以乙醇为燃料的内燃机的发展外文翻译资料

英语原文共 7 页，剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料

以乙醇为燃料的内燃机的发展

摘要

乙醇已被公认为是一种重要的可供选择的燃料，随着最新技术的进一步提高,市场的动态行为以及消费者的思想观念驱动着发展，这允许了主要在设计大纲上的提高，从而导致了一个不同的决定性模型，从而达到当下消费者和市场需求的技术性提高。

本文将介绍福特Zetec RoCam 单顶置凸轮轴 1.6L排量 多点喷射 直列四缸乙醇燃料发动机开发的重点和整体改进（水合乙醇）。基础汽油燃料发动机程序的设计从其概念上来说是灵活的和稳健的，在全球范围内运行（1999年在巴西和Mercosul市场上推出），具有不同类型的汽油规格，乙醇应用详细，包括描述的主要结果。建立了工程设计验证计划，并保护基础汽油项目必要变更的可靠性和稳健性。它被执行以检测在基本程序上不被考虑的可能的边界条件，以完全证明水合乙醇燃料应用。

介绍

在过去几十年中，已经证明乙醇燃料是一种可行的替代品，其在巴西甚至占据了大多数市场份额，并且它仍然是一个可行的选择，主要是总体生产/分销战略改进再次增长。

最近对乙醇燃料应用在内燃机上的先进研究提出了广泛的突出的改进，为新概念增加了困难的挑战。

为了应对这一挑战，设定了优化开发成本的目标，考虑基本汽油发动机的最低要求变化和消费者心态的优先级（从总体拥有成本，性能感觉，高里程耐久性等）。 由于其出色的市场接受性和增值驱动技术特性，基本发动机是这些目标的理想选择。

乙醇

乙醇性质-乙醇被认为是一种环境友好的能源，因为它有一个封闭的碳循环，所以大多数由其燃烧产生的二氧化碳是在作为乙醇来源的甘蔗的天然光合作用过程中从大气中获得的。因此，酒精不会造成温室效应，不像所有已知的化石燃料。考虑到汽油和乙醇发动机的污染物排放的含量，重要的是要提到乙醇转化对CO排放产生负面影响，但是对于NOx，Aldeydes和碳氢化合物有微小的差别。表3显示了从最终乙醇发动机获得的废气排放值。

水合乙醇（来自甘蔗）在巴西当地生产，并已用于商业目的。乙醇可以在不耗尽自然资源的情况下生产，因为它来自巴西的大部分来源。

与市场汽油相比，醇燃烧性能具有较低的能量含量，较高的辛烷值和减少的化学计量空燃比（AFR），允许增加发动机性能数字。在这种发展中，与类似车辆应用中的基础气体油发动机相比，峰值扭矩增加了9％，峰值功率增加了15％。这种增加是可能的，因为较低的化学计量AFR允许燃料质量增加60％进入燃烧室，因此燃烧中的能量总量高10％。与这种条件平行，较高的辛烷值允许较高的压缩比与较高的提前火花点火正时平衡，均增加了发动机的热力学效率。

表1显示了根据巴西政府规定的商业巴西水合乙醇规格。这些规格在酒精应用的开发阶段用作指南。

表1 - 巴西水合乙醇的特性

1. 透明的
2. 生产水平规格

（3）分配级别规范

（4）不受政府监管

发动机主要特性

消费者驱动的开发 - 这个消费者为导向的发展带动了需要维修交换，即创造，呈现高里程耐用性和可靠性，具有高比扭矩输出也能提供零维护的水平，除了部分发动机：火花塞，机油和机油 过滤器。基本发动机系统无需维护240.000公里（除了列出的例外）。

主要设计特点如下：

阀 - 为了在低发动机转速下促进改进的扭矩，并降低装配复杂性成本，发动机装配有具有2个阀的单个顶置凸轮轴。阀门钥匙使用3槽设计，允许阀门自由转动而不移动弹簧或其板。

集成链驱动 - 使用链条代替带驱动系统允许高里程可靠性，无需维护和最佳操作，整个产品寿命由液压链条张紧器保证简单和成本有效的概念。它由链条导向件补充，所有链条导向件都安装在发动机缸体（铸铁）和缸盖壳体部，避免使用外部盖/垫圈（泄漏风险），提高整体动力系统NVH，小型车辆应用。

