发动机新技术（共12篇）
发动机新技术 篇1
在2007年, 美国的新联邦排放法规要求汽车排放氮氧化物的降低幅度必须达到95%以上, 排放碳氢物降低幅度必须达到84%以上。这些越来越严格的排放法规和人们节能意识的加强, 使得效率高、排放低的汽车发动机的开发越来越受到重视, 从而促使汽车发动机技术的不断创新。鉴于各国国情的差异, 每个国家在保护环境以及节能方面的侧重点也有所不同。日本由于受国土资源的限制, 微型和经济型车辆的比例较高, 这些排量小的发动机不仅能达到环保和节能的要求, 而且能够给这类汽车提供足够的驱动力。在欧洲, 由于柴油相对便宜, 而且热效率要远远高于汽油发动机, 欧洲的消费者很容易就接受柴油发动机驱动的汽车比汽油发动机驱动的同类汽车贵1000~2000美元的事实。此外, 柴油发动机的低速扭矩远胜于汽油发动机, 这也使得欧洲人更愿意将直喷柴油发动机作为高科技的代表。现在的西欧超过35%的新车销售是柴油发动机。以下即重点介绍几种汽车发动机的新技术。
1 汽车发动机新技术
1.1 增压发动机
1) 涡轮增压发动机。涡轮增压发动机实际上是通过增压器压缩空气来增加进气量, 它是利用发动机排出的废气惯性冲力来推动涡轮室内的涡轮, 涡轮带动同轴的叶轮, 叶轮压送由空气滤清器管道送来的空气, 使之增压进入气缸。当发动机的转速加快, 废气的排出速度与涡轮转速也同步增快, 叶轮就会压缩更多的空气进入气缸。随着空气压力和密度的增大, 气缸可以燃烧更多的燃料, 从而增加发动机的输出功率。
涡轮增压器的最大优点就是可以在不增加发动机排量的情况下, 就能较大幅度的提高发动机的功率及扭力。通常, 加装增压器后的发动机的功率及扭矩会增大20%~30%。这意味着一台尺寸和重量相同的发动机经增压后可以产生较多的功率。另外, 发动机采用了增压技术后, 还能提高燃油经济性和减少尾气排放。但涡轮存在工作迟滞现象, 即由于叶轮的惯性作用, 会对油门骤变时的变化反应迟缓, 从而导致发动机延迟增加或减少输出功率, 这对于要突然加速或者超车的汽车来说, 可能会有瞬间使不上劲的感觉, 同时涡轮也有着较高的保养费用。
2) 机械增压发动机。机械增压的压缩机被发动机的曲轴直接带动, 它的响应性较好。但本身需要消耗一部分能量, 因此机械增压不会产生特别强大的动力, 尤其是在转速高的情况下, 从而会影响到发动机转速的提高。由于它的响应性好, 不存在涡轮的迟滞现象, 任何时候都能输出源源不断的扭力, 但在转速高的情况下会产生大量的摩擦, 从而影响转速的提高, 并且噪音较大。
1.2 燃油分层喷射发动机
与传统发动机相比, 燃油分层喷射发动机的油耗较低, 环保性较好, 输出功率和扭力较大。作为一种发动机稀燃技术的, 燃油分层喷射发动机利用一个高压泵, 使汽油通过一个分流轨道 (共轨) 到达电磁控制的高压喷射气门。它的特点是在进气道中已经产生可变涡流, 使进气流形成最佳的涡流形态进入燃烧室内, 以分层填充的方式推动, 使混合气体集中位于燃烧室中央的火花塞周围。如果稀燃技术的混合比达到25∶1以上, 常规下是不可能点燃的, 因此必须采用由浓至稀的分层燃烧方式。通过缸内空气的运动在火花塞周围形成易于点火的浓混合气, 当混合比达到12∶1左右时, 外层逐渐稀薄。浓混合气点燃后, 燃烧迅速波及外层。
1.3 可变气门定时技术
可变气门定时技术使得发动机的设计者无需再在低速扭矩与高速功率之间做出选择, 实时的气门定时调整可以同时顾及低速扭矩与高速功率。连续可变气门定时技术加上先进的发动机控制策略, 可以巧妙的实现可变压缩比。比如在负荷大的情况下, 发动机很容易自然的引起爆震, 这时推迟进气门关闭的时间, 可以达到降低有效压缩比的目的, 从而避免爆震。在中小负荷时, 可以通过调整气门关闭时间, 达到提高有效压缩比的目的, 从而使发动机在中小负荷时有较好的热效率。可变气门技术也可以使汽油发动机的排放品质达到更好的水平。发动机采用可变气门正时技术, 可以提高进气充量, 从而增加充量系数, 进一步提高发动机的扭矩和功率。可变气门定时技术的特点就是在大幅度提高燃油经济效率的同时, 增加发动机的功率, 但它对燃油的质量有着很高的要求。
1.4 柴油机高压共轨电控燃油喷射系统
高压共轨喷射系统是建立在直喷技术、预喷射技术和电控技术基础之上的一种喷射系统。它主要由高压泵、带调压阀的共轨管、带电磁阀的喷油器、电子控制单元和各种传感器组成, 高压共轨系统不再采用柱塞泵分缸脉动供油原理, 而是用一个设置在喷油泵和喷油器之间的, 具有较大容积的共轨管把高压油泵输出的燃油蓄积起来并平抑压力波, 然后通过各高压油管输送到喷油器上, 由喷油器上的电磁阀的动作控制喷油的起始和终止。喷油定时由电磁阀作用的时刻决定, 喷油量由起作用的持续时间和共轨压力共同决定。由于这种系统采用压力时间式燃油计量原理, 因此又可以称为压力时间控制式控喷射系统。高压共轨喷射系统的特点是;喷油压力的建立与喷油过程无关;喷油压力, 喷油过程和喷油持续期不受负荷和转速的影响;喷油定时与喷油计量完全分开, 可以自由调整每缸的喷油量和喷油始点;能够实现预喷射, 快速停喷和多段喷射。因此高压共轨喷射系统通过对喷油要素的优化控制, 可以使柴油发动机的燃烧更加充分, 从而减少燃烧中有害物的形成, 使柴油发动机的有害物排放, 噪声排放和冷起动性能都得到很大的改善和提高。
1.5 可变排量技术
可变排量技术就是根据汽车动力的需求来实时决定发动机的有效排量, 使做功的汽缸总是处于大负荷状态, 从而达到节能环保的目的。这一技术适合多汽缸的发动机使用。对于12缸发动机来说, 采用这种技术, 相当于安装了2个独立的6缸发动机, 可以根据驾驶的需要让一台发动机运行, 而让另一台处于怠速状态。这样, 就可以随时调整发动机的排气量, 从而减少能源的消耗。
1.6 汽油缸内直喷技术
汽油缸内直喷技术通过稀薄燃烧技术, 让燃料消耗减少20%~35%, 让二氧化碳排放减少20%, 输出功率比普通的同类汽车的排量多10%。缸内直喷技术有两大好处:一是发动机能在火花塞点火之前将汽油直接喷射到高压的燃烧室, 同时分层燃烧混合气。这种技术可以让靠近火花塞处的混合气较浓, 远离火花塞的混合气相对较稀, 从而更有效的实现稀薄点火和分层燃烧。二是由于汽油是被直接喷射到气缸内的, 相比与传统的缸外喷射技术, 混合气不需要经过节气阀, 因此能减少节气阀对混合气体产生的阻力。
2 结语
汽车发动机的发展历史就是在达到它的动力性要求的情况下, 要保证一定和经济性和环保性。现在, 随着对环境保护的要求越来越高, 有关汽车尾气的排放法规越来越严格, 而且在能源危机的影响下, 燃油价格也在不断上涨, 因此未来汽车发动机技术的发展关键就是如何提高燃油利用率和减少污染物的排放。
参考文献
[1]贾新光.从北京车展看发动机新技术[J].汽车维修与保养, 2008.
发动机新技术 篇2
07款搭载CVVT技术发动机，动力提升7%，油耗降低10%,就是发动机,装上了现代起亚的全球十佳CVVT发动机提高输出,降低油耗!
