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《国外内燃机车》20o7年第3期(总第393期) 9 极限值试验发动机的设计和初步运行试验 【芬兰】RaimoTurunen等 摘要：在2001年汉堡 CIMAC会议上介绍了赫尔辛基理工大学 内燃机实验室的极限值试验机 (E1I，E)项 目。此后，完成了基础发动机的设计和制造，而且进行了普通功率密度的初步试运行。 本文介绍发动机设计的一般情况及其控制和辅助系统，并叙述设计过程 中遇到的理论难点和 实际困难及解决方法。由于该项 目纯属研究性质，并且是针对高功率密度的，因此在设计 中采取 了一些超常的解决办法。发动机的特殊构造包括燃烧室的形状，曲轴、气缸套、气缸盖、气门布置 以及无凸轮轴运行系统。辅助 系统包括很大的电气装置，空气增压、冷却润滑以及液压系统。有 两套发动机运行控制系统，即 “主控制”系统和 “辅助控制”系统。前者用于诸如燃油喷射一类的调 整场合；后者用于低速场合，诸如增压空气压力和温度控制。此外，发动机还装有独立的测量 系 统，其用于确定燃油和增压空气质量流量、气缸压力曲线以及发动机零部件温度等。 在叙述试验结果时，重点放在观察各种控制和辅助系统的功能、使用方便性 以及燃烧室的特 点上 关键词：极限参数 试验研究用发动机 设计 结构 与燃油量相对应，这就对增压空气系统提出了要 1 引言 求。在所产生的高密度条件下，燃油喷雾束的表现 如何，人们尚不很清楚。由于供油率的增大，燃烧 在 100多年