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增程式5沖程發(fā)動機的開發(fā)與驗證

研究開發(fā)了5沖程渦輪增壓、進氣道燃油噴射、火花點火式發(fā)動機，用于增程式電動汽車或串聯(lián)混合動力電動汽車的主動力源。5沖程發(fā)動機是直列式3缸發(fā)動機，其中2個氣缸有4個沖程，第3個氣缸在燃燒階段會執(zhí)行另外一個膨脹行程。渦輪增壓器提供的增壓壓力由稱為“智能廢氣門”的新型系統(tǒng)控制，這種廢氣門有別于傳統(tǒng)的廢氣門，其包括低壓氣缸可變氣門正時的2個排氣門。轉(zhuǎn)速在3500～4500r/min時，發(fā)動機能夠產(chǎn)生40kW的功率，并由于使用了火花塞點火、直接燃油噴射和原廠配件（連桿、氣門和渦輪增壓器）而降低了成本。制動燃油消耗率（BSFC）是226g/kW·h，對應(yīng)的燃料轉(zhuǎn)換效率為36.1%。該效率在發(fā)動機轉(zhuǎn)速為4000r/min和制動功率為32.5kW時可以達到，對于每缸有兩個節(jié)氣門的多點噴射系統(tǒng)發(fā)動機效果非常顯著。制動燃油消耗率的預(yù)期優(yōu)化應(yīng)低于217g/kW·h，力矩超過90N·m。

為了評估這種發(fā)動機的性能，在大范圍運行工況下對發(fā)動機進行測試，在發(fā)動機沒有任何故障或維修的情況下，對其多個狀態(tài)點進行超過500h的測試。模型預(yù)測結(jié)果和試驗結(jié)果進行對比，基于0d/1d（0維/一維）仿真與試驗數(shù)據(jù)具有較好的一致性。此外，模型運行結(jié)果表明，使用較好的優(yōu)化程序或者更加先進的技術(shù)可以使發(fā)動機的BSFC達到較低，但會對運行成本產(chǎn)生影響；同時對具有較高辛烷值的燃料（如乙醇）對發(fā)動機性能的影響也進行了評估。

從功率角度看，該發(fā)動機相對于傳統(tǒng)發(fā)動機，其質(zhì)量和尺寸比較大，成本更高，但效率也更高。雖然這種發(fā)動機進行了500h的測試，但仍需要進行耐久性測試以評估該新型發(fā)動機的老化性。該發(fā)動機對后處理系統(tǒng)有較高的要求，因為其對燃料轉(zhuǎn)化效率會產(chǎn)生影響，同時也受熱損失增加和/渦輪增壓器成本的限制。

刊名：Energy Conversion and Management（英）

刊期：2014年第82期

作者：A.Kéromnès et al

編譯：何云廷