汽油发动机模型_汽油发动机模型可以加煤油吗

1.油动模型大脚车发动机如何保养

2.本田地球梦发动机用在哪些车型上

3.什么航模发动机好？

4.汽车发动机的总体结构与工作原理

5.最高效率可达45%的新型汽油机

性能参数;

直径：120mm

长度: 210mm

净重:1kg

推力：2.5kg力

国外造价参考：约100美元

国内材料成本约需：300元人民币

涡轮主要部件： 压气机FD0040主要是为燃烧室提供大量的空气，用航空板粘制而成

涡轮FD0055用耐高温不锈钢板，剪出叶片，弯成形状。

燃烧室用不锈钢容器改制

个人心得：

做为自制涡喷的原型机，可能现在你打算自制涡喷时，不用选择制作fd3-64，因为它毕竟是98年的产品，现在的国外爱好者的通过改进设计，自制涡喷已经达到12公斤推力。推重比10左右。

，但不要认为它已过时，而一无用处，因为fd3-64的制作理论，让你在家哩打造涡喷成为了

现实，不用去担心没有航空发动机制造厂的专用设备，因为日常生活中你能找到相应的材料来加工。同时，作者打破迷信专业厂家的思想，自己开动脑筋，用中国人的话说，就是想尽一切土办法，在科学的理论指导下制成了能用于航模的喷气发动机。他的成功，同时也鼓励了更多的爱好者参与到自制涡喷的研究与发烧行列中来，大大提高了自制涡喷的推力，这是一种挑战与锻炼。同时我们也可以参考fd3-64的制作加工部件过程，敢于根据自己的条件，在科学理论指导下，改进加工方法。但是fd3-64毕竟是过时的设计，它的木头压气轮需要碳纤加强，加上效率不高，因此，后来的改进用了kkk系列或盖勒特商品压气轮部件，稍大点的汽车配件店可以买到。

FD3/46 涡轮喷气发动机制作方法-摘录

在此感谢“东方蜘蛛”的大力支持

原著：kurt shreckling

摘自《Gas turbine engine for model aircraft-航模涡轮喷气发动机>》

业余制作涡轮的工具：

一台普通的车床

能焊不锈钢的电焊

电钻

由于详细的设计与制作过程有一本80页的书那么多，以下仅为书中内容的摘要！！！

1.涡轮

涡轮的桨叶长度大约是外经的1/6，（对于业鱼爱好者来说不要问为什么），因为是作者无数次实验的数据。

涡轮不能钻孔，叶片数设计为17片。

当温度从500度降至20度时，涡轮与机壳的间隙会减少5％，也就是说设计时要预留涡轮膨胀空间，太大了不行。没推力了。涡轮为2.5mm耐高温不锈钢剪口弯成。

2.轴

高转速低转矩，必须很硬，不然会在60000转、分的情况下共振玩完，本发动机用铝合金以助散热，两端为不锈钢。轴承要高转速 的，达90000转、分才行。使用润滑油降温，可以用日常找到的688代替。

3.压气叶轮

材料为航空层板，或山毛榉等结实的木头。外绕碳纤加强.

4.涡轮动平衡

（请参见涡喷自制问答）

5.加工资料

fd3-64设计与部件加工蓝图 下载...>解压密码：联盟成员免费获得!

kj66的手工版

（适合中国爱好者参考的制作）

直径： 110mm

长： 235mm

最大推力：5kg

最大转速： 103,000rpm

排气温度： 550 deg C

净重 1.140Kg

本设计是kj66手工制作版，国外爱好者自力更生，除压气轮用了车用的配件压气轮之外，其余全用手工制作，以上是kj66的手工制作成品。

个人心得:(供爱好者参考）

对于国内爱好者要自制涡喷，根据本人的制作经验，我个人认为，可以在对fd3-64的加工设计原理有一定了解后，制作KJ66（手工版）是一个比较合适的选择，因为如下的改造足以让你觉得动心。

