可变压缩比和进气稀释对汽油机燃油效率和排放的影响



可变压缩比和进气稀释对汽油机燃油效率和排放的影响

目前，为满足日益严格的排放法规，发动机设计工程师开始采用新型燃料替代传统燃料。因而，发动机设计的主要目标变为任何辛烷值的燃料都能产生最大功率，同时保持较低排放水平。液化石油气因其具有使用简单、成本低且不需要对现有发动机进行过多的修改等优点，而成为最具潜力的替代燃料。另外，常用的火花点火发动机NOx排放较高，其将与大气层中的臭氧发生反应会产生对人体健康有影响的二次污染。相关研究表明，采用可变压缩比技术和进气稀释技术有助于改善发动机排放。对此，本文通过试验对以液化石油为燃料的火花点火汽油机进行分析，研究其采用可变压缩比技术和进气稀释技术对发动机燃油效率和排放的影响。

试验采用一台额定功率4.5kW的单缸水冷式汽油机，其采用进气歧管喷射，并借助于倾斜块技术实现该发动机的压缩比可变。试验采用中国三晶电气生产的AG10电涡流测功机对发动机进行加载。根据发动机转速和节气门位置，采用电子控制单元对燃油喷射时间、燃油喷射角度、点火提前角进行控制，以使发动机在最优状态下工作。通过缸内安装的压电传感器对气缸压力进行测量。采用一个基于光电扫描原理的增量编码器，将曲轴的机械转动转变为电信号，对曲轴转角进行测量。试验时，节气门全开，保持空燃比为1。对进气进行稀释时，将一定比率（10%、20%、30%和40%）的废气通入发动机进气歧管中，并通过节流阀。对试验结果进行分析时，采用德国德图集团生产的Testo-350S/M/XL发动机烟气分析仪用于废气分析，可直接读出废气中CO、CO2、NO、NO2和HC的含量。试验结果显示，采用进气稀释技术后发动机有效热效率降低了6%，这主要是由于使用液化石油气和采用进气稀释技术降低了发动机的容积效率，而采用涡轮增压器可提高发动机的容积效率，有助于改善该状况。随着进气稀释比例的增加，气缸压力和静态热释放率递减。但是，采用进气稀释技术使NOx排放增加了14%，若适当增加压缩比，可减小该影响。

Ashish J.Chaudhari et al. SAE 2015-01-0772.

编译：王祥