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未來汽油機(jī)熱管理系統(tǒng)及真實(shí)環(huán)境下油耗分析

為了滿足相關(guān)排放法規(guī)，通過減小發(fā)動(dòng)機(jī)排量，提高發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)荷率已經(jīng)成為越來越普遍的做法。而減小發(fā)動(dòng)機(jī)排量會(huì)引發(fā)吸油過量的現(xiàn)象，尤其在發(fā)動(dòng)機(jī)處于高轉(zhuǎn)速和高負(fù)荷情況下。試驗(yàn)表明，NEDC循環(huán)測(cè)試工況下實(shí)際用油量會(huì)增加15%。為了減少吸油過量、改善燃油經(jīng)濟(jì)性，將發(fā)動(dòng)機(jī)小型化的同時(shí)，可結(jié)合水冷式排氣歧管、冷卻高壓和低壓廢氣再循環(huán)裝置、串聯(lián)增壓空氣冷卻器等技術(shù)來進(jìn)行。

將水冷式排氣歧管安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)上可以降低滿負(fù)荷條件下吸油過量，并能減少發(fā)動(dòng)機(jī)冷起動(dòng)條件下的預(yù)熱時(shí)間。用水冷式排氣歧管取代傳統(tǒng)的不銹鋼排氣歧管，可以將排氣歧管直接集成在氣缸內(nèi)部或安裝在外部冷卻管位置。安裝冷卻高壓和低壓廢氣再循環(huán)裝置，其將冷卻后的廢氣循環(huán)重新輸入發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣歧管或壓縮機(jī)進(jìn)氣歧管，所形成的混合氣具有較高的比熱容，氣缸壓力及溫度均會(huì)降低。安裝串聯(lián)增壓空氣冷卻器，通過降低所吸入空氣溫度，達(dá)到冷卻效果，從而通過調(diào)整火花塞點(diǎn)火時(shí)間，減少吸油過量現(xiàn)象。

分析了應(yīng)用上述裝置后發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油消耗率，并對(duì)熱效應(yīng)進(jìn)行了多種工況下的模擬及真實(shí)環(huán)境中運(yùn)行情況的預(yù)測(cè)，結(jié)果表明：①使用水冷式排氣歧管，可將廢氣溫度降至130℃，在峰值功率時(shí)，燃油消耗量將減少5%；②使用冷卻高壓和低壓廢氣再循環(huán)裝置，廢氣循環(huán)率為17%時(shí)，燃料消耗會(huì)降低18%；③與傳統(tǒng)的氣冷式增壓空氣冷卻器相比，使用串聯(lián)增壓空氣冷卻器會(huì)使壓縮空氣溫度明顯降低（約16℃）；④發(fā)動(dòng)機(jī)處于峰值功率時(shí)，整體溫度降低30～60℃，燃油消耗量會(huì)減少10%，扭矩增加17%；⑤聯(lián)合使用水冷式排氣歧管和串聯(lián)增壓空氣冷卻器會(huì)使燃油消耗量降低14%。

James Miller et al. SAE 2013-01-0271.

編譯：王祥