1.压气轮

新的设计使用了涡轮增压器用的kkk系列铝合金压气轮。各大汽车配件店能购到

由于原fd3-64木制压气轮制作比较麻烦，加上一定要碳纤加强，才能确保安全，

但碳纤在国内可能很难买到。因此会阻碍制作进程。也可能打消你制作的欲望。

为了提高压气机的效率，简化制作步骤，因而在kj66上用是汽车常用已做好动平衡成品kkk系列铝合金压气轮。（本工作室可提供所需的压气轮配件）

2.燃烧室

原设计是圆锥状，效率不高。环型燃烧室为重新设计为圆柱状，，不再用笨重的盘状结构燃料管，而是用6根1mm直径的注射器针来做，增加了六根燃料蒸发短管，改进后，提高了燃烧效率，有能力让涡轮转速达，103000 rpm,推力能达到5kg力。（kj66加工手册上提供了该种燃烧室的蓝图）

3.导气环(简称NGV)

原ngv,要焊在外壳上，加工过程较麻烦一些，现 导气环重新设计，，以配合圆柱状燃烧室，可以按图用不锈钢板来焊接加工。其实ngv国外多种加工方法，看个人情况可以改进加工工艺。

4,涡轮

涡轮可以同fd3-64制作方法一样。直径为66mm，用3.5mm不锈钢板来做，以增加强度。

5.轴承

选用高速陶瓷角接触轴承 ，使转速可达到最高要求。全陶瓷，国内价格较贵。参考国外的爱好者也是选用普通的较高级别的进口轴承，只是在使用中不要让涡喷长时间工作在最大推力下，同时确保轴承的冷却。

fd3-64为手工自制涡喷探索出一条路，在此基础上就是以专业材料与先进的加工手段加工出来的就是著名的商品涡轮机kj66，

参考意见：

根据个人情况，kj66手工版的制作，我选择完全按kj66的蓝图来加工，最难解决的那个涡轮部件，完全用fd3-64的加工方法来制作涡轮与动平衡调试，。最适合目前国内难以买到进口材料的爱好者制作。

商品级：KJ66

性能参数

直径：110mm

长度: 240mm

净重:0.93kg

推力：8kg力

价格：约1500美元

KJ66发动机可能是目前最流行的设计，用icon713精铸的涡轮,使之可以达到8公斤推力，这是Artesjets推出的产品，该公司为广大爱好者提供该机型各种配件，使自制爱好者也能在此基础上制造出高推力的涡喷发动机，也可能是目前世界上爱好者自制的最多的机型之一。

下图显示的是自制的kj66内部部件

：：喷气发动机和模型：：

1． 涡喷发动机的推力和螺旋桨推力的本质区别

FD3/64发动机满载时功率大概为80千瓦。随着发动机速度的提高，能量的转换率，也就是发动机的效率也不断提高。

定一活塞发动机工作容积为10cc，功率在转速为12000转/分时为1000瓦。螺旋桨直径为28cm，螺距18cm，发动机的最大效率为75%，此时转速为70%的最大转速。其静态推力F=33牛顿 大于FD3/64的24牛顿 设分别装有两种发动机的两架飞机的速度由于其他原因都达到40米/秒。活塞发动机产生的拉力将下降为大约20牛顿，。此时的喷气发动机终于显示出它的优越性。在40米/秒的高速下，它的推力只是稍稍地下降了2个牛顿，飞机的速度也将大大地超过装有活塞发动机的飞机。这也是为什么喷气机的速度能轻而易举地达到3百多公里每小时。

2． 发动机的安装和隔热

发动机工作要吸入空气，必须要有一个至少60mm直径的圆形的，一端直径逐渐增加到70mm的空气入口。喷气发动机的空气吞吐量远小于相当的函道发动机。

推力管道的进气口直径为80mm，喷口为75mm，长度为43cm，使用0.1mm厚的不锈钢制作。管道的进气口和发动机喷口必须要有大约10mm的间隙，仔细调整发动机喷口和管道之间的距离能够增加大约2牛顿的推力，实验表明管道超过喷口3mm是最明智的选择。管道的工作温度将达到350度，使用带有胶水的铝泊来隔热将很有用。

