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atkinson循环发动机进气系统匹配优化模拟与试验

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天津大学学报（自然科学与工程技术版） 2016年第11期49卷 1187-1194页

作者：秦静张泰钰裴毅强任源李翔王同金天津大学内燃机研究所天津300072 天津大学内燃机燃烧学国家重点实验室天津300072

运用GT-Power建立发动机计算模型,研究气门型线、进气歧管形式对1.5L atkinson循环发动机经济性和动力性的影响;运用CFD软件AVL-Fire对不同燃烧室形式下的燃烧过程进行模拟研究,并通过台架试验数据进行验证.研究结果表明：最佳进气持续... 详细信息

运用GT-Power建立发动机计算模型,研究气门型线、进气歧管形式对1.5L atkinson循环发动机经济性和动力性的影响;运用CFD软件AVL-Fire对不同燃烧室形式下的燃烧过程进行模拟研究,并通过台架试验数据进行验证.研究结果表明：最佳进气持续期为240°CA,气门最大升程为8,mm.此时,长度为300mm的侧面进气的进气歧管与改进的燃烧室匹配,在研究转速范围内,最低油耗比原机降低了7.23-8.31g/（k W·h）,且低油耗区范围明显扩大;长度为100mm的中间进气形式歧管的最低油耗比原机降低了6.21-9.19g/（k W·h）,低油耗区范围也有明显扩大;两种形式的进气歧管皆可以满足降低油耗的需求,需根据发动机实际布置情况进行选择.

关键词： atkinson循环气门型线进气歧管燃烧室形式

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atkinson循环发动机性能改进研究

汽车工程 2017年第5期39卷 509-516页

作者：冯仁华付建勤杨靖张微黄修鹏陈永重庆理工大学汽车零部件先进制造技术教育部重点实验室重庆400054 湖南大学先进动力总成技术研究中心长沙410082

本文中利用理论计算、结构及参数改进和试验标定相结合的方法,将某自然吸气Otto循环汽油机改为atkinson循环混合动力发动机。首先通过减少活塞顶部凹坑容积将压缩比从10.5提高到13以克服atkinson循环中由于进气门晚关所带来的有效压缩... 详细信息

本文中利用理论计算、结构及参数改进和试验标定相结合的方法,将某自然吸气Otto循环汽油机改为atkinson循环混合动力发动机。首先通过减少活塞顶部凹坑容积将压缩比从10.5提高到13以克服atkinson循环中由于进气门晚关所带来的有效压缩比的降低;然后利用AVL Excite Timing Drive软件重新设计了满足atkinson循环要求的进、排气凸轮型线;最后通过发动机台架试验标定了atkinson循环发动机万有特性下的过量空气系数、配气相位和点火正时等参数。试验结果表明:在保证动力性满足要求的前提下,改型后atkinson循环发动机的燃油消耗率在整体上比原Otto循环发动机低得多,尤其在中低转速中大负荷时。另外,改型后atkinson循环发动机的低油耗区域范围比原Otto循环发动机大得多,且低油耗区向低转速和较小负荷区域移动。改型后的atkinson循环发动机最低燃油消耗率由原来的250g/(kW·h)降低到234.5g/(kW·h),达到了目标要求。

关键词： atkinson循环压缩比台架标定燃油消耗率

atkinson循环发动机燃油经济性与排放性试验

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北京理工大学学报 2016年第9期36卷 905-909页

作者：孙柏刚汤弘扬陈宇航谢诚范英杰北京理工大学机械与车辆学院北京100081 北京电动车辆协同创新中心北京100081

在外特性及汽油机常用工况点下，研究了高压缩比atkinson循环发动机的燃油经济性与排放特性．研究表明：atkinson循环发动机在外特性工况下，扭矩降低5％，有效燃油消耗率降低5％～8％左右；在2000r／min，0．2MPa与3000r／rain，0．3MP... 详细信息

在外特性及汽油机常用工况点下，研究了高压缩比atkinson循环发动机的燃油经济性与排放特性．研究表明：atkinson循环发动机在外特性工况下，扭矩降低5％，有效燃油消耗率降低5％～8％左右；在2000r／min，0．2MPa与3000r／rain，0．3MPa常用工况点下，扭矩损失较小，泵气损失分别降低34％与24％，有效燃油消耗率分别降低9．0％与7．5％；负荷越低，泵气损失减少越明显；在排放特性上，NO。排放分别降低了65．0％与31．5％，HC排放增加23．7％与26．0％．