此次推出的07款赛拉图1.6L采用与国际同步的CVVT发动机，实现了产品的动力性能和节油性的全面提升。全新配备的CVVT发动机，可根据车辆的不同行驶状况，自动对气门进行延时关闭与提前打开，从而确保空燃混合物的最完全燃烧以得到最佳的动力输出。经过东风悦达起亚近一年的实际测试，对比非CVVT发动机车型，07款赛拉图1.6L最大功率输出提升了7%左右。对应全新CVVT发动机的性能提升，赛拉图的变速器经过了重新调校，从而实现了动力的强劲与稳定的高度平衡。另外，全新适用的CVVT发动机实现了对燃油消耗的有效控制，如07款赛拉图1.6L M/T 90km等速油耗由原来的6.17L下降到5.52L，实现了高达10%的油耗节省。07款赛拉图的另外一个亮点是1.6L GLS、1.8L GLS和1.8L SPORTS均采用了全新中网设计，简洁大方，线条更为硬朗，更加凸显了赛拉图风尚魅力。
航空燃气涡轮发动机燃烧室新技术 篇3
随着航空发动机技术的发展，发动机的工作压力和涡轮前温度越来越高，燃烧室的工作条件和技术指标要求越来越苛刻，突出的技术矛盾是在燃烧室负荷越来高的情况下，满足高的燃烧性能和轻的重量要求，在传统燃烧技术基础上必须采用新的原理和技术方案以提高发动机总体性能指标。
主燃烧室新技术
航空燃气轮机主燃烧室的传统结构形式可分为单管燃烧室、环管燃烧室、环形燃烧室，这基本与航空燃气轮机的发展历程相对应。早期的燃烧室多为单管燃烧室，后来发展为环管燃烧室，上世纪60年代，环形燃烧室出现并成为燃气涡轮发动机的必然选择，随着燃烧技术的发展，短环形燃烧室是目前普遍采用的方案（图2）。在采用离心式压气机的燃气轮机中为了缩短轴距并利用离心压气机径向尺寸较大的特点，发展了环形回流燃烧室或环形折流燃烧室。
现代高性能发动机对主燃烧室提出了越来越高的要求，对于军用发动机主燃烧室而言，要求其具有更高的温升工作能力和更宽的工作范围；而民用发动机对燃烧室污染排放指标提出了极为苛刻的要求，以满足发动机适航取证。因此主燃烧室主要朝两个方向发展：高性能军用发动机使用的高温升燃烧室及民用发动机需要的低排放燃烧室；为应对上述挑战，提出了以下燃烧室新技术方案。
旋流器阵列多点喷射燃烧室（图3）。此类燃烧室是将常规燃烧室头部的旋流器和喷嘴的尺寸缩小，在传统燃烧室单个头部大小的空间内布置多个喷射点，每个喷射点的燃料和空气快速均匀的混合，每个喷射点有自己的回流区和燃烧区，燃烧时有多个火焰，由于每个喷射点的回流区长度短，燃烧驻留时间短，在降低污染物的生成方面有很大的潜力。同时该类型燃烧室由于有多个喷射点的存在，可以将喷射区域进行分区燃烧，兼顾燃烧室在低工况下的稳定工作及高工况下的高效燃烧，适合于工作范围宽广的高温升燃烧室；还可以对喷射点进行控制，具有温度场主动调节能力，能够满足高性能军用发动机高品质燃烧室出口温度场的需求。
驻涡燃烧室（图4）。驻涡燃烧室是一种采用独立凹腔进行稳焰的燃烧室，其原理是由超声速燃烧的背风台阶稳定火焰原理演变而来，最早在美国的IHPTET计划中提出。驻涡燃烧室由产生值班火焰的凹腔结构和钝体稳焰主燃区组成，其主要特点是可以实现分区分级燃烧，发动机在点火、慢车等小工况状态时，燃烧室只驻涡区工作，保证了燃烧室低工况稳定性；而在起飞等大功率状态下燃烧室驻涡区和主燃区同时工作，保证高工况下的高效燃烧性能；驻涡燃烧室其点火器位于驻涡区内，不易被吹熄，点火性能相对其他燃烧室更加优越。由于实现分级燃烧，能够有效控制氮氧化物等污染排放物的生成。美国GE公司在驻涡燃烧室研究方面处于领先地位，通过多年的研究已经发展了四代驻涡燃烧室，并开展了相关的试验，GE公司在2007年完成了全环形驻涡燃烧室设计和试验验证，拟应用在高推重比发动机上。
涡轮级间燃烧室及超紧凑燃烧室。涡轮内燃烧最初的目的是采用涡轮内燃烧取代主燃烧室建立定温循环， 定温循环的效率比常规燃烧室的定压循环高30%～40%，但定温循环超出了常规发动机的设计参数与运行参数，只能用于理论研究。在本世纪初，由Sirignano等人提出了在高低压涡轮之间的补燃燃烧形式，在此方案的基础上发展了涡轮级间燃烧室（Inter-stage Turbine Burner，ITB）及超紧凑燃烧室（Ultra-Compact Combustor，UCC）。
涡轮级间燃烧室（图5）是在高低压涡轮之间再布置一个小型燃烧室，由于有涡轮级间燃烧室的存在，可以拓展压气机总增压比的设计范围，适当降低涡轮前温度提高涡轮寿命，实现高飞行马赫数下发动机推力更大耗油率更低的目标。涡轮级间燃烧室由于受到结构布局的影响，需要在较小的空间内完成稳焰、燃烧等过程，所以一般采用驻涡凹腔稳焰燃烧的方案。
超紧凑燃烧室（图6）是涡轮间燃烧室的进一步提高和发展，其基本原理是将燃烧室与高、低压涡轮导叶整合，实现在涡轮导叶内燃烧，实现近似等温燃烧循环，提高发动机的热效率，此方案对发动机性能参数及结构的改变较多。超紧凑燃烧室是目前几种先进燃烧技术如：凹腔稳焰、多点喷射组织燃烧，周向燃烧、旋流燃烧、补气射流、驻涡燃烧等技术的综合应用的集成。
美国空军研究实验室针对超紧凑燃烧室开展了四个阶段的研究。阶段一：以替代主燃烧室为目标的研究；阶段二、阶段三：以替代涡轮级间燃烧室为目标的研究工作；阶段四：以实现涡轮内燃烧替代加力燃烧室为目标的研究工作，最终实施定温循环燃烧。超紧凑燃烧技术目前已经在涡轮间燃烧上进行了试验验证（图7），其贫油熄火油气比只有目前系统的25%～50%，同时在应用时可以和涡轮叶片整合一体，实现涡轮内燃烧构想，并且已经开始实施，更设想用以取代主燃烧室，实施定温循环，实现高效率动力输出，并且作为下一代燃烧室技术，减小发动机重量和尺寸。
低排放燃烧技术。其中包括：贫油预混预蒸发燃烧技术；富油燃烧技术。 贫油预混预蒸发燃烧技术燃烧室的污染排放物包括：一氧化碳（CO）、未燃碳氢（UHC）、氮氧化物（NOx）和冒烟等4种燃烧产物，目前除氮氧化物以外，其他排放物指标已相当低，低排放技术的重点是进一步降低氮氧化物的排放，直接的措施是缩短燃料的燃烧时间，降低燃烧区的燃烧温度。贫油预混预蒸发燃烧室是通过在燃烧区加入大量空气，并使燃油和空气预先混合并完成部分蒸发再进行燃烧，相对于传统的旋流扩散燃烧，燃烧均匀，燃烧温度低，因此燃烧产物中的污染排放特别是氮氧化物（NOx）显著降低，贫油预混预蒸发燃烧技术有很多种方案，目前取得成功的是GE公司研制的双环预混旋流（TAPS）燃烧技术（图8），燃烧室结合了分级分区燃烧和贫油预混燃烧的思想。由值班级（预燃级）和主燃级组成。值班级为扩散火焰模式，保证发动机启动点火可靠和较为宽广的燃烧边界；主燃级为贫油预混燃烧模式，主要工作于大工况，以减少NOx的生成。
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目前，TAPS燃烧室已发展了三代，分别为TAPS1、TAPS2和TAPS3。TAPS1技术目标是要比传统富油头部设计的燃烧室或CAEP2标准降低NOx排放50%，成功用于GEnx发动机上；TAPS2的目标是在TAPS1的基础上再降50%，主要是针对总增压比大于40的发动机，比CAEP2标准NOx排放降低70%，首先用于我国大飞机C919的启动发动机LEAP-X上；TAPS3目标是比CAEP/6降低NOx排放75%，比CAEP/2降低85%。
富油燃烧技术。富油燃烧的基本特点是主燃区空气量低于燃料完全燃烧所需空气量，当燃烧区为富油燃烧时，因燃烧不完全，燃气温度较低，NOx生成量也较低，但是经过富油燃烧后，有大部分燃油未燃烧完全，随着燃气向下游流动，必定要在化学恰当比附近燃烧，此时，燃气温度很高，是NOx大量产生的区域，为了跳过该区域，通过在富油燃烧区末端加入大量空气瞬时降低燃气温度，此后未完全燃烧的可燃成分在贫油状态继续燃烧，从而整个燃烧过程的温度降低。典型的富油燃烧技术是PW公司研制的富油燃烧-快速淬熄-贫油燃烧（RQL，图9）技术。PW公司将RQL燃烧技术用在V2500发动机扇形试验段上试验，其结果比当时的排放标准低50%。之后，PW公司进行一系列的低排放燃烧室的研发，他的低排放燃烧室称为TALON燃烧室，分别发展了TALONⅠ、TALONⅡ和TALONⅩ等一系列低排放燃烧室，已在PW4084、PW6000、PW8000等发动机上成功应用。