3． 燃料消耗与油箱

fd3-64使用的是汽油与柴油的混合物，最好是用航空煤油。油需要用一个小型 的油泵来加压。如果用在航模上，那么需要用7.2v上下的直流小油泵。

发动机的功率大概为80千瓦，如果燃料使用柴油，最小燃料消耗量大概为1。81g/s。也就是2.13毫升/s。不同于其他发动机，喷气发动机的油箱不能进入空气，不然的话为导致油路中断，医院用打吊针的塑料输液袋是很理想的油箱

相关资料与链接：(专业成员可看隐含链接）

1.绝对让共军弟兄流口水的台湾喷气飞行网站

2.用300元打造完全涡喷实验机（只供试验用）

3.涡轮发动机原理，结构 ，设计心得与指南

4. 下一页：涡喷自制问题解答FAQ

5.涡喷发动的附件与启动

6.高象真度喷气机战斗机体与加工

7.涡轮喷气发动机部件业余加工过程

8.自制低成本数控翼型切割机

（制作涡喷特别提醒！！）

：：安全守则：：

涡喷的制作不同于其他模型 ，由于涡喷在高温与高速条件下工作

如果你不想被当成烤鸭请注意下面的事项！！

1.别被火喷成烤鸭，玩火要有科学知识指导。

2.，涡轮一定要作动平衡才能用。

3.无论如何不要在共公场合试发动机，很多人围观不是好事。

4.涡轮转速高达70000转每分以上，没机械基础不要去试！！

5，发动机试运与工作中，永远不要站在涡轮的两侧正对位，以免涡轮发生事故时，钢片高速飞出，象一样，危及生命！！

特别提醒!做涡喷一定要有机加工与材料常识，了解金属，火灾,爆炸原理，等安全知识，安全第一。

油动模型大脚车发动机如何保养

原因：

1.温差太小；

2.摩擦太大；

3.没给初始动能；

4.冷 热室的体积不能差太多。

延伸阅读:

1.斯特林发动机是英国物理学家罗巴特 斯特林(Robert Stirling)于1816年发明的，所以命名为"斯特林发动机"(Stirling engine)。

2.斯特林发动机是通过气缸内工作介质(氢气或氦气)经过冷却、压缩、吸热、膨胀为一个周期的循环来输出动力，因此又被称为热气机。

3.斯特林发动机是一种外燃发动机，其有效效率一般介于汽油机与柴油机之间。

本田地球梦发动机用在哪些车型上

近来，许多购买燃油车模的朋友总是给我打电话说车子买回去启动不了，我总是一遍一遍花上巨大的精力来解释和指导，其实作为新手，一下子掌握发动机的脾气固然是有一定难度，但是只要你有信心，我相信，只是一层窗户纸没有捅破，只要你明白了原理，然后有一次启动的经验＋一次调整的心得，相信你会很快掌握发动机的启动和调整技巧。

本文就是给各位买了车子，而对于发动机仍然迷惑的朋友们捅开窗户纸！

首先，燃油车模不是玩具，它的专业卓越性能所必然带来其结构的复杂性和掌握它的难度，请不要指望它“安上电池就可以跑”。 它是由遥控系统（发射机 接收机 舵机 接收电源组成） 动力系统（发动机 传动系统 差速系统 刹车系统等等） 车架（底盘 避震 轮胎 轮框等）几大部分组成。

对于初学者而言，最难的应该就是发动机的调校了，如果不会调整发动机，就很难轻松启动、正确的运转发动机，而发动机是需要有专门的磨合过程的，如果初学者在错误的状态下度过磨合期，那么，发动机所遭受的损害将是严重甚至无法挽回的，例如拉缸。（本店提供代客磨合调整服务）

