2016年第6期工作过程
国外内燃机
较高压缩比对柴油机性能影响的研究
【日】Y.FunayamaH.NakajimaK.Shimokawa
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摘要：为了提高发动机的有效热效率，必须尽量减少各种损失，例如理论热效率中的冷却损失和摩擦损失。然而，除了减少各种损失外还必须提高理论热效率。在势力提高商用车用大型柴油机有效热效率的工作中，重点研究关注了影响发动机理论热效率的2个重要因素：压缩比和比热比。根据这2个因素所起的作用而进行理论热力学循环分析，预计将压缩比从基本发动机的17提高到26，并增加比热比，使理论热效率得到显著的提高。利用1台单缸发动机研究了上述2个因素对指示热效率和有效热效率的影响。通过改变燃烧室容积来改变几何压缩比，通过外部供气系统调节过量空气和EGR率来控制缸内气体的比热比。由初步理论分析得知，理论热效率可提高8%（较高压缩比和较高比热比相结合时），指示热效率和有效热效率分别可提高6%和4%。
关键词：燃烧室压燃燃烧过程
0前言
由于需要减少CO的排放和降低汽车运输的成本，市场对提高柴油机燃油经济性的需求不断增长，并对进一步提高燃油效率提出要求。
发动机的燃油耗是由有效热效率决定的。提高指示热效率和减少摩擦损失，就可以提高有效热效率，如图1所示。由于指示热效率是由理论热效率减去冷却损失和泵气损失计算出来的，因而可以从理论上求得上述各项作功量，在保持这些损失最少的情况下，提高指示热效率是获得更高有效热效率的关键。
全
输人的总能量
热效书排损
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指示热效率全
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图1大型柴油机的热平衡
近年来，许多有关提高发动机热效率的研究都是以热力学循环理论为基础的。Kitabatake等人报道了在平均有效压力（BMEP)≤0.9MPa的宽广范围内提高指示热效率的结果，他们是通过将发动机的几何压缩比由万方数据加到20.0，并在保持膨胀比不变的
情况下，用可变气门执行机构改变有效压缩比来实现的。Uchida等人[2]通过增加膨胀比获得了指示热效率的改善。这是通过将几何压缩比进一步提高到 22.0.并利用可变气门执行机构调节有效压缩比，同时保持膨胀比不变来实现的。然而，根据有关报道，因为需要靠更高的增压来保持过量空气系数，且较高的缸内压力导致了摩擦损失的增加，所以有效热效率并没有得到改善。Akihisa等人在汽油机中进行了高膨胀比循环的研究，确认在这些发动机中采用较高膨胀比时能使热效率得以改善。还有报道称4，通过采用高胀比，以及优化缸径/行程比的可变气门执行机构，并通过进一步改进燃烧，能使汽油机的有效热效率达到与柴油机相似的水平。
由于柴油机的特征是柴油直喷压缩着火，提高几何压缩比相当容易，这就能直接产生较高的膨胀比。因此，柴油机通常具有较高的热效率。然而，为了满足减少燃油耗的需求，必须使热效率进一步提高。
在本研究中，为了提高商用车大型柴油机的有效热效率，重点关注了压缩比和比热比这两个决定发动机指示热效率的关键因素，并研究了这些因素
显著改变时对热效率改善的作用， 1热效率的理论分析
公式(1)是狄塞尔循环的指示热效率的表达式。由公式（1)可知，狄塞尔循环的指示热效率（）由压缩比（e）、比热比（）和定压预胀比（α）表达。压缩比与气缸的几何压缩比相关，比热比受到EGR率和过