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可變壓縮比和進氣稀釋對汽油機燃油效率和排放的影響

目前，為滿足日益嚴(yán)格的排放法規(guī)，發(fā)動機設(shè)計工程師開始采用新型燃料替代傳統(tǒng)燃料。因而，發(fā)動機設(shè)計的主要目標(biāo)變?yōu)槿魏涡镣橹档娜剂隙寄墚a(chǎn)生最大功率，同時保持較低排放水平。液化石油氣因其具有使用簡單、成本低且不需要對現(xiàn)有發(fā)動機進行過多的修改等優(yōu)點，而成為最具潛力的替代燃料。另外，常用的火花點火發(fā)動機NOx排放較高，其將與大氣層中的臭氧發(fā)生反應(yīng)會產(chǎn)生對人體健康有影響的二次污染。相關(guān)研究表明，采用可變壓縮比技術(shù)和進氣稀釋技術(shù)有助于改善發(fā)動機排放。對此，本文通過試驗對以液化石油為燃料的火花點火汽油機進行分析，研究其采用可變壓縮比技術(shù)和進氣稀釋技術(shù)對發(fā)動機燃油效率和排放的影響。

試驗采用一臺額定功率4.5kW的單缸水冷式汽油機，其采用進氣歧管噴射，并借助于傾斜塊技術(shù)實現(xiàn)該發(fā)動機的壓縮比可變。試驗采用中國三晶電氣生產(chǎn)的AG10電渦流測功機對發(fā)動機進行加載。根據(jù)發(fā)動機轉(zhuǎn)速和節(jié)氣門位置，采用電子控制單元對燃油噴射時間、燃油噴射角度、點火提前角進行控制，以使發(fā)動機在最優(yōu)狀態(tài)下工作。通過缸內(nèi)安裝的壓電傳感器對氣缸壓力進行測量。采用一個基于光電掃描原理的增量編碼器，將曲軸的機械轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?，對曲軸轉(zhuǎn)角進行測量。試驗時，節(jié)氣門全開，保持空燃比為1。對進氣進行稀釋時，將一定比率（10%、20%、30%和40%）的廢氣通入發(fā)動機進氣歧管中，并通過節(jié)流閥。對試驗結(jié)果進行分析時，采用德國德圖集團生產(chǎn)的Testo-350S/M/XL發(fā)動機煙氣分析儀用于廢氣分析，可直接讀出廢氣中CO、CO2、NO、NO2和HC的含量。試驗結(jié)果顯示，采用進氣稀釋技術(shù)后發(fā)動機有效熱效率降低了6%，這主要是由于使用液化石油氣和采用進氣稀釋技術(shù)降低了發(fā)動機的容積效率，而采用渦輪增壓器可提高發(fā)動機的容積效率，有助于改善該狀況。隨著進氣稀釋比例的增加，氣缸壓力和靜態(tài)熱釋放率遞減。但是，采用進氣稀釋技術(shù)使NOx排放增加了14%，若適當(dāng)增加壓縮比，可減小該影響。

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

編譯：王祥