本文就是专门针对发动机启动、磨合、调整的扫盲文章，新手清认真听讲，老手请直接按Alt+F4键

首先，以1：10的平跑车为例，我们来认识一下一般发动机的外部结构（内部的就不用管了，本文是为了说明如何使用发动机，而不是如何制造发动机）

什么航模发动机好？

本田地球梦引擎模型，在2019年9月12日已经发动机车型众多。大部分车型基本上都搭载了地球梦发动机，比如雅阁、XRV、思域、缤智、飞度、冠道等车型。只要2.4升、2.0升(涡轮增压)、1.5升、1.0升发动机在售，3.0升汽油车用的发动机基本都是地球梦发动机。然而，只有R系列发动机因为先天的SOHC(单顶置凸轮轴)结构而与地球梦技术脱节。比如雅阁、思铂睿的2.0L汽油车型和缤智、杰德的1.8L车型。因此，同一款车型中也有地球梦和非地球梦的动力组合，需要区分。举例来说，雅阁中的2.4排量的车型是地球梦，而2.0排量的车型则不是。本田（Honda）创始人本田纯一郎于1946年成立了本田技术研究工业有限公司。本田的商标和名字都来自于创始人的姓氏。因其发动机技术卓越，有不少车友调侃“本田是买发动机送车”。

汽车发动机的总体结构与工作原理

航模发动机分电动机，甲醇内燃机，汽油内燃机，涡喷发动机。如果算上火箭模型的话，还要加上固体火药发动机。

电动机：电动机一般选用无刷电机，无刷电机相比有刷电机寿命更长性能更稳定。

无刷电机型号的选择：

无刷电机型号标称没有一个同一标准，目前比较通用的一种是内径标识法。即表识电机外转子内径，从一定程度上能够表明电机的线圈直径和匝数。新西达电机是国产比较便宜，性价比比较高的电机品牌，新手用足够了。比如“新西达2212 1400KV”即是一种电机的型号 1400KV在下面说明。

电机的KV值：电机输入电压每提高1v,电机空载转速提高的量，我们称为KV值。1400KV即说明电机空载情况下，加1V电压，转速为每分钟1400转，2V电压每分钟2800转，依此类推。

同型号电机（比如都是2212）KV值越大的电机，价钱越贵，拉力相对KV值小的电机越大（有限的提高，影响拉力最主要的因素还是电机的线圈直径、匝数，直观一点说就是内径。）

甲醇内燃机：比较传统的航模发动机。

从结构上分2冲程和4冲程两种。

结构上的不同就不多说了，查查初中物理课本就能知道。

但说性能上的不同：

在同等排量下，2冲程所能提供拉力更大，声音更嘈杂（不好听）

在同等拉力输出情况下，4冲程更省油，声音更好听些

还有一点非常大的不同：油门曲线不同。这是有能力买4冲发动机的人都买4冲的最大理由。

你那张纸拿个笔，画一个X轴和一个Y轴（只取第一象限，既只要X\Y轴上的数字都是正数），X轴表示你推油门杆的量，Y轴表示发动机的动力输出量。你觉得什么发动机最好控制？当然是油门杆量是1，动力输出也是1，油门杆是2，动力输出也是2，也就是说油门曲线是一条与X/Y轴都成45度的直线是最好控制的。但是很不幸发动机的油门曲线是一条曲线，4冲程发动机的油门曲线相比2冲程发动机的油门曲线更直一点，更接近最好控制的那条直线。

再说从排量上分。航模甲醇发动机排量一般有15、20、40、55、75、90等。这个“15、20。。。90”是表示排量是“0.015、0.02。。。0.09立方英寸”。按照发动机等级不同，配不同大小的飞机。72的四冲程发动机基本上和50的2冲程发动机动力差不多。

最高效率可达45%的新型汽油机

发动机，又称为引擎，是一种能够把一种形式的能转化为另一种更有用的能的机器，通常是把化学能转化为机械能。（把电能转化为机器能的称谓电动机）有时它既适用于动力发生装置,也可指包括动力装置的整个机器.比如汽油发动机,航空发动机.

