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欧美等发达国家对通用小型汽油机的排放法规不断加严,给我国通用小型汽油机产品出口制造了很大的技术壁垒。目前,国产小型汽油机产品认证样机性能较好,但批量生产中部分产品存在排放污染物高、不同批次产品之间性能散差偏大,一些机型使用催化剂后,其消声器温度高,安全性差,与国外同类产品相比存在较大的差距。因此,开展通用小型汽油机排放生成机理与主要影响因素的研究、对提高产品质量、消除技术壁垒有着重要的学术意义和实用价值。
本文研究了通用小型汽油机进、排气系统优化对汽油机性能和排放的影响,以出口量最大的168F汽油机为研究对象进行试验研究和理论分析,研发出用于通用小型汽油机进排气系统的稳流试验台和试验分析方法,试验分析得出该类机型汽油机的气道是压铸结构,工艺因素的限制及结构存在设计缺陷,导致气道的流通能力差,流通系数低,远远低于砂型铸造的气道性能;通过对样机进、排气道三维造型和CFD分析,得出了影响通用小型汽油机压铸进、排气道流通性能的关键结构要素。在满足压铸工艺的同时,对进、排气道进行结构形状和关键参数的优化设计,并压铸出带新型进、排气道的气缸盖,稳流试验表明进、排气道的流通系数大幅提高,其中进气道提高了13.1%。
将气道优化前后的气缸盖分别装配在同一台汽油机上,进行了整机性能试验、示功图采集和放热规律计算,研究分析了进、排气过程变化对发动机燃烧的影响。结果表明:装有新气缸盖的汽油机进气量增加,充量系数提高。经化油器匹配,汽油机功率从3.86kW提高到4.10kW,提高了6.3%,燃油耗降低了11.3g/kWh;外特性上最大转矩提高了5.8%,整机CO排放有所下降,HC+NOx排放从12.66下降到10.14g/kWh,汽油机综合性能提高。对装新气缸盖的样机采用二次空气补气,汽油机CO排放为210.3 g/kWh,HC+NOx排放下降到7.34 g/kWh,使168F汽油机用机内净化与二次补气,不加催化剂达到美国第Ⅲ阶段排放法规限值。
研究工作中,研发完成的“用于通用小型汽油机进排气系统流动特性试验装置和排放控制方法”已获批国家发明专利;申报的“一种四冲程小型汽油机用压铸气缸盖及其制造方法”国家发明专利已受理,实用新型专利已获批。