新型循环内燃机工质移缸和喷水做功的节能原理与应用基础

为达到比传统内燃机更高的热效率，近几年陆续出现了多种新型循环发动机。.本项目旨在研究在一些典型非常规循环发动机上所具有的工质移缸或喷水做功技术特征的节能原理，探索内燃机高度节能的新理论和新途径。重点研究联合循环前后缸的协调匹配规律、转接管影响规律和降低节流损失的措施；研究热气中喷水升压的控制参数影响规律及提升能效的关键技术。拟解决的主要科学问题是进气压力和排气背压对发动机效率的联合作用规律，以及热气中喷水对气压的影响规律及其随时间的变化率。.创新点和特色主要是系统性研究内燃机联合循环的前后缸协调关系规律和喷水做功控制规律，并在项目组前期研制的八冲程联合循环发动机上验证和发展有关理论和技术。.本项目的成功，将获得高效发动机热力循环关键技术和理论基础，对于内燃机学科的发展和我国汽车工业的技术进步具有重要意义。预期结果发表论文至少3篇被SCI收录，申报发明专利2项。

为实现大幅度提高内燃机工作热效率的突破，内燃机领域出现了多种新型循环内燃机。本团队从几种典型新型循环内燃机中总结出两大共性技术特征：工质移缸和喷水做功。研究这两个技术特征，对于揭示新型循环内燃机节能原理和开发新型节能内燃机具有重要意义。.为了研究新型循环内燃机的节能原理与应用基础，本团队将一台传统四缸四冲程汽油机改造成一台兼具工质移缸和喷水做功技术特征的试验用复合循环内燃机。该内燃机前缸的燃烧废气通过转接管送入后缸，后缸通过喷水做功提高工作效率。实验表明，复合循环内燃机在低负荷工况下可以通过工质移缸降低燃油消耗率，在高负荷工况下可以通过喷水蒸发膨胀做功降低燃油消耗率。.复合循环内燃机工质移缸节能的原理是燃烧废气的二次膨胀做功。根据膨胀缸的工作模式，二次膨胀可以分为四冲程二次膨胀和二冲程二次膨胀。与传统内燃机相比，四冲程二次膨胀的节油工况集中在低负荷区域，而二冲程二次膨胀的节油工况则集中在高负荷区域。因此，本项目提出了2/4可变冲程二次膨胀内燃机概念，它的高效工况可以节油10-17.6%，且覆盖一般车用内燃机的所有常用工况。.在喷水做功方面，本团队通过向固定容积气缸高温气体中喷水研究了喷水做功的节能机理，发现闪蒸可以提升喷水做功的能力，并且总结出了“一低两高”的喷水做功类内燃机设计方向：喷水时缸内压力尽量低、喷水水温尽量高，以及气缸壁面温度尽量高。根据此目标，在复合循环内燃机的基础上，本项目提出了缸内闪蒸喷水内燃机概念。根据仿真研究，该内燃机可以提升内燃机转矩15.4%，降低油耗9.4%。.内燃机气缸内喷水会造成气缸湿壁的现象，导致活塞环与气缸壁摩擦阻力增加和磨损加剧的问题。为增强内燃机气缸壁的疏水性，本项目提出了一种利用椭圆振动纹理加工（EVT）的方法，在气缸壁与活塞环的接触面上加工出结构化纹理。实验结果表明EVT可以通过改变加工参数控制材料表面的疏水性，利用凹坑表面纹理获得较大的材料表面疏水性。 .原计划发表SCI/EI论文3篇以上，申报发明专利至少2项，培养人才5名至少1名被评为系级或校级优秀人才。实际完成相关成果22项，12篇论文发表于SCI/EI 检索的期刊，其中SCI检索5篇，EI检索10篇，申报发明专利3 项，1项已授权，培养博士后、博士和硕士研究生5人，其中2名研究生（1名博士和1名硕士）获得了研究生国家奖学金，1位博士后已成为北京长城学着。