结构---

机体是构成发动机的骨架，是发动机各机构和各系统的安装基础，其内、外安装着发动机的所有主要零件和附件，承受各种载荷。因此，机体必须要有足够的强度和刚度。机体组主要由气缸体、曲轴箱、气缸盖和气缸垫等零件组成。

一. 气缸体

水冷发动机的气缸体和上曲轴箱常铸成一体，称为气缸体——曲轴箱，也可称为气缸体。气缸体一般用灰铸铁铸成，气缸体上部的圆柱形空腔称为气缸，下半部为支承曲轴的曲轴箱，其内腔为曲轴运动的空间。在气缸体内部铸有许多加强筋，冷却水套和润滑油道等。

气缸体应具有足够的强度和刚度，根据气缸体与油底壳安装平面的位置不同，通常把气缸体分为以下三种形式。

(1) 一般式气缸体其特点是油底壳安装平面和曲轴旋转中心在同一高度。这种气缸体的优点是机体高度小，重量轻，结构紧凑，便于加工，曲轴拆装方便；但其缺点是刚度和强度较差

(2) 龙门式气缸体其特点是油底壳安装平面低于曲轴的旋转中心。它的优点是强度和刚度都好，能承受较大的机械负荷；但其缺点是工艺性较差，结构笨重，加工较困难。

(3) 隧道式气缸体这种形式的气缸体曲轴的主轴承孔为整体式，用滚动轴承，主轴承孔较大，曲轴从气缸体后部装入。其优点是结构紧凑、刚度和强度好，但其缺点是加工精度要求高，工艺性较差，曲轴拆装不方便。

为了能够使气缸内表面在高温下正常工作，必须对气缸和气缸盖进行适当地冷却。冷却方法有两种，一种是水冷，另一种是风冷。水冷发动机的气缸周围和气缸盖中都加工有冷却水套，并且气缸体和气缸盖冷却水套相通，冷却水在水套内不断循环，带走部分热量，对气缸和气缸盖起冷却作用。

现代汽车上基本都用水冷多缸发动机，对于多缸发动机，气缸的排列形式决定了发动机外型尺寸和结构特点，对发动机机体的刚度和强度也有影响，并关系到汽车的总体布置。按照气缸的排列方式不同，气缸体还可以分成单列式，V型和对置式三种。

(1) 直列式

发动机的各个气缸排成一列，一般是垂直布置的。单列式气缸体结构简单，加工容易，但发动机长度和高度较大。一般六缸以下发动机多用单列式。例如捷达轿车、富康轿车、红旗轿车所使用的发动机均用这种直列式气缸体。有的汽车为了降低发动机的高度，把发动机倾斜一个角度。

(2) V型

气缸排成两列，左右两列气缸中心线的夹角γ＜180°，称为V型发动机，V型发动机与直列发动机相比，缩短了机体长度和高度，增加了气缸体的刚度，减轻了发动机的重量，但加大了发动机的宽度，且形状较复杂，加工困难，一般用于8缸以上的发动机，6缸发动机也有用这种形式的气缸体。

(3) 对置式

气缸排成两列，左右两列气缸在同一水平面上，即左右两列气缸中心线的夹角 γ＝180°，称为对置式。它的特点是高度小，总体布置方便，有利于风冷。这种气缸应用较少。

气缸直接镗在气缸体上叫做整体式气缸，整体式气缸强度和刚度都好，能承受较大的载荷，这种气缸对材料要求高，成本高。如果将气缸制造成单独的圆筒形零件(即气缸套)，然后再装到气缸体内。这样，气缸套用耐磨的优质材料制成，气缸体可用价格较低的一般材料制造，从而降低了制造成本。同时，气缸套可以从气缸体中取出，因而便于修理和更换，并可大大延长气缸体的使用寿命。气缸套有干式气缸套和湿式气缸套两种。

干式气缸套的特点是气缸套装入气缸体后，其外壁不直接与冷却水接触，而和气缸体的壁面直接接触，壁厚较薄，一般为1～3mm。它具有整体式气缸体的优点，强度和刚度都较好，但加工比较复杂，内、外表面都需要进行精加工，拆装不方便，散热不良。

湿式气缸套的特点是气缸套装入气缸体后，其外壁直接与冷却水接触，气缸套仅在上、下各有一圆环地带和气缸体接触，壁厚一般为5～9mm。它散热良好，冷却均匀，加工容易，通常只需要精加工内表面，而与水接触的外表面不需要加工，拆装方便，但缺点是强度、刚度都不如干式气缸套好，而且容易产生漏水现象。应该取一些防漏措施。

