增程式5冲程发动机的开发与验证



增程式5冲程发动机的开发与验证

研究开发了5冲程涡轮增压、进气道燃油喷射、火花点火式发动机，用于增程式电动汽车或串联混合动力电动汽车的主动力源。5冲程发动机是直列式3缸发动机，其中2个气缸有4个冲程，第3个气缸在燃烧阶段会执行另外一个膨胀行程。涡轮增压器提供的增压压力由称为“智能废气门”的新型系统控制，这种废气门有别于传统的废气门，其包括低压气缸可变气门正时的2个排气门。转速在3500～4500r/min时，发动机能够产生40kW的功率，并由于使用了火花塞点火、直接燃油喷射和原厂配件（连杆、气门和涡轮增压器）而降低了成本。制动燃油消耗率（BSFC）是226g/kW·h，对应的燃料转换效率为36.1%。该效率在发动机转速为4000r/min和制动功率为32.5kW时可以达到，对于每缸有两个节气门的多点喷射系统发动机效果非常显著。制动燃油消耗率的预期优化应低于217g/kW·h，力矩超过90N·m。

为了评估这种发动机的性能，在大范围运行工况下对发动机进行测试，在发动机没有任何故障或维修的情况下，对其多个状态点进行超过500h的测试。模型预测结果和试验结果进行对比，基于0d/1d（0维/一维）仿真与试验数据具有较好的一致性。此外，模型运行结果表明，使用较好的优化程序或者更加先进的技术可以使发动机的BSFC达到较低，但会对运行成本产生影响；同时对具有较高辛烷值的燃料（如乙醇）对发动机性能的影响也进行了评估。

从功率角度看，该发动机相对于传统发动机，其质量和尺寸比较大，成本更高，但效率也更高。虽然这种发动机进行了500h的测试，但仍需要进行耐久性测试以评估该新型发动机的老化性。该发动机对后处理系统有较高的要求，因为其对燃料转化效率会产生影响，同时也受热损失增加和/涡轮增压器成本的限制。

刊名：Energy Conversion and Management（英）

刊期：2014年第82期

作者：A.Kéromnès et al

编译：何云廷