某型1.5L阿特金森循环汽油机的总体开发设计与性能仿真分析开题报告

 2020-02-10 10:02
1.目的及意义(含国内外的研究现状分析)

随着世界各国排放和油耗法规的日益严苛,对于内燃机热效率的追求也逐渐提高,传统内燃机技术越来越难以应对未来对热效率的追求。传统奥托循环发动机的排放性能很难在短时间内大幅度提高,因此越来越多的目光集中到了阿特金森循环这一于1882年由阿特金森提出的内燃机循环形式。阿特金森发动机通过使做功行程大于压缩行程,实现膨胀比大于压缩比,充分利用气体膨胀功,减少气体压缩损耗,从而使发动机热效率大大提高。

普通发动机的热效率大约为30%,而配备了VVT(可变气门正时)的发动机热效率约32%;在此基础上利用缸内直喷 分层燃烧技术,能把发动机热效率提高至34%;而丰田的普锐斯利用阿特金森循环号称热效率高达38%。可见阿特金森循环的最大特点是高热效率,意味着更好的燃油经济性。与其突出的优点相对应,阿特金森循环发动机的缺点也很明显,因为有效压缩比减小,所以这种发动机低转速扭矩比较差,而在高转速区间,由于活塞做功行程较长,发动机的转速也无法到达较高的水平,因此真正高效的转速区间非常有限,但正是因为这种特性,阿特金森发动机非常适合混合动力汽车,其低效率区间由电动机进行功率补偿。

当今市场上已经有许多使用了阿特金森循环发动机的混动车型,如丰田系混动版普锐斯采用了1.8L自然吸气的5ZR-FXE发动机,混动版卡罗拉采用了双循环直喷涡轮增压的9NR-FTS发动机,本田系的雅阁混动版采用了2.0L自然吸气阿特金森循环发动机,以及雷克萨斯的CT200、RX450h混动版等车型。可见当今市场和法规的发展趋势会使阿特金森发动机得到进一步的重视。

国内外的学者团队也在对阿特金森发动机进行进一步的优化和研究,以求获得更高的热效率和市场竞争力。

2017年,中国第一汽车股份有限公司技术中心的黄平慧,马俊杰,王占峰,尹伊郡,刘金玉通过对五种1.8L自然吸气发动机、2.0L 自然吸气 阿特金森循环发动机、1.0L 增压直喷发动机(1.0TGDI) 、1.2L增压直喷( 1. 2TGDI) 米勒循环发动机和0.8L增压直喷发动机(0.8TGDI)各工况下的节油性能进行了对比分析。对阿特金森发动机与其他节油技术共同使用时的特点及性能进行了分析与计算[7]

2018年,安宗权,黄昭明,潘金元,陈伟国通过对一款涡轮增压GDI发动机凸轮型线和活塞形状的设计,研究了不同压缩比米勒循环发动机对增压GDI发动机的燃烧、缸压、排放和油耗等方面的影响。得出了对于米勒循环的GDI增压发动机,在外特性会损失一部分最高功率,但是能在一定程度上降低油耗等结论[13]

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