二.曲轴箱

气缸体下部用来安装曲轴的部位称为曲轴箱，曲轴箱分上曲轴箱和下曲轴箱。上曲轴箱与气缸体铸成一体，下曲轴箱用来贮存润滑油，并封闭上曲轴箱，故又称为油底壳图（图2-6）。油底壳受力很小，一般用薄钢板冲压而成，其形状取决于发动机的总体布置和机油的容量。油底壳内装有稳油挡板，以防止汽车颠动时油面波动过大。油底壳底部还装有放油螺塞，通常放油螺塞上装有永久磁铁，以吸附润滑油中的金属屑，减少发动机的磨损。在上下曲轴箱接合面之间装有衬垫，防止润滑油泄漏。

三. 气缸盖

气缸盖安装在气缸体的上面，从上部密封气缸并构成燃烧室。它经常与高温高压燃气相接触，因此承受很大的热负荷和机械负荷。水冷发动机的气缸盖内部制有冷却水套，缸盖下端面的冷却水孔与缸体的冷却水孔相通。利用循环水来冷却燃烧室等高温部分。

缸盖上还装有进、排气门座，气门导管孔，用于安装进、排气门，还有进气通道和排气通道等。汽油机的气缸盖上加工有安装火花塞的孔，而柴油机的气缸盖上加工有安装喷油器的孔。顶置凸轮轴式发动机的气缸盖上还加工有凸轮轴轴承孔，用以安装凸轮轴。

气缸盖一般用灰铸铁或合金铸铁铸成，铝合金的导热性好，有利于提高压缩比，所以近年来铝合金气缸盖被用得越来越多。

气缸盖是燃烧室的组成部分，燃烧室的形状对发动机的工作影响很大，由于汽油机和柴油机的燃烧方式不同，其气缸盖上组成燃烧室的部分差别较大。汽油机的燃烧室主要在气缸盖上，而柴油机的燃烧室主要在活塞顶部的凹坑。这里只介绍汽油机的燃烧室，而柴油机的燃烧室放在柴油供给系里介绍。

汽油机燃烧室常见的三种形式。

(1) 半球形燃烧室

半球形燃烧室结构紧凑，火花塞布置在燃烧室中央，火焰行程短，故燃烧速率高，散热少，热效率高。这种燃烧室结构上也允许气门双行排列，进气口直径较大，故充气效率较高，虽然使配气机构变得较复杂，但有利于排气净化，在轿车发动机上被广泛地应用。

(2) 楔形燃烧室

楔形燃烧室结构简单、紧凑，散热面积小，热损失也小，能保证混合气在压缩行程中形成良好的涡流运动，有利于提高混合气的混合质量，进气阻力小，提高了充气效率。气门排成一列，使配气机构简单，但火花塞置于楔形燃烧室高处，火焰传播距离长些，切诺基轿车发动机用这种形式的燃烧室。

(3) 盆形燃烧室

盆形燃烧室，气缸盖工艺性好，制造成本低，但因气门直径易受限制，进、排气效果要比半球形燃烧室差。捷达轿车发动机、奥迪轿车发动机用盆形燃烧室。

四. 气缸垫

气缸垫装在气缸盖和气缸体之间，其功用是保证气缸盖与气缸体接触面的密封，防止漏气，漏水和漏油。

气缸垫的材料要有一定的弹性，能补偿结合面的不平度，以确保密封，同时要有好的耐热性和耐压性，在高温高压下不烧损、不变形。目前应用较多的是铜皮——棉结构的气缸垫，由于铜皮——棉气缸垫翻边处有三层铜皮，压紧时较之石棉不易变形。有的发动机还用在石棉中心用编织的纲丝网或有孔钢板为骨架，两面用石棉及橡胶粘结剂压成的气缸垫。

安装气缸垫时，首先要检查气缸垫的质量和完好程度，所有气缸垫上的孔要和气缸体上的孔对齐。其次要严格按照说明书上的要求上好气缸盖螺栓。拧紧气缸盖螺栓时，必须由中央对称地向四周扩展的顺序分2～3次进行，最后一次拧紧到规定的力矩。