关键词：混合动力 atkinson循环泵气平均有效压力燃油消耗率 NOx

atkinson循环发动机配气机构改进分析

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车用发动机 2017年第5期 16-20页

作者：任翠翠张毅杨靖赵璐璐唐坚罗亚妮湖南大学机械与运载工程学院先进动力总成技术研究中心湖南长沙410082 湖北三江航天红阳机电有限公司湖北孝感432000

基于发动机燃油经济性升级需求,将传统的Otto循环发动机改为阿特金森(atkinson)循环发动机,其中,配气机构的改进是完成循环改型的关键。对某汽油机配气机构建立模型,并进行运动学和动力学计算分析,进而对凸轮型线进行优化设计,对配气正... 详细信息

基于发动机燃油经济性升级需求,将传统的Otto循环发动机改为阿特金森(atkinson)循环发动机,其中,配气机构的改进是完成循环改型的关键。对某汽油机配气机构建立模型,并进行运动学和动力学计算分析,进而对凸轮型线进行优化设计,对配气正时进行再设计研究。利用进排气凸轮轴的双VVT机构,在不同转速和负荷下对改型后的发动机进行了双VVT的优化控制设计。台架试验结果表明,发动机成功地完成了atkinson循环的转换,最低燃油消耗率由原机的250g/(kW·h)降低到232g/(kW·h),且低油耗区向常用发动机工况移动,验证了配气机构设计方法的正确性和有效性。

关键词： atkinson循环凸轮型线配气正时可变配气机构

传统汽油机改进成混合动力atkinson循环专用发动机的节油效果

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中南大学学报（自然科学版） 2014年第4期45卷 1302-1311页

作者：朱国辉夏孝朗刘敬平付建勤湖南大学先进动力总成技术研究中心湖南长沙410082 湖南奔腾动力科技有限公司湖南长沙410205

基于传统汽油机的实测数据建立GT-POWER模型;分析改进成atkinson循环发动机的节油潜力及爆震指数。先选择3种方案并利用GT-POWER模型对部分负荷与万有特性对atkinson循环进行计算,3种方案分别为:(1)只用可变气阀正时(VVT)技术推迟进气... 详细信息

基于传统汽油机的实测数据建立GT-POWER模型;分析改进成atkinson循环发动机的节油潜力及爆震指数。先选择3种方案并利用GT-POWER模型对部分负荷与万有特性对atkinson循环进行计算,3种方案分别为:(1)只用可变气阀正时(VVT)技术推迟进气阀关闭时刻;(2)增加凸轮型线包角并用VVT技术推迟进气阀关闭时刻,(3)在第二方案上将压缩比由10增加到12。计算结果表明:方案三节油效果明显,在5个典型工况及全转速范围上中小负荷节油率达7%以上。再分析推迟排气阀开启时刻对实现部分负荷节油基本没有应用价值;传统汽油机改进成atkinson循环发动机的最佳方案为增加进气凸轮型线包角使进气持续期为350o,用VVT技术推迟进气阀关闭时刻来调节负荷,再将压缩比由10增加到12,而排气凸轮型线及相位不变。

关键词： atkinson循环泵气损失爆震指数可变气阀正时节油率

基于atkinson循环发动机的燃油消耗率优化方法对比研究

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湖南大学学报（自然科学版） 2017年第8期44卷 15-22页

作者：杨靖薛川刘凯敏江武张纯标冯仁华湖南大学汽车车身先进设计制造国家重点实验室湖南长沙410082 重庆理工大学汽车零部件先进制造技术教育部重点实验室重庆400054

针对利用GT-Power详细模型耦合遗传算法(方案1)优化atkinson循环发动机燃油消耗率时,存在公认的不易收敛且计算缓慢的问题,提出了神经网络简化模型耦合遗传算法(方案2)进行全局优化并与方案1进行比对.方案1利用GT-Power搭建某atkinson... 详细信息

针对利用GT-Power详细模型耦合遗传算法(方案1)优化atkinson循环发动机燃油消耗率时,存在公认的不易收敛且计算缓慢的问题,提出了神经网络简化模型耦合遗传算法(方案2)进行全局优化并与方案1进行比对.方案1利用GT-Power搭建某atkinson循环发动机详细仿真模型,应用Heywood公式建立爆震预测模型,并耦合遗传算法对atkinson循环发动机燃油消耗率进行优化;方案2则利用拉丁超立方算法采集4 500个实验点,将GT-Power详细模型及爆震模型简化为神经网络模型,通过简化模型耦合遗传算法进行优化.研究结果表明:利用方案2可以将atkinson循环发动机的实际燃油消耗率最多降低4.6%,且仿真优化结果相对实际优化结果的最大误差率仅为7.3%,同时相对于方案1仿真优化时间最大可节省322倍.因此,采用方案2替代方案1用于atkinson循环发动机燃油消耗率的快速全局优化是切实可行的方法.