加力燃烧室新技术
战斗机在起飞、爬升、规避导弹或机型作战机动飞行等状态需要更大的推力以实现短时间加速飞行，发动机使用加力是短时间内增加推力的最好办法。加力燃烧室是实现发动机加力的部件，它能保持发动机最大转速和涡轮前燃气温度不变的情况下，将燃油喷入气流中让剩余氧气再次燃烧，产生额外推力。现在军用涡扇发动机加力燃烧室（图10），大都采用V型稳定器来稳定火焰，这种加力燃烧室通过气流在钝体后形成的尾迹旋涡和回流区产生一个油气混合均匀的低速区，从而具备了火焰稳定的必备条件。
现代高推重比航空发动机加力燃烧室工作条件越来越恶劣，性能要求更高，主要特征表现在内涵进口温度更高、氧含量降低的情况下，进一步提高加力温度和燃烧效率，降低流体阻力，缩短长度，加力重量超轻。传统发动机加力燃烧室很难实现上述要求，未来加力燃烧室的发展必然将某些部件进行一体化设计，变得更加紧凑，以减少长度和降低重量，提高发动机推重比。涡轮后框架一体化加力燃烧室、旋流加力燃烧室、外涵加力燃烧室是目前研究的重要方案。
涡轮后框架一体化加力燃烧室。
涡轮后框架一体化加力燃烧室的主要特征是取消传统加力燃烧室的混合扩压器，将喷油杆和钝体稳定器整合到涡轮后支撑框架的支板上，形成超级紧凑的一体化结构，加力燃油从支板内的喷嘴孔喷入并进入支板后形成的回流区内稳定燃烧，涡轮后框架一体化加力燃烧室与传统加力燃烧室对比如图11所示。这种加力燃烧室的设计关键在于：合理的安排燃油喷射，既保证加力燃油浓度分布与氧浓度分布主动匹配，又避免燃油的自燃与结焦，还能保证燃油在支板后的回流区内形成稳定燃烧点火源，同时保证加力燃烧室较低的流阻损失；一体化加力燃烧室方案能适用于更高的加力热负荷，具有更简单的结构以及更高的喷杆和稳定器工作可靠性，在高推重比发动机研制中得到了深入广泛的研究。采用涡轮后框架一体化加力燃烧室的典型代表为美国PW公司研制的F119发动机，其推重比在10左右。
旋流加力燃烧室。旋流加力燃烧室是采用类似主燃烧室的旋流燃烧原理组织燃烧，以涡轮后承力框架作为旋流加力的叶片，燃油喷杆内置在叶片内，形成旋流器的流场结构，取消了喷油杆和钝体稳定器。该方案可大幅度强化油气混合，提高燃烧强度和燃烧稳定性，缩短燃烧段长度，降低尾喷流火焰辐射强度，从而缩短加力燃烧室的长度、减轻重量，提高发动机隐身性能，但旋流加力燃烧室出口气流存在较大的余旋，会引起发动机推力损失。
外涵加力燃烧室。
常规加力燃烧室是采用内外涵燃气和空气混合后再点火燃烧，外涵加力燃烧室是直接在外涵道贫油组织燃烧。与传统方案相比，外涵加力燃烧室结构尺寸更紧凑，有利于发动机减重设计；外涵空气含氧量高，有利于组织燃烧，但由于进气温度和压力较低，燃油蒸发困难，不利于油气混合，影响点火性能和燃烧效率。外涵加力燃烧室工作与常规加力燃烧室组织燃烧方式基本相同，采用喷油杆喷油与空气混合，钝体稳定器稳定火焰，原理图如图12所示。
外涵加力技术主要应用在两个方面：垂直/短距起降（STOVL）发动机技术和变循环发动机（VCE）技术。
发动机异型面活塞加工新技术 篇4
活塞外圆中凸变椭圆加工技术
因发动机运行时由燃气压力、气缸压力造成的活塞变形以及活塞本身的热变形, 目前活塞裙部广泛采用的是中凸变椭圆异型面。这种型面具有如下特点:横截面为椭圆或类椭圆, 且其椭圆度沿活塞轴向变化, 我们称之为变椭圆;纵截面的型线为一条中部外凸的曲线;椭圆度精度达±0.005mm;活塞纵剖面的外轮廓为高次函数的拟合曲线, 轮廓精度为0.005～0.01mm。可以将活塞工作时由热膨胀等因素产生的变形沿活塞销轴方向扩展, 使得裙部横截面变成近似圆形, 从而在活塞工作时可以获得更宽、更均匀的承载面, 同时还使得活塞的裙部与气缸壁更好地贴合, 减小了配缸气隙, 有利于降低活塞裙部比压, 减小活塞对气缸壁的冲击, 降低发动机运行时的噪声。另外中凸的裙部与气缸壁之间的楔形油隙又可以起改善润滑的作用, 并且可以提高活塞的对中性, 这就大大地减少了零件的磨损, 提高了活塞的工作性能和使用寿命。目前, 中凸变椭圆型面已经作为一种公认的活塞裙部优良型面而被广泛采用。
活塞外圆的加工由20世纪70年代的磨削加工、90年代的立体靠模仿形加工到21世纪的数控无靠模加工技术的开发和应用, 使得生产效率和加工精度均达到新的水平, 生产效率由立体靠模仿形加工时的主轴转速800r/min提高到数控无靠模加工的2000r/min, 由于数控加工排除了传统的立体靠模仿形加工时仿形失真的因素, 加工精度也大幅度提高。由于这种加工技术的突破性进展, 使得21世纪以来开发设计的轿车均采用了异型外圆复合型面的低摩擦式活塞。
由于活塞特有的加工工艺特点, 单靠一般的通用机床难以满足活塞的高精度要求。目前, 国内活塞制造行业通常是由通用机床和结合活塞工艺特点的专用设备组成切削加工生产线, 因此, 专用设备就成为活塞切削加工的关键设备, 其功能和精度将直接影响最终产品的关键特性的质量指标。
活塞中凸变椭圆的加工方法有立体靠模仿形加工 (硬靠模) 和采用数控高频直线刀架加工 (软靠模) 两种形式:
(1) 仿形加工 仿形加工就是活塞与活塞形状相同的母靠模同轴装上机床主轴, 然后利用仿形装置制造出与母靠模相同形状的活塞。其优点是仿形车床成本相对较低, 加工稳定性好, 设备投资较少;缺点是靠模制作精度要求高, 制造困难、加工周期长、成本昂贵。同时, 机械结构动特性使得机床主轴转速受到限制, 对活塞生产效率的提高有较大的影响。
(2) 数控高频直线刀架加工技术 数控高频直线刀架加工技术是国际上新兴的非圆加工技术, 是根据活塞的型面进行编程, 并以所编制的程序作为靠模, 采用计算机控制刀具的高频微位移进给机构来进行活塞的加工。其优点是加工功能强大, 无需靠模, 设备柔性较强, 适合于多品种生产, 缺点是目前该类设备造价较高, 设备投资大且在控制系统和直线刀架的寿命方面仍需进一步改进。
活塞异形销孔微增量加工技术
为提高活塞的承载能力, 以提高发动机的升功率, 根据活塞工作时的受力变形情况, 通常将高负荷活塞的销孔设计成微内锥型或正应力曲面型 (异形销孔) , 销孔尺寸精度达IT4级, 轮廓精度为±0.003mm。
活塞销孔的加工精度为微米级, 用于加工异形销孔的径向微增量进刀加工技术是活塞加工的关键技术之一。该技术是最新开发的一项新技术, 可用于加工椭圆形销孔、微内锥形销孔、应力曲面形销孔等, 有效避免活塞销座在高负荷状态下因应力集中而引起销座裂纹和断裂, 与圆柱形销孔相比, 异形销孔的疲劳强度可提高30%以上。因其具有显著的技术经济效益, 有力地拉动了异形销孔微增量加工技术的发展, 其控制精度已由0.001mm/脉冲提高到了30nm/脉冲。
数控柔性化活塞加工生产线
21世纪初, 工业发达国家对加工技术及设备进行了大规模改造, 将原来的靠液压气动实现自动化的机床发展为数控自动化机床, 再由这些机床组成数控柔性生产线。汽车零部件制造业应密切关注汽车行业的前沿技术, 以产品开发带动加工技术的研发工作, 超前开展单项关键技术的开发, 在此基础上, 运用数控技术和网络技术整合各单项技术, 开发出适用于汽车零部件专业化、多品种生产特点的数控化、清洁化、柔性化的技术装备。
结语
在汽车零部件切削加工技术方面, 应从零件的关键特性和工艺特点入手, 找出关键技术加以突破, 然后整合各单项关键技术, 形成产品的先进制造技术。
电弧加热发动机参数的测量技术 篇5
电弧加热发动机参数的测量技术
介绍了光谱辐射法、激光诱导荧光法、静电探针法等接触式和非接触式测量技术,以及电子温度、重粒子温度、羽流速度等参数的测量,并对其结果进行了分析与论证.实践证明,激光技术的应用为准确了解流动过程的`细节提供了可能,将成为参数测量的主导技术.