作为混合动力汽车动力总成的重要组成部分，内燃机长期在其特性曲线场范围内运行。为此，研究人员对内燃机进行了优化设计，以大幅提高其工作效率。由德国IAV公司开发的1款新款汽油机，具有较高的压缩比。通过充量稀释技术与活性预燃室点火系统实现良好匹配，从而使该机型的最高效率达到了45%。

1 动机

根据欧盟委员会的要求，降低CO2排放势在必行，从而显著提高了对车辆动力系统的要求。从2021年起，CO2排放指标将在原有的95 g/km排放限值基础上再降低37.5%。不仅如此，研究人员会取一定技术措施以降低汽油机的燃油耗，同时须使车辆动力系统在所有行驶条件下均能有效降低CO2排放。因此，该技术要求对汽油机与电驱动部件的组合提出了更高挑战。为此，研究人员可在特性曲线场中对汽油机进行更有针对性的设计，从而大幅提高整机效率。

2 混合动力总成系统的架构

混合动力总成系统可按照所用的混合动力形式（微混合动力、轻度混合动力和全混合动力）或者按照电机的布置方式（串联、并联和功率分支）进行分类。在对技术复杂性、节能潜力、工作能力和成本进行权衡的情况下，并联混合动力被视作是1类具有较好应用前景的布置方式。全混合动力型式由于可有效降低CO2排放，并能实现能量回收和动力输出，从而也具有较高的技术竞争力。如果研究人员对插电技术和再生能量回收技术进行进一步优化，以此可持续提高整车节能潜力。图1示出了在混合动力总成系统中内燃机的工作范围，此时需协调并优化低端扭矩（LET）、额定功率和部分负荷等因素之间的矛盾。在低部分负荷工况范围内，车辆以纯电动状态行驶，同时在蓄电池尚未完全充满电的情况下应通过调整运行工况点以避开该工况范围。

3 热力学方案

该方案的技术核心是通过显著增大压缩比来提高整机热效率，并限制低端扭矩范围来实现上述目标。除此之外，研究人员通过应用冷却废气再循环（EGR）与米勒配气定时以及较短的燃烧持续期以降低整机爆燃倾向。充量稀释带来的附加效果是热损失逐步降低。除了用充量稀释等策略之外，由于较大的行程缸径比和较高的压缩比会导致较高的壁面热损失，而能否将换气损失降到最低程度则取决于废气涡轮增压器的设计方案。此外，经充分优化的进气通道和按最佳工况点而设计的压气机转子可使该方案得到进一步完善。

4?使汽油机效率达到45%的设计方案

在对新型汽油机进行设计的过程中，研究人员须对众多机型参数进行优化。由于某些机械损失的状况各有不同，从而产生了多标准优化的问题。在该方面，一维（1D）换气模拟与IAV公司独创的数学优化程序实现关联，基于爆燃、增压、壁面热量和燃烧过程而设立的基础模型被运用至相应的发动机模型中，研究人员通过优化过程对转速、负荷、压缩比和汽油机效率等参数进行了设置（图2）。最佳配置使汽油机在转速为4 400 r/min时的有效热效率可达到45.4%。同时，在研究人员针对汽油机运行范围进行优化的前提下，汽油机在转速为3 000 r/min时的有效热效率能达到45%，此时压缩比为17.4，EGR率为42%，行程缸径比为1.25。

图3示出了汽油机有效热效率为45% 时的热力学效应。在该图中，将压缩比为9.6的基础机型（1.4 L涡轮增压直喷式汽油机）在转速为3 000 r/min和平均有效压力为1.26 MPa时的运行工况点作为基准。单纯提高压缩比时，汽油机的有效热效率改善效果并不明显。即使在无爆燃现象的前提下，由于壁面热损失增加，整机热效率仅提高了2.4%。同时，由于实际的爆燃倾向增大导致燃烧重心位置出现得较晚，从而使得壁面热损失和燃烧损失之和有所增加。研究人员通过优化所有的硬件组件，从提高压缩比入手，以此能使热效率提高8.5%。由于该过程中所用的EGR率高达42%，通过EGR增加气缸中气体质量的同时，也相应增大了整机热容量，从而降低了峰值温度，并可显著改善壁面热损失。除此之外，研究人员通过用1.25的行程缸径比可使壁面热损失进一步降低。为了将燃烧损失降至最低程度，研究人员即使对充量进行高度稀释仍需要维持较短的燃烧持续期（10%～90%的燃油实现燃烧转化）。为了点燃经高度稀释的混合气，并迅速地实现燃烧转化，从而应配备有1个合适的点火及喷油系统。同时，借助于加大废气涡轮和按最佳工况点进行优化的压气机来实现换气优化过程，即便用更大的进气量和更高的增压压力，仍能确保换气损失不会增加。