阀机构 - 凸轮轴由带有烧结凸轮凸角的管状轴（低惯量）组成，凸轮凸角安装在轴上（凸轮定时设计灵活性和最佳表面光洁度）。凸轮凸角与安装的滚子指状随动件相互作用，保证了系统的低摩擦水平和一个终生无故障的操作。液压间隙调节器自动补偿整个系统的任何变化。参见图1。

图1 - 气门配置

冷却系统 - 特殊的冷却剂流量控制模块设计允许内部冷却剂旁路使发动机加热阶段最小化。优化的水套概念和热分布导致低体积应用，其允许适当的工作温度在最小时间实现，并且即使在极端工作条件下也促进低气缸孔变形。

图2 - 水夹套概念

活塞 - 轻压缩高度（活塞顶和连杆销之间的距离）的轻型活塞设计有助于降低发动机总高度，减少由于振动质量造成的损失。低摩擦裙部涂层降低更多的内部摩擦损失。在第一凹槽区域处的硬质阳极氧化涂层保护活塞免受由潜在使用低质量燃料引起的影响/损坏。活塞冠与第一凹槽之间的距离非常短，有助于减少更多的污染物排放（环保设计）。

油冷却喷嘴 - 油冷却喷嘴的存在有助于现代活塞设计在危险的有害情况下生存，并提供更好的燃烧温度和爆震敏感性的控制，从而提高耐久性，燃料消耗和性能。

气缸盖 - 专门开发的铝合金用于轻型设计的气缸盖，气缸盖，凸轮轴，液压间隙调节器，油和水通道，发动机冷却液输入和输出，链顶壳体，并支持无轴承应用 用于凸轮轴。

曲轴 - 设计有4个配重的曲轴实现了轻量化解决方案，其中集成了直接驱动油泵和凸轮轴链条的机构。

汽油VS乙醇应用

表2显示了汽油和醇类型的主要物理特性。

表2 - 发动机主系统

材料和设计变化 - 为了优化乙醇潜力，通过气缸盖燃烧室高度和活塞压缩高度和碗体积的轻微变化提供了12.5:1的更高的压缩比。较高的燃烧温度还导致部件材料和设计的变化。

活塞 - 通过乙醇实现更高的负载，对活塞销孔进行了修订，提供了特殊的轮廓和表面磷化处理。活塞材料也改变为较高的温度等级，并且将硬的阳极氧化层添加到活塞顶部。

阀门 - 进气阀材料修订为X45CrSi93，进气和排气阀面板镀“钨铬钴合金F”。 阀座环材料修改为CoMo12FS。

排气歧管 - 由于较高的排气温度，材料从不锈钢SAE 409修改为不锈钢SAE 411。

燃料系统 - 为了保持与乙醇的化学兼容性，燃料轨道材料已改性为具有35％玻璃纤维的较低吸湿性塑料。由于化学计量AFR值（水合乙醇= 8.4AFR / Gasohol EtOH22 = 13.4AFR）的差异，需要更高的燃料质量流量需要更高流速的燃料喷射器。

密封件和垫圈 - 所有密封件和垫圈都能抵抗燃料使用。在与乙醇接触时对化学侵蚀的测试证明了设计的鲁莽性。

冷启动 - 冷启动系统使用经典的汽油燃料喷射系统。这种全自动系统由高性能电子控制模块驱动，其性能促进无缺陷启动，具有低排放水平，其优点是客户不需要与系统交互。汽油通过校准孔到达发动机，该孔通过已经可用的曲轴箱通风软管将燃料引导到进气口。

电子管理 - 在基本程序的定义中选择了一个强大而灵活的发动机管理策略，保护了一个独特的控制模块和策略用于所有燃料应用（全球汽油规格，汽油和酒精）。

简化燃烧分析

燃烧分析由最大值组成燃烧压力测量和校准爆震和提前点火敏感性的验证。

碰撞和预燃 - 爆震灵敏度和预点火测试试图模拟有关压缩比，碳形成，发动机上死点位置和所有可能的传感器偏差的边界公差的最坏情况条件。 这些测试是为了确保完全的硬件保护。

最大燃烧压力 - 测试找到最大燃烧压力以确保机械部件关于疲劳应力的耐久性。 最大统计压力是由活塞，连杆，曲轴，盖和轴承形成的功率转换系统中的疲劳应力水平的良好指示。 该值对于指示气缸盖及其螺栓中的应力也是有价值的。 通过在临界速度下的测试获得的曲线在图3中示出。

曲轴角度[°]

压力[bar]

图3 - 最大统计燃烧压力。

结果

排放 - FTP75排放循环测试，具有以下结果并与汽油发动机进行比较，如表3所示。

表3-排放水平比较