作 者：陈黎明 赵文华 党道远 CHEN Liming ZHAO Wenhua DANG Daoyuan 作者单位：清华大学工程力学系,北京,100084刊 名：应用基础与工程科学学报 ISTIC EI英文刊名：JOURNAL OF BASIC SCIENCE AND ENGINEERING年，卷(期)：9(4)分类号：V439.4关键词：电弧加热发动机 羽流 测量
汽车电控发动机故障诊断技术 篇6
[关键词]电控发动机；故障；诊断；排除
[中图分类号]F407.471
[文献标识码]A
[文章编号]1672-5158（2013）05-0242-01
1发动机电控系统的组成及作用
1.1燃油系统。燃油系统的功能是向汽缸或进气管喷射燃烧时所需的燃油量。燃油从燃油箱内由电动汽油泵吸出，经汽油滤清器后，再由压力调节器加压，将压力调节到比进气管压力高出约250KPa压力，然后经输油管配送给喷油器和冷起动喷油器，喷油器根据电控单元ECU发来的脉冲信号，把适量燃油喷射到气缸内。
1.2进气系统。进气系统为发动机可燃混合气的形成提供必须的空气。空气经过空气滤清器、空气流量计、节气门体、进气总管、进气岐管进入气缸。
1.3电控系统。电控系统是电控单元根据传感器检测到的发动机运行工况和汽车运行工况来确定喷油量及点火提前角，从而控制发动机在最佳工况下的运转。
2汽车电控发动机的故障特点
汽车电控发动机的电子控制部分通常包括以下部件：ECU、执行器和传感器等，这些部件都是由各种电子电路及电子元器件组成。几乎所有的电子元器件都对温度以及过电压较为敏感，一旦这些电子元器件或是电路出现故障，那么便有可能导致电控部分的某个零件无法正常运转，这样电控发动机也会随之出现相应的故障。汽车电控发动机的故障特点主要有以下几个方面：
2.1元件击穿。电子元件被过电压击穿或在高温、大电流击穿，故障现象表现为短路或断路。例如，电子点火控制器内部的电容或三极管被击穿，就会使点火控制器工作异常，造成点火线圈次级绕组无法产生高压电，高压火线不跳火或火花弱，故障现象表现为发动机无法启动或工作异常。
2.2元件老化或性能退化。电子元件长期在高温、电压、电流变化频繁、灰尘等恶劣条件下工作，就会使其老化或性能退化。
2.3线路故障。主要包括接线松脱、接触不良、潮湿、腐蚀等导致的绝缘不良短路、旁路等。传感器和执行器都是固定在发动机某一位置上，通过导线与电控单元ECU连接，若导线接头插接不良或导线短路等，就会使传感器无法将检测的信号传给电控单元，而电控单元不能控制执行器工作，从而造成发动机工作异常。
3电控发动机故障诊断方法
3.1直观诊断
直观诊断就是通过人的感觉器官对汽车故障现象进行看、问、听、试、嗅等，了解和掌握故障现象的特点，通过人的大脑进行分析、判断得出结论的诊断方法。直观诊断方法，也称经验诊断或人工诊断。
直观诊断的主要内容有：（1）看（即目测检查），其目的是了解电控发动机的电控系统类型、车型，在进入更为细致的测试和诊断之前，能消除一些一般性的故障原因。（2）问（即询问客户），为了迅速地检查故障源，首先必须了解出现的情形、条件、如何发生及是否已检修过等与故障有关的情况和信息。（3）听，主要是听发动机工作时的声音；有无爆燃、有无敲缸、有无失速、有无进气管或排气管放炮等现象。（4）试，主要是维修人员根据前述检查，有针对性地试车，以便进一步确认故障。
3.2利用随车故障自诊断系统诊断
随车诊断是利用汽车上电控系统所提供的故障自诊断功能对电控发动机故障进行诊断的方法，即利用故障自诊断系统调取发动机电控系统的有关故障代码，然后根据故障代码表的故障提示，找出故障所在。
3.3利用仪器进行诊断
3.3.1利用简单仪表诊断
利用简单仪表诊断，就是利用以万用表和示波器为主的通用仪表，对电控发动机故障进行诊断的方法。因为电控系统的各部件均有一定的电阻值范围，工作时有输出电压信号范围和输出脉冲波形，因此用万用表测量元件的电阻或输出电压，用示波器测试元件工作时的输出电压波形，用万用表测量导通性等可判断元器件或线路是否正常。
3.3.2利用专用诊断仪器诊断
汽车的电子化迫使对汽车故障的诊断手段进行变革，随着汽车电子化的进程，各种汽车专用诊断仪器应运而生。其中包括各种大大小小的电控发动机故障分析仪、发动机控制电脑综合分析仪，尤其以发动机控制电脑分析仪所占比例最大，诊断效果最好。
3.4故障症状模拟诊断法
在对电控发动机故障诊断中，经常会碰到发动机有故障但没有明显故障症状的现象，这为我们诊断工作带来较大困难。在这种『青况下，我们运用上述介绍的各种检查方法，尽可能的缩小故障范围。然后模拟出现故障时相同或相似的条件和环境，找出故障原因，有针对性的维修排除故障。
3.4.1振动法（1）连接器：在垂直和水平方向轻轻摇动连接器。（2）配线：在水平和垂直方向轻轻摆动配线。连接器接头、振动支架和穿过开口的连接器体都是应仔细检查的部位。（3）零件和传感器：用手指轻拍装有传感器的零件，检查是否失灵。不可用力拍打继电器，否则可能会使继电器开路。
3.4.2加热法：用电吹风或类似工具加热可能引起故障的零件，检查是否出现障。加热时不可直接加热ECU中的元件，且加热温度不得高于60℃。
3.4.3水淋法：用水喷淋在车辆上，检查是否发生故障。注意不可将水直接喷在发动机零部件上，而应喷在散热器前面，间接改变温度和湿度，也不可将水直接喷在电子器件上，尤其应防止水渗漏到ECU内部。
3.4.4电器全接通法：接通所有的电器负载，包括加热器、前灯、后窗除雾器等，检查是否发生故障。
4维修人员在检测与维修中需要注意的几个事项
首先，在进行电控发动机故障检修时，不论发动机是否在运转，只要点火开关接通，决不可断开任何正在工作的电气装置。因为在断开这类装置时，由于任何一个线圈的自感作用，都会产生很高的瞬时电压，使电脑及传感器严重受损。
其次，对微机及与之连接的传感器、执行器进行检修时，操作人员须预先消除身上的静电，一定要带上接铁金属带，将其一端缠在手腕上，另一端夹到车身上，避免静电造成微机系统的损坏。
还需要注意的是，对电控系统进行检修时，应避免电控系统由于过载而损坏。为此应特别注意几点：比如不可以用试灯对电控系统的传感器部分和电脑控制单元进行检查；除了某些车辆的测试程序中有特殊说明外，—般不能用指针式万用表检查电控系统部分的电阻，而应该用高阻抗的数字式万用表或是电控系统专用检测仪表。
最后，对电控发动机，由于电脑主要是根据空气流量计测得的空气量来控制喷油器的喷油量的，因此要特别注意进气系统的密封性，不然会造成对电喷系统的极大影响。比如要注意乙烯塑料软管是否脱落，进气系统的零件是否脱开、松动或裂开等等。
参考文献
[1]李哈龙，论汽车电控发动机发生故障后的检测步骤，哈尔滨职业技术学院学报，2010年第2期
[2]刘忠滨，论汽车电控发动机的故障及诊断，民营科技，201 1年第7期
[4]余旭东，论汽车电控发动机故障诊断方法，民营科技，2012年第10期
发动机新技术 篇7
斯堪尼亚发动机排气制动。斯堪尼亚的牵引车也是将排气制动作为标配, 斯堪尼亚排气制动的控制可以通过左侧踏板位置的按钮或者方向盘右侧的操纵杆进行控制。当然, 在定速巡航和下坡时实现自动控制也不是什么难题。对于装有Opticruise AMT变速器的车型, 缓速器未运作时, 可自动降挡, 实现获得最优的发动机制动和废气制动效果。
奔驰Actros标配皆可博产品。国内奔驰主力商用车车型Actros搭载的OM501 发动机, 配有发动机制动和排气制动。奔驰卡车产品从Actros系列开始就将皆可博发动机制动系统作为标配。而在戴姆勒DD (底特律柴油) 全球发动机平台上将皆可博的压缩释放式制动器作为标配。配有发动机制动、排气制动以及液力缓速器, 操作起来也非常简单, 分为5 个不同的挡位, 同时, 辅助制动功能也与车辆的其它功能进行了融合, 比如限速、定速巡航等。
曼 (MAN) EVB排气门制动。曼的EVB技术大家可能比较熟悉, 国内的潍柴和重汽正是采用的这种技术, EVB为Exhaust Valve Brake的简写, 意为排气门制动器。这种技术属于被动泄气式制动器, 需要排气蝶阀共同作用, 通过打开排气阀提高发动机制动功率。对于D28 发动机, 已开发了带压力调节的EVBec, 可在低转速时提供更大的制动力矩。在普通EVB工作的基础上, 通过排气蝶阀来调整排气背压, 排气蝶阀逐级关闭废气管, 从而在气缸内产生所需要的背压, 车辆控制电脑根据传感器检测排气背压, 并借助一个比例阀来控制调节缸内的压力。这种逐级调节可以使发动机制动的过程更加平稳柔和。当车辆换挡时, 曼Brakematic智能制动系统会通过行车制动自动控制车速, 换完挡后, 自动切换到EVBec。