关键词： atkinson循环燃油消耗率优化方法人工神经网络模型遗传算法

atkinson循环结合EGR对汽油机性能影响的试验研究

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Atkinson循环结合EGR对汽油机性能影响的试验研究

作者：张少哲天津大学

学位级别：硕士

本文在一台1.6L直列四缸进气道喷射的汽油机上，通过换装进气凸轮轴并结合可变气门正时机构实现进气门晚关的atkinson循环，同时为atkinson循环换装更高压缩比的活塞。对比分析了atkinson循环发动机与原机的外特性与万有特性，以及两种... 详细信息

本文在一台1.6L直列四缸进气道喷射的汽油机上，通过换装进气凸轮轴并结合可变气门正时机构实现进气门晚关的atkinson循环，同时为atkinson循环换装更高压缩比的活塞。对比分析了atkinson循环发动机与原机的外特性与万有特性，以及两种工作循环在典型工况点的燃烧特性。在此基础上加装外部EGR系统，研究atkinson循环与外部EGR相结合对发动机燃烧特性、燃油经济性以及排放特性的影响。将atkinson循环在外特性工况点的进气门关闭时刻进行提前后，使atkinson循环发动机获得了不逊于原机的动力性表现，仅在转速低于3000r/min的范围内扭矩输出相比原机略有下降，但是降幅不超过5%。atkinson循环在全部工况下的有效燃油消耗率均低于原机，其中250g/(kW h)等油耗线覆盖范围较原机大大增加。并且atkinson循环在高速高负荷区域的有效压缩比提高，热效率得到了进一步改善。在2000r/min(0.2MPa)工况点处，atkinson循环的有效燃油消耗率与原机相比降低了10.2%。其原因一方面是泵气损失降低了28.5%，另一方面是atkinson循环的膨胀比高于原机提高了循环热效率。并且与原机相比，atkinson循环的最高燃烧温度降低，最大爆发压力与放热率峰值也分别降低了3.92%和17.4%，总燃烧期延长了16%。但是燃烧相位的推迟使得燃烧放热更多的集中在上止点之后的做功行程，从而提高了指示热效率。在atkinson循环的基础上引入适量的EGR可以进一步降低油耗，提高指示热效率。在转速为2000r/min，负荷分别为0.2MPa、0.4MPa、0.6MPa时，每种负荷均对应一个使有效燃油消耗率获得最大降幅的EGR率，即最佳EGR率。三种负荷对应的最佳EGR率分别为5%、10%、15%。在采用最佳点火提前角的情况下，随着负荷的增加，EGR率的提高使最大爆发压力升高，并且对应的曲轴转角提前，瞬时放热率峰值随EGR率的提高而降低。EGR率的提高使火焰发展期延长，但是对快速燃烧期的影响随负荷的增长而减弱。同时不同EGR率条件下CA50的位置变化不大。EGR的引入大大降低了NOx的比排放量，HC的比排放量随EGR率提高而增加，CO的比排放量随EGR率的提高出现一定的波动。

关键词：汽油机 atkinson循环 EGR燃油经济性燃烧特性排放特性

atkinson循环汽油机燃烧系统仿真优化与试验研究

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Atkinson循环汽油机燃烧系统仿真优化与试验研究

作者：张泰钰天津大学

学位级别：硕士

atkinson循环汽油机通过进气门晚关来调节负荷,节气门大部分情况下保持全开,很大程度上降低了泵气损失,并且采用比传统汽油机更高的压缩比,相应的膨胀比得到提高,减少排气能量的损失,提高了循环热效率,使得发动机具有更好的燃油经济性,... 详细信息