5 用于稀释混合气的预燃室点火方案

除了稀薄燃烧过程之外，研究人员也可通过稀释废气来提升发动机效率，以实现化学计量空燃比。虽然借助于三元催化转化器进行废气后处理具有显著优势，但是EGR率受到点火系统潜力的限制。为了解决EGR率与汽油机点火能力之间的矛盾，IAV公司已开发出了1种活性预燃室点火系统，通过将少量的气体封装在预燃室中即可使部分混合气的过量空气系数达到能着火的范围。同时，该预燃室可用于产生高能量的火焰锋面，以此能迅速点燃高度稀释的混合气。为了在高EGR率情况下形成易于着火的混合气，需要用1种特殊的喷油器，其能通过空燃混合气对预燃室进行扫气，因此预燃室中在点火瞬间时的EGR率比主燃烧室更低。图4中示出的试验结果表明，该类燃烧过程的残余废气兼容性得以显著提高，在爆燃极限范围内更合适的燃烧重心位置和较短的燃烧持续期提升了整机效率，但是由于并未配备扫气泵，在试验台上缺乏足够的扫气压差，为了不影响燃烧稳定性，EGR率被设定为32%。

6 系统结构和潜力

图5示出了包括活性预燃室在内的汽油机总体布置方案。该方案中所用的单级废气涡轮增压中冷直喷式汽油机利用了1种基于化学计量比混合气运行过程而设计的废气后处理系统。该系统中较为重要的组成部分是预燃室点火系统，并在该图中示出了预燃室中的常规火花塞和所需的燃油-空气喷射器。其中，燃油-空气喷射器需要附加低压燃油系统，并需要借助于由电动泵与储气罐组成的空气供应装置。为了使EGR率达到40%以上，废气管路与进气管路之间应保持一定的扫气压差，为此应配备低压EGR循环管路。此外，废气热焓完全可用于增压过程，在通过EGR引出部分废气且温度较低的情况下，EGR冷却器的冷却能力相对较低，而EGR从三元催化转化器和颗粒捕集器后引出废气可减少对进气管路的污染，并进一步降低了爆燃倾向。

虽然目前用的可变气门机构并非不可或缺，但以此能扩大汽油机高效率工作范围。图6示出了汽油机的效率特性曲线场，除了45%的最高效率工况点之外，效率为40%以上的工作范围得以有效扩展。在车辆以内燃机状态行驶时，全球轻型汽车测试循环（WLTC）条件下的节油潜力为每百公里0.6 L，而C级混合动力车带来的节油效果为每百公里1.0 L，从而具有较好的应用前景。

7 结论

本文介绍了基于活性预燃室的燃烧过程而开发，并在整个特性曲线场内能以化学计量比状态而运行的新型汽油机设计方案。要达到此类改善效果的前提条件是在混合动力系统运行条件下逐步扩大受限的汽油机特性曲线场。研究人员将较高的EGR率与较长的行程结构相组合，在显著提高压缩比的情况下降低了壁面热损失。同时，大幅降低的低端扭矩和冷却EGR使汽油机在全负荷工况范围内依然有着较高的缸内压力参数。研究人员针对废气涡轮增压器进行了优化设计，从而避免增加换气损失。因此，在特性曲线场的最佳工况点上，汽油机的有效热效率达到了45%。同时，由于汽油机的最高效率工况点与长途行驶时的运行工况点位置接近，因此该方案可确保用户驾车在市郊或高速公路行驶时的有效燃油耗与CO2排放得以显著降低。

作者：[德]M.SENS等

整理：范明强

编辑：伍赛特

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