在国产卡车上, 应用发动机制动功能的发动机和车型:
CA6DM系列、CA6DN系列发动机。一汽锡柴CA6DM发动机是国内首款拥有自主知识产权的重型发动机, 通过不同的调教, 功率覆盖350~420ps。 CA6DN系列发动机是在CA6DM系列的基础上开发的, 最大的不同是排量为13L, 其余技术指标和CA6DM类似。目前这两款发动机主要在解放自己的体系内使用, 主要供给解放J6 系列车型使用。解放J6同时也匹配其它的发动机, 比如大柴的道依茨发动机。一汽锡柴有3 个系列的发动机装有发动机制动系统:CA6DN系列发动机排量为12.5L, 标配皆可博的压缩释放式辅助制动产品。另外, 根据车辆制动力的需要, CA6DN发动机制动时分为2 挡, 分别为排气制动和发动机制动+排气制动;CA6DM系列发动机同样配置有压缩释放式辅助制动产品, 不过其是由解放自主研发的, 其核心的电磁阀是由皆可博提供;CA6DL系列则是泄气式制动器, 工作时需要排气蝶阀一起工作, 发动机制动气门控制由电磁阀控制, 属于主动式, 制动效率比压缩释放式要差一些, 现在锡柴服务站已经可以加装6DL发动机制动器。
潍柴则是将WEVB作为发动机的标配。该项技术是潍柴引进的曼EVB技术, 前面的“W”代表潍柴的拼音 “Weichai”。 WEVB在发动机2000r/min的时候制动功率为218ps, 2500r/min时制动功率达到313ps。虽然和6DL同样属于泄气式制动, 但WEVB采用被动的方式, 需要关闭蝶阀, 靠排气背压顶开排气门, 通过增加一套控制排气门行程的执行机构, 实现排气门在发动机制动过程中保持打开一个间隙来提高发动机的制动效率。需要注意的是如果蝶阀损坏, 发动机制动将无法正常工作, 这就要求蝶阀具有很高的可靠性。潍柴发动机的应用分布非常广, 除了一汽解放、中国重汽、东风商用等有自己发动机的厂家, 其它厂家的重卡产品都能看到潍柴的身影。
玉柴6K12 系列发动机。该系列发动机运用了可靠性增长技术、精确燃烧、电子控制、缸内直喷、发动机逆向横流冷却技术等新技术, 具有欧洲同步的量产发动机水平, 其功率覆盖400~500ps。目前6K12 系列发动机主要装配联合卡车高端车型。
玉柴除了广西总部原有的发动机产品, 在安徽芜湖的联合动力也是玉柴发动机的一个分支, 不过这两个基地采用的是不同的技术路线;一是联合动力携手皆可博。在芜湖的联合动力主要生产6K10/12 系列发动机, 6K系列发动机是以DD13/15 为基础开发, 发动机制动产品在开发时就和皆可博一起合作开发。6K12 系列发动机采用压缩释放式制动, 也是目前皆可博发动机制动中升功率最高的。不过该机型的装机量并不高。6K10 系列发动机则是现在联合卡车的主力发动机, 它采用的则是泄气式制动, 制动效率略小;二是广西本部的产品和重庆良马合作。采用重庆良马的VVEB (可变气门排气制动器) 技术的发动机相对排量偏小, 目前已量产安装制动器的机型为6A/6J/6L/6M四个系列机型。据重庆良马的官方资料显示, 通过可变气门升程来提高低速制动力, 比欧美同类产品低速制动力高10%。6M系列发动机最大在2100r/min时制动功率为232ps, 6L系列发动机最大在2200r/min时制动功率为203ps, 6M最大在2300r/min时制动功率为170ps。目前装机的包括柳汽、解放青岛、北汽福田等。在玉柴国四产品介绍的资料中, 已经看到将VVEB作为玉柴6M系列发动机的标配。
上菲红的科索9 系列发动机引进的是依维柯发动机技术, 发动机制动也是作为标配引入。发动机采用顶置凸轮轴, 通过一组偏心轴套制动器的控制, 在压缩行程产生制动效果, 制动效率能够达到80%。科索9 发动机装配在杰狮车型上, 但很少看到这方面的介绍, 9L的排量对制动力也有限制, 不过量产的13L发动机则值得期待, 大排量发动机相应的发动机制动功率也要更大。
广汽日野车型只有进口13L发动机装配有辅助制动。广汽日野车型匹配由上海日野生产的P11C系列发动机以及进口的E13C发动机两种配置。大马力的E13C为进口发动机, 配有与皆可博合作生产开发的压缩释放式制动器, 11L的上海日野P11C装机量更大, 不过并没有采用这种高效率的压缩释放制动, 而是最普通的排气蝶阀制动。
东风d Ci11 系列发动机。d Ci11系列发动机是东风在消化吸收雷诺技术的基础上, 针对中国市场开发、具有自主产权的一款大功率节能型发动机, 功率覆盖340~420ps之间。目前东风d Ci11 发动机只供东风天龙和东风大力神使用。东风天龙d Ci系列发动机制动产品来自皆可博, 目前市场上拥有不错的装机量, 用户认可度也很高。东风康明斯ISZ发动机标配, ISL发动机可选装。由于康明斯和皆可博特殊的渊源, 东风康明斯发动机自然少不了发动机制动器的身影。13L的ISZ系列发动机将皆可博压缩释放式发动机制动作为标配, 这款发动机装备在天龙大马力牵引车、霸龙M7 等车型上。
重汽EVB采用曼技术。中国重汽的发动机配备的EVB和潍柴一样, 都是采用德国曼的技术。WD615国三机型以及D10/D12 系列发动机均已实现标配, D12 机型可以提供约240ps的制动功率。现在中国重汽和曼的合作后引入了曼的D20 系列发动机, 原机型或许能够更充分的发挥该技术的优势。
西安康明斯ISM发动机。西安康明斯是康明斯在国内的另一家卡车发动机合资企业, 主要生产ISM系列11L发动机, 同样配有皆可博压缩释放式发动机制动。此款发动机以康明斯ISM系列11L电控柴油发动机为基础开发而成, 其功率覆盖335~440ps。西康ISM11 发动机高度集成康明斯拥有完全知识产权的燃油喷射、进气、电控、燃烧优化、滤清和后处理等五大关键系统, 使这款发动机在系统兼容和性能方面优于同类产品。其配装的压缩释放式发动机制动装置, 将发动机变成了一个吸收功率的空压机, 其最高制动功率可以达到326 ps。西康的ISM发动机装配车型有欧曼和陕汽德龙系列, 不过这两个品牌的车辆也会装其它种类的发动机, 选购时应该加以区别。装载ISM发动机的欧曼CTX已经将皆可博制动器作为标配, 陕汽德龙F3000 用户可以进行选配。
六、结束语
发动机新技术 篇8
一、交通事故频发,提升卡车的制动技术迫在眉捷
随着卡车装载量、行驶速度的提高和近年来销量的快速增长,与卡车相关的交通事故也越来越多,同时,由于卡车质量大,其事故的人员伤亡率较高,尤其重型卡车,其行车安全问题,已经成为大家关注的焦点。
据公安部网站数据显示,2011年,全国道路交通事故造成62387人死亡、23.7万人受伤;2012年中国双节长假期间全国发生交通事故68422起,794人遇难。据业界数字统计,近年来卡车正在成为国内交通事故致死人数增幅最高和经济损失最大的车种。
卡车制动技术滞后,在中国相对不完善的公路系统中增加了事故发生的几率。目前国内4级及4级以下等级公路里程仍有120多万km,在183万km总通车里程中约占70%。此外,由于地形条件多样,中国道路情况也比较复杂。西部、西南部等地区山多、山势险峻,这些地区的公路往往是盘山而建,急弯、陡坡、连续下坡与长距离下坡的情况很常见,这些路段也往往是事故多发地段。重型卡车运输经常伴随着超载情况的出现,这也为制动失灵事故埋下了隐患。卡车事故中,很多都是因为车辆制动系统的问题造成的。现在的卡车制动方式主要还是采用鼓式制动器,依靠摩擦制动,在长时间的下坡制动过程中,会导致制动器温度上升,制动摩擦片过热会出现制动失效,甚至引起燃烧。即使像国内很多用户一样安装淋水器,也存在诸多安全隐患。在这样的背景下,若想有效降低卡车的交通事故,需要国家尽快规范卡车制动系统的技术要求。卡车事故发生的关键是制动失灵问题。据有关部门分析,有相当一部分重大交通事故的根本原因就是因为卡车在长距离下坡过程中车辆没有采用先进的制动系统,在发生紧急情况时,制动过久容易使制动过热而失灵,导致发生连环追尾、翻车等事故。从制动的原理来说,制动器在制动过程中是将车辆的动能转化为热能。一般来说,制动器有3个主要的性能指标:一是制动效能,也就是短距离内制动的能力;二是制动的稳定性,也就是车辆在制动过程中的方向控制能力。车辆在制动过程中会不会侧滑或者跑偏就取决于制动的稳定性;三是热衰退性,也称制动效能的恒定性。长距离坡路中出现的制动失灵,主要原因就是制动器的热衰退性不能满足要求。对于重载车辆,由于动能很大,在长距离下坡路段行驶时制动器的温度也比较高,通常会达到500~600℃,甚至更高。在这种情况下,制动器的摩擦系数就相对降低,有时驾驶员为了多拉货而超载,这便加大了车辆出现制动失灵情况的几率。由此可见,先进可靠的制动系统是卡车远离“安全门”的关键环节和有力保障。国内卡车急需改善和提高自身的制动技术。