atkinson循环汽油机通过进气门晚关来调节负荷,节气门大部分情况下保持全开,很大程度上降低了泵气损失,并且采用比传统汽油机更高的压缩比,相应的膨胀比得到提高,减少排气能量的损失,提高了循环热效率,使得发动机具有更好的燃油经济性,因此被广泛应用在混合动力汽车上。本文基于GT-power建立一维仿真模型,对爆震工况点进行验证标定,得出爆震边界判断标准,在此基础上,研究了不同进气持续期、气门最大升程、进气歧管长度及形式对发动机经济性和动力性的影响。通过一维仿真优化,选择进气持续期为240°CA,气门最大升程为8mm,进气歧管长为300mm以及中间进气形式歧管作为最终试验研究对象。运用CFD模拟软件FIRE进行不同燃烧室形状对缸内进气过程和燃烧过程的影响分析,以及不同进气歧管对燃烧过程的影响,研究表明,改进燃烧室提高了点火时刻的湍动能,加快了火焰传播速度,缩短了燃烧持续期;两种进气歧管对缸内燃烧过程的影响差别不大。依据仿真优化设计结果,搭建试验台架对仿真结果进行验证,并进一步验证发动机的节油效果。进气持续期240°CA、气门最大升程8mm和改进燃烧室匹配,对300mm长进气歧管（方案一）和中间进气形式歧管（方案三）分别研究,结果表明:在保证发动机动力输出前提下,方案一最低油耗区比原机平均比油耗降低8 g/（kW·h）,方案三最低比油耗区比原机降低9 g/（kW·h）,两种方案的低油耗区域均比原机明显扩大;对两种方案节油显著工况点的燃烧特性进行分析可以得出:滞燃期和燃烧持续期均缩短,有效提高了燃烧等容度,与原机相比有较低的泵气损失,这些因素共同作用使得比油耗降低。方案一、方案三的有效热效率分别为34.5%和34.7%,比原机有效热效率最大分别提高1.2%和1.4%。综合结果,方案一与方案三均能满足该发动机的优化设计目标。

关键词：汽油机 atkinson循环仿真优化燃油经济性性能试验

atkinson循环对汽油机性能影响的试验研究

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Atkinson循环对汽油机性能影响的试验研究

作者：左子农西华大学

学位级别：硕士

本文通过换装高几何压缩比的活塞和长进气持续期的进气凸轮轴，结合可变气门正时（VVT）技术在一台1.6L直列四缸进气道喷射自然吸气的汽油机上实现了进气门晚关的atkinson循环，对atkinson循环发动机与原机的性能进行了对比。加装外部EG... 详细信息

本文通过换装高几何压缩比的活塞和长进气持续期的进气凸轮轴，结合可变气门正时（VVT）技术在一台1.6L直列四缸进气道喷射自然吸气的汽油机上实现了进气门晚关的atkinson循环，对atkinson循环发动机与原机的性能进行了对比。加装外部EGR系统，研究了外部EGR对atkinson循环发动机性能的影响，探索了atkinson循环发动机进一步降低油耗的控制策略。利用模拟增压技术，研究了增压对atkinson循环发动机动力性、燃油经济性以及燃烧特性的影响，为atkinson循环结合增压小型化提供了数据支持。atkinson循环发动机外特性进气门晚关幅度减小，在具有更好燃油经济性的同时达到了与原机相当的动力性。万有特性上，atkinson循环发动机与原机相比所有转速与负荷工况有效燃油消耗率都大为改善，尤其是在中等转速低负荷区域和中高转速中高负荷区域以及高转速区域有效燃油消耗率改善幅度较大。其中250g/(kW h)等油耗线覆盖范围较原机扩大了一倍以上。有效压缩比与有效膨胀比的变化使atkinson循环发动机指示热效率提高是有效燃油消耗率得到改善的主要原因。引入适量的EGR可以提高atkinson循环发动机的指示热效率，进一步降低油耗。转速为2200r/min，BMEP（制动平均有效压力）为0.2MPa，0.4MPa，0.6MPa所对应的最佳EGR率分别为5%，10%，15%，有效燃油消耗率降幅分别为0.94%，1.34%和2.17%。在采用最佳点火提前角的前提下，随着负荷的增加，atkinson循环发动机对EGR的容忍度逐渐提高，此时随着EGR率的提高，缸内最高爆发压力升高，瞬时放热率峰值降低，其对应曲轴转角均随EGR率的提高而提前。引入EGR后，着火落后期与燃烧持续期延长，缸内燃烧速率减缓，但是不同EGR率下CA50的位置变化不大。不同EGR率对不同负荷工况的排放特性影响不同。随着EGR率的提高，NOx排放出现明显的下降，HC排放逐渐增加，CO排放出现一定的波动。增压后由于进气量增加，泵气功为正值，且缸内燃烧得到改善，使atkinson循环发动机外特性扭矩与功率得到提升，同时有效燃油消耗率降低，动力性与经济性均得到改善。虽然atkinson循环发动机进气量略有降低，但是缸内燃烧得到一定程度的改善，同时增压后泵气功为正值，使得atkinson循环发动机3000r/min负荷特性有效燃油消耗率有所降低。在BMEP为0.6MPa时，有效燃油消耗率降低幅度最大，增压压力为30kPa和40kPa时降幅分别为1.65%和2%。

关键词： atkinson循环汽油机试验研究