缸的负荷,减少泵气损失。
汽油机燃烧系统的改进可允许在部分负荷采用高空燃比,因此能降低泵气损失并提高气体比热比。通过汽油缸内直喷可形成分层混合气。由于燃烧可在较浓的含油混合气内进行,虽然整机的空燃比增加,但仍能点燃混合气。最好的分层燃烧系统为软喷射或称为“喷雾导向”缸内直喷汽油机,可大幅度减少碳烟生成,扩大分层燃烧工作范围。汽车平均燃油效率可提高近15%,已达到或略优于柴油车的水平。在国内采用分层燃烧技术需要提高油品质量,减少汽油的含硫量。
2.均匀混合燃烧系统
对汽油缸内直喷技术进行利用的另一途径是均匀混合燃烧系统。喷雾油滴从空气中吸热蒸发,降低混合气的温度,提高了发动机的充量效率并降低了爆震倾向。通过压缩比的提高,燃气温度和传热损失的降低等,热效率可提高3%~4%。均匀混合直喷可与可变气门定时技术或增压技术相结合,利用彼此的优点弥补对方的缺点。应用可变气门定时技术是为了降低泵气损失。应用增压是为了减小发动机排量,在同样扭矩时平均有效压力增加,减少泵气损失。汽车平均燃油效率可提高7%~10%。但过高的增压度也会带来一些技术问题。
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