应用发动机制动的好处包括减少轮胎、制动器的磨损,提高行车安全性和运营效率等,用户需要根据实际情况选择合适的辅助制动器产品,并采用正确的驾驶方法才能充分发挥其作用。随着这方面技术的发展和普及,会有更多的重卡驾驶员能够享受到新技术带来的好处。
提高卡车安全性刻不容缓,在欧美发达国家,卡车的事故率要远低于我国,非常重要的一个原因就是它们安装了车辆辅助制动装置,比如发动机制动、液力缓速器等,很多车辆通过安装多个辅助装置相互配合,使车辆的安全制动性能达到最大化。
在这些装置中,发动机制动器已经在欧美等国家大功率柴油机商用车上得到了较好推广,目前北美市场已有大量重卡装有该装置,本文就主要为大家介绍一下发动机制动器。
二、发动机辅助制动装置的类型
对于发动机辅助制动系统,简单的理解就是在车辆上存在一道动力链,在上坡时,由发动机产生动力,经传动系统带动车辆行驶,同样,下坡时,可以通过发动机产生阻力,形成一个制动力。发动机辅助制动装置按照工作原理的不同大致可分为3大类:排气蝶阀制动器;泄气式制动器;压缩释放式制动器。
一是排气蝶阀制动(如图1所示),国内应用的辅助制动装置中,最常见的就是蝶阀制动,在国内绝大部分卡车的排气管上都能看到蝶阀。蝶阀制动的原理和结构也相对要简单,驾驶员使用蝶阀制动时,蝶阀转动,将排气管堵死,在发动机气缸内形成可控的背压,以增加发动机排气行程的功率消耗,迫使发动机降低转速,从而达到在短时间内降低车速的目的。排气蝶阀结构相对简单,性价比较高,但制动效果一般。
二是泄气式制动。市场上也有不少采用泄气式发动机制动的产品,泄气制动工作时,将排气门打开一个小空隙,使发动机的压缩冲程通过泄气释放压缩能量,这样在做功冲程几乎没有能量返回活塞。而在排气冲程,依靠排气蝶阀或VGT涡轮增压器产生的背压来增加进排气功耗。泄气式制动按照实现控制方式的不同可分为主动式和被动式2种。被动泄气式制动器:市场上比较常见的潍柴WEVB发动机和重汽的EVB发动机就属于这种类型,它需要排气蝶阀进行辅助。当排气蝶阀关闭后,柴油机压缩行程使得排气通道中的废气压力急剧上升,相邻处于吸气冲程下止点附近气缸的排气门会被压力顶开一个小空隙,再通过增加一套控制排气门行程的执行机构,实现排气门在发动机制动过程中保持微启。WEVB发动机在EVB发动机的基础上,利用反向压力波打开排气门的机会,把排气门锁住,实现气缸漏气,从而在随后的压缩和膨胀冲程消耗能量,达到制动的作用。这种发动机制动的效果约为发动机功率的40%~50%。主动泄气式制动器则是通过电磁阀控制,用液压装置保持排气门微启,不需要依赖排气蝶阀,如锡柴6DL2发动机装备的就是这样的产品。
三是压缩释放式制动。压缩释放式制动就是改变发动机排气门的配气相位,在压缩冲程即将结束时,开启排气门,这样发动机在压缩缸内空气时所做的功,便被释放到排气系统。这种形式的制动器功率最大,结构最复杂,当然成本也是最高的。
这3种发动机辅助制动机构里,只有第3种是在发动机内部实现的,所以称之为“原生”发动机制动。这3类产品在制动效果上也有不小的差别。制动效率最高的是压缩释放式制动器。皆可博(Jake Brake)发动机制动产品是比较典型的,在市场上有很高的知名度,国内也已与多家企业配套。以皆可博发动机制动产品为例,目前国内装配这种形式的发动机有西安康明斯ISM11系列、东风d Ci 11L系列、玉柴YC6K12、解放锡柴CA6DMN系列等。 人们较熟悉的CA6DM系列也是这样的结构,不过是解放自主研发的产品,主要的电磁阀由皆可博提供。
三、发动机辅助制动技术首推压缩释放式制动系统
整车的制动系统中,大体上分3类:行车制动、驻车制动、发动机制动。其中行车制动和驻车制动都是直接参与整车的制动系统的,是必不可少的;发动机制动作为减速工具,在原车制动器基础上,间接地为整车的整体安全提供又一个可靠保障。压缩释放式制动系统是利用发动机压缩制动器,将产生动能的柴油发动机转变成为吸收动能的空气压缩机,从而实现了辅助制动功能。驾驶员释放油门踏板时,卡车的前进动能继续驱动系统和发动机。活塞也继续上下运动,进气在气缸内压缩膨胀。一旦启动发动机制动,发动机制动器将打开靠近压缩冲程末端的排气门,通过排气系统排出压缩后的空气。返回活塞的能量极少,如此循环重复时,卡车的前进动能被部分抵消,实现卡车降速。目前,美国康明斯发动机的制动系统完全采用此技术,并在卡车行车制动领域占据了很大的比例。
康明斯发动机制动系统是全球应用最广泛、技术最成熟的发动机制动系统,是70%知名重卡品牌的首选发动机制动技术。它就是采用压缩释放式制动系统,利用一个压缩释能装置将输出动力的发动机转换成一个吸收动力的空气压缩机,可提供优于同类产品数倍的制动性能。此制动器可免维护,仅使发动机高度增加66mm,安装灵活;驾驶员仅通过驾驶室内的两个开关进行操作,非常方便; 制动功率最高可达326PS,大幅缩短车辆制动距离,制动效率高,确保安全;启动时发动机停止供油,节油环保;有效降低轮胎和制动片的磨损,节省维护成本;大幅提高对车辆下坡速度的控制,提高运输效率。
常行驶在矿山或山区公路上,经常要下坡的卡车,为不使其在自身重力作用下不断加速到危险程度,应当对汽车进行持续制动,从而使汽车速度稳定在某个安全值。此外,经常在行车密度高、交通情况复杂的城市街道上行驶的汽车(如市内公共汽车),为避免交通事故,需要进行频繁的不同强度的制动。在这些情况下,单靠行车制动器是难以完成这样的制动任务的。因此在这种条件下运行的汽车,往往有必要增设辅助制动装置。辅助制动装置的作用是在不使用或少使用行车制动器的条件下,使车辆速度降低或保持稳定,但不能将车辆紧急制停,这种作用称为缓速作用。辅助制动装置中用以产生制动力矩对车辆起缓速作用的部件称为缓速器。传统的缓速器主要包括发动机排气缓速器、液力缓速器和电涡流缓速器,前者成本低,目前在国内柴油机客货车上普遍使用,但其辅助制动性能相对较差。后两者辅助制动性能好,但成本较高,目前主要装备在国产大中型高档客车及高端重型载重车上。比较有代表性的是美国皆可博柴油发动机缓速器公司生产的皆可博发动机排气缓速式辅助制动装置,是一种技术上先进和性能上可靠的发动机排气制动器。
发动机养护技术 篇9
净:即油净、水净、气净和机车净。柴油是发动机的主燃料, 若柴油不净, 会使精密偶件磨损, 配合间隙增大, 滴油、漏油和供油压力不足, 燃烧恶化, 功率下降。同样, 若机油不净, 会使轴颈和轴瓦间产生磨料磨损, 间隙变大, 油压降低, 甚至造成油道堵塞、抱轴烧瓦等严重事故。若空气含有大量尘土, 将会加速缸套、活塞和活塞环的磨损, 缩短使用寿命。若冷却水不净, 会使冷却系统水垢增加, 影响发动机散热, 机温升高, 润滑条件变差, 机件磨损严重。若机车外表不净, 有许多污垢, 会使机体表面受到腐蚀, 影响寿命。
检:要经常检查紧固零件。因柴油机在使用过程, 受振动冲击和负荷不均等影响, 螺栓、螺母容易松动, 特别是连杆、缸盖和飞轮壳等处的连接螺栓。
足:油足、水足、空气足。若柴油和空气供应不及时或中断, 会导致启动困难、燃烧不良、冒黑烟、功率下降、机车不能正常运转。若机油供不应求或中断, 会使机车润滑不良, 机件严重磨损, 甚至出现烧瓦现象。若冷却水不足, 会使机温过高, 功率下降, 降低寿命。
发动机进气系统控制技术 篇10
所谓增压就是将空气在供入汽缸之前预先压缩,以提高空气密度,增加进气量。由于进气量的增加,可相应增加循环供油量,从而增加发动机的升功率。同时,增压不仅可以改善燃油经济性,而且还是控制排放的有效技术措施。
根据增压方式的不同,增压发动机分为机械增压、废气涡轮增压和气波增压。由于废气涡轮增压能有效地利用废气的能量进行增压,目前车用发动机广泛采用此种增压形式,即以发动机废气驱动涡轮,进而为汽缸充入压缩过的高密度空气,以提高燃烧效率。
2. 中冷涡轮增压器
即在增压器后加上中冷器,用以迅速冷却被涡轮增压器压缩而升温的空气,从而进一步提高发动机燃烧效率和燃油经济性,同时降低CO2排放。
3. 可变几何涡轮增压器
涡轮组件的大小很重要,涡轮越小,质量越小,对逐渐增大的压力反应越快,可以很快达到最佳的旋转速度。但使用较小涡轮也有缺点,即在较高发动机转速下产生的回压会明显削弱增压效能;此外,由于排气通道的横截面积较小,会产生一定的阻力。这些都会使小型涡轮增压器的效率降低。而能够在较高转速时产生较低回压的大型涡轮组件,由于横截面较大以及涡轮较重而相对惯性较大,需要较长的时间才能旋转“增压”,一般只在中、高转速产生效用,这种现象被称为“涡轮迟滞”,表示发动机在低速时并不会有涡轮增压效能。
为解决上述问题,一些新型发动机上装配了双水冷式涡轮增压器。其具备可变涡轮几何叶片技术(VTG),借助这项技术,发动机排出的气体通过电子调整的可旋转导流叶片导送至涡轮上。当发动机转速较低时,废气压力较低,导流叶片成小角度打开;当压力增大到废气涡轮的工作压力时,推动涡轮敏锐地转动;当发动机转速继续上升时,废气压力逐渐变大,导流叶片的角度也随之变大;当到达全负荷时,导流叶片全开,与主体的涡轮叶片形成一个更大型的叶片,将最大的废气量接收,从而达到更高的转速,实现高输出效果。所以,通过变更叶片的角度,系统可以随时改变涡轮的A/R值。VGS系统根据发动机的进气量对涡轮增压进行精确有效的控制,改善了涡轮增压器在发动机转速较低、排气量较小时的性能。
4. 废气再循环
废气再循环(EGR)系统主要用于降低废气中氮氧化物的排出量。氮和氧只有在高温、高压条件下才会发生化学反应,形成氮氧化物(NOx)。废气再循环(EGR)系统就是通过废气和进气混合,降低燃烧室的氧气集中度,从而平缓燃烧过程,降低废气中氮氧化物(NOx)的含量。
废气是一种不可燃气体,在燃烧室内不参与燃烧。该技术通过吸收燃烧产生的部分热量来降低燃烧温度和压力,以减少氮氧化物的生成量。通过EGR阀的控制,可使进入燃烧室的废气量随着发动机转速和负荷的增加而增加。当发动机在低负荷下运转时,EGR阀开启,使少量的废气进入进气歧管,与可燃混合气一起进入燃烧室。怠速时EGR阀关闭,几乎没有废气再循环至发动机。
5. 中冷废气再循环
中冷废气再循环技术是欧意德发动机搭载的一项关键技术,该技术可以分解为“中冷技术”和“废气再循环技术”2项,所谓中冷技术就是通过加装中冷器对增压后的高热空气先行冷却,待温度降低后再流进燃烧室,从而最大限度地降低过高温对充气效率及燃烧质量的不利影响。其工作原理如附图所示。
6. 单向冷却废气再循环
浅谈汽车涡轮增压发动机技术 篇11
一般来说，汽车引擎的排量和功率是成正比的，要提高发动机的输出功率，最直接的方法就是提高发动机的排量。但排量提高的同时，发动机制造的精密程度、重量、能耗也被无限量增大，其缺点也是显而易见的。为了化解这一矛盾，那些富有钻研精神的汽车工程师们创新式的使用了发动机增压技术，它使汽车引擎获得额外的大功率动力输出成为了可能。
涡轮增压技术的使用历史
汽车引擎的增压技术可分为机械增压和废气涡轮增压两种，其中废气涡轮增压技术因更高的能效比而应用得最为广泛。
说到涡轮增压技术，它已经有100多年历史了。在1905年Alfred Buchi博士就申请了第一款涡轮增压器的专利-动力驱动的轴向增壓器。到了1961年，小轿车开始试探性地安装增压器，但因为瞬间产生的巨大压力和热量，使安装后效果并不理想。而来自于北欧瑞典的Saab萨博公司则是第一家把涡轮增压器应用到汽车产品上的汽车制造商，1977年问世的Saab萨博99汽车，使汽车发动机在应用涡轮增压技术上，真正开始走向成熟，它的到来同时宣告了汽车产业一个新时代的诞生。涡轮增压技术改写了“排量大小决定功率”的传统概念。
涡轮增压发动机的性能体现
装备了涡轮增压发动机的汽车，不仅在动力和功率这些性能的数字表现上，远超于同排量的汽车产品，更在实际使用过程中能与排量上比自己上一个等级的汽车相匹敌。如：Saab萨博公司在最新款Saab萨博9-3 Vector 2.0TS上装备的2.0升强涡轮增压发动机可以在5300转时输出惊人的155kW的功率，这一指标几乎已经赶上普通轿车3.0排量的发动机。也就是说在某一程度上，这款四缸发动机的产品所产生的功率与普通六缸发动机是等效的，这样带来的优点很明显，不仅不需要为了追求高速率来花更多的费用购买大排量汽车，并且发动机工作时噪音更小，而且采用分量较轻的发动机对降低整车重量、减少油耗更是大有益处。
环保、更低的排放标准也是涡轮增压器一个很重要的优点。因为在污染日趋严重的今天，一个有高度责任感的汽车制造商不仅要满足客户对汽车的驾乘欲望，保证产品有足够的驾驶乐趣，更要以保护环境、创造良好的生存空间为己任。涡轮增压器正好能满足即提高燃油经济性，降低排放，同时又不会以失去驾驶乐趣为代价的综合性要求。因为增压会给燃烧室提供更多的空气，使燃烧更彻底，排放更干净。特别在高海拔空气稀薄地区和严寒地区涡轮发动机也能有效的工作。目前全世界只有Saab萨博是唯一一个全系列产品都采用涡轮增压技术的汽车品牌。
涡轮增压发动机的性能原理
涡轮增压器的最大优点是能在不加大发动机排量就能较大幅度地提高发动机的功率及扭力，一般而言，加装增压器后的发动机的功率及扭矩要增大20%～30%。涡轮增压器的缺点是滞后，即由于叶轮的惯性作用对油门骤时变化反应迟缓，使发动机延迟增加或减少输出功率，这对于要突然加速或超车的汽车而言，瞬间会有点提不上劲的感觉。 以前，涡轮增压器大都用在柴油发动机上，现在一些汽油发动机也采用涡轮增压器。因为汽油和柴油的燃烧方式不一样，因此发动机采用涡轮增压器的形式也有所区别 汽油发动机不同于柴油发动机，它进入气缸的不是空气，而是汽油与空气的混合气，压力过大容易爆燃。因此，安装涡轮增压器必须要避免爆燃，这里涉及两个相关问题，一个是高温控制，另一个是点火时间控制。 强制性增压后，汽油机压缩和燃烧时的温度和压力都会增加，爆燃倾向增加。另外，汽油机排气温度比柴油机高，而且不宜采用增大气门重叠角（进、气排门同时开启的时间）方式来加强排气的降温，降低压缩比又会造成燃烧不充分。还有，汽油机的转速比柴油机高，空气流量变化大，很容易造成涡轮增压器反应滞后。针对汽油机使用涡轮增压器出现的一系列问题，工程师有针对性地一一做了改进，使汽油机也能用上废气涡轮增压器。 中冷器 涡轮增压器吸进的空气经压缩温度增高了，在流动时与进气管壁摩擦还会进一步增高，这样不仅影响充气效率，还容易产生爆燃。因此要装置降低进气温度的设备，这就是中间冷却器。它安装在涡轮增压器出口与进气管之间，对进入气缸的空气进行冷却。中间冷却器就象散热器，用风冷却或者水冷却，空气的热量通过l冷却而逸散到大气中去。据测试，性能良好的中间冷却器不但可以使发动机压缩比能保持一定值而不会产生爆燃，同时降低温度也可提高进气压力，进一步提高发动机的有效功率。 叶轮 由于汽油发动机转速范围宽，空气流量变化大，因此涡轮增压器的压缩叶轮外形是复杂的三元曲面超薄壁叶轮片，一般有12～30片叶，呈放射线状曲线排列，叶片厚度在0.5毫米以下，采用铝材用特殊铸造法制作。叶片形状的优劣直接影响到到涡轮增压发动机的性能。叶轮形状角度越合理，质量越轻，叶轮的启动就越灵敏，涡轮增压器的天生缺陷“反应滞后”也就越小。 爆燃传感器 除了降低温度来减少爆燃的可能外，还要采用爆燃传感器，它的作用就是在产生爆燃之时，传感器感到不正常的振动会立即将信息反馈至发动机ECU（电子控制单元）控制系统，将点火定时稍推迟一点，不产生爆燃的时候再恢复正常点火定时。 由于轿车汽油机的转速比柴油机高，空气流速快而且变化范围大，因此它的涡轮增压器有更高的要求。现代轿车发动机已普遍采用电子喷射系统，在电子控制技术及新材料的配合下，涡轮增压器在汽油机上的应用也会日益普遍。
涡轮增压技术的明天
燃油发动机先进技术探析 篇12
发动机包含了大部分重要零部件, 它是拖拉机汽车产品设计中最受重视及新技术、新工艺采用最多的部分。了解发动机的构造、现状及新技术, 对推动我国拖拉机新产品开发研制, 提高我国拖拉机产品的质量和性能具有重要的意义。
1 业内领先的燃油发动机技术配置
1) 先进智能水箱前的导流罩;
2) 两个开启温度不相同电控冷却模块型节温器对缸盖和缸体的冷却液实施差异化管理双温热管理系统;
3) 发动机用双喷射技术及分段喷射技术;
4) 多气门技术及气门内中空充钠技术;
5) 配气机构智能可变行程及智能可变气门正时系统;
6) 发动机奥托循环和现代阿特金森循环双循环技术;
7) 增压发动机单涡轮双涡管技术及可变截面涡轮技术;
8) 机械与涡轮双增压技术;
9) 高压缩比技术;
10) 并联辅助混动技术。
2 燃油发动机的原理与主要构造
想要降低排放和油耗, 提升发动机热效率是关键一步。那么什么是热效率呢?发动机燃烧燃油 (汽油或柴油) 所产生的能量并非全部用于驱动车辆, 有很大一部分能量会以热能或动能形式损失掉。发动机热效率指的是发动机利用燃料热能的有效程度。发动机热效率越高, 燃烧燃料产生的能量就有更多用于驱动车辆, 这有利于降低油耗和排放。同时排放水平能够满足更严格的排放标准。
发动机风扇端为前, 飞轮输出端为后, 那么现在从前向后后的顺序介绍发动机需要高配的新技术新方法, 发动机水箱前加方型导流罩, 在罩的前方、上方和下方装上电动控制百叶扇片, 当拖拉机在平时在路上行走时, 由于灰尖不多这时只开前方百叶扇片, 使前方自然冷风流向水箱, 当拖拉机在田间作业时, 由于前方灰尘太多, 由灰尘感应器向中央控制器发送信号, 根据条件让执行机构打开上百叶片同时关闭下百叶片, 由于拖拉机上方空气比较干净且经上方滤清器过滤, 所以流经水箱的空气很清洁, 达到水箱外部保养周期长的效果, 长时使用当水箱前灰尘多时, 根据灰尘感应器的检测信号, 让执行机构使相应工作件相应动作, 使风扇倒转向前送风, 使拖拉机水箱前加方型导流罩下方百叶片打开把灰尘吹出, 一定时间后水箱前加方型导流罩内干净后, 灰尘感应器向中央控制器发送信号, 使上方百叶片打开, 把上方滤清器反吹风理一下再返回平常状态。
发动机风扇用电机和硅油离合器控制, 平时用电机控制, 如冷车不转, 急停机时廷时运转, 清理水箱前的方型导流罩时电机倒转, 如拖拉机高负荷作业时, 电机需大功率高速运转, 此时消耗电量太多不利节能, 这时控制础离合器与发动机相连, 这样即节能又有足够风量冷却发动机,
在发动机冷却上, 发动机热管理系统采用的是对缸盖和缸体的冷却液实施差异化管理, 发动机风扇后方应有两个开启温度不相同电控冷却模块型节温器, 对缸盖和缸体的冷却液实施差异化管理。控制缸体水道的节温器开启温度更高, 缸体正常工作温度会高于缸盖, 这样可以降低曲柄连杆机构的内部摩擦。而工作温度更低的缸盖自然是为了降低燃烧室温度, 从而对抑制爆震进气温度等等提升燃烧效率有所益处。
3 燃油发动机先进技术的介绍
3.1 发动机多气门技术
发动机每缸应为四气门技术 (两进两排) 且气门内应为中空充钠, 以利用钠的热传导快属性以利气门前端散热, 使气门减少积碳的产生。
3.2 双喷射技术
是进气歧管喷射和缸内直喷系统, 每种燃油喷射技术都有它的优缺点, 燃油歧管喷射, 喷油系统通过向进气歧管内喷油形成混合雾化气体, 技术成熟成本低, 系统具备一定自净能力, 且对油品要求较低, 而因为低转速下歧管内负压较低, 在低速下动力输出特性方面差。直喷技术直接将燃油喷入气缸, 优点就是提升了低速动力响应和性能, 缺点是系统复杂, 对油品要求较高。另外由于油气混合时间短, 边混合边燃烧, 燃烧不充分, 容易产生污染 (霾) 和积碳。为了均衡两种喷射方式, 内燃机发动机采用混合喷射:发动机冷启动时, 采用进气歧管喷射;低中负荷时, 采用混合喷射, 提升扭矩, 降低油耗;高负荷时, 采用缸内直喷, 提升功率。这样, 全新发动机既解决了缸内喷射发动机低转速、低负荷下容易积碳的问题, 又提高了发动机在高负荷下燃烧效果更为充分, 动力输出效率更高, 油耗表现更好, 这也成为直喷技术新的发展方向。直喷发动机的进气门背部很容易产生积碳的情况, 歧管喷射发动机在进气过程中, 燃油能够对进气门背部起到清洗的作用。同时两种喷射方式互相切换, 能提升动力降低油耗, 并提高了可靠性。对于拖拉机等农业机械来说, 常到环境恶劣的地方, 如此一来, 可靠性更好的混合喷射就比直喷发动机适应性好一些。
3.3 发动机双循环技术
发动机进气机构应为智能可变行程及智能可变气门正时系统, 以实现双循环, 发动机四冲程循循环有奥托循环和现代阿特金森循环, 所谓奥托循环、阿特金森循环, 都是发动机进气、压缩、做功、排气这四个冲程工作方式的名称术语而已。早期阿特金森循环发动机的结构太过古怪, 原始结构的阿特金森发动机的最典型结构特征是用很复杂的曲轴, 这使得它的膨胀比大于压缩比, 所以具备更好的热力学效率, 也就有了更好的经济性, 但是结构复杂也导致制造和维护都很麻烦, 这也是它推广不力的主要原因, 根本比不过奥托循环发动机, 因此早早就被历史封存。现在的所谓阿特金森循环发动机, 结构与历史上的阿特金森循环发动机已没有任何关系。它的基础结构与奥托循环发动机无异, 只是利用了阿特金森循环的原理而已。
4 燃油发动机的阿特金森循环与涡轮增压原理
现代阿特金森循环使用电控制装置改变发动机正时, 通过推迟进气门关闭的办法, 在压缩冲程初段从进气门排出部分燃气, 减少进气量, 所以压缩比没有那么高, 之后关闭进气门开始压缩行程——等同于缩减了发动机的排量, 从而实现膨胀比大于压缩比的目的。实际上这一过程是利用了米勒循环的原理, 但是, 因为专利的关系不能叫米勒循环, 而且它本身又能取得阿特金森的效果, 所以称为现代阿特金森循环了。
阿特金森循环发动机如何实现大膨胀比, 如果按照直观的想法, 让活塞运行到下止点以后继续运行, 那务必改变发动机的整体结构, 但这会增加制造成本, 而且发动机的体积也不好控制。那么解决办法实际上是通过缩小“有效压缩比”的方式来实现扩大膨胀比的。
那么有效压缩比又是什么呢?当发动机进入压缩行程时, 正常情况下进排气门都是关闭的, 此时的有效压缩等于我们常说的压缩比。阿特金森会让进气门延时关闭。也就是压缩行程已经开始一段时间后, 进气门才关闭。那么在进气门关闭之前, 这段压缩是无效的, 关闭之后的压缩才是有效的。有效的压速加上无效的压缩才等同几何尺寸上的压缩, 它其实等同于缩减了发动机的排量, 同时又扩大的膨胀比。
其实涡轮增压本身, 也存在着两种“有效压缩比”, 在增压器不工作时, 其压缩比就是物理值, 增压器工作时, 有效压缩比会变大 (因为进入的空气是压入的, 参与压缩的量比自吸时要大) 。这也是为何涡增发动机的 (物理) 压缩比 (其他方面同等技术下) 会小于自吸发动机的根本原因。然后我们再来看它如何与阿特金森和奥托循环切换相衔接, 在低速状态下采用奥托循环, 相比阿特金森循环会带来较高的压缩比, 对应此时的非增压刚刚好, 高速状态下反之, 阿特金森与涡轮增压可以刚好匹配。
内燃机发动机残留在气缸中废气越少越好, 为降低残留在气缸中废气比例, 先进技术内燃机发动机可通过动态控制变截面涡轮增压器中的废气导流叶片, 在高负载工况下保持进排气压差为正 (进气压力大于排气压力) , 从而降低残留在汽缸中的废气比例, 使高压缩比在发动机上能可靠工作。
另外, 现在增压器用智能水冷, 根据温度向增压借循环水, 在发动机起动时就电动进行润滑油润滑涡轮轴承, 变载面使增压器低速运转使润滑顺畅, 在发动机停机时, 润滑油与水冷靠电机辅助继续循环, 待温低时才停传, 这样配合缸体电加热可发动机启动后极短预热就立即带负载作业和作业完成就可立即熄火, 同时保证增压器与发动机同经济寿命。
燃油双喷射双循环双涡管变截面涡轮高增压发动机结构复杂, 但它替代非直喷或直喷自吸发动机的趋势已不可逆转。它的优势不光是效率高、低速扭矩大、同时它还能带来很多附带的技术改进。从前面的技术解析可以看出, 如阿特金森与奥托循环可切换等, 这个可切换实现起来在结构上成本很低, 但凡拥有智能可变气门正时系统的发动机, 理论上都可以实现。而它所带来的效果却不可小觑, 如再用电机配合混动技术更完美。
参考文献
[1]杜维明.8AYT10缸内直喷发动机开发及关键技术研究[D].吉林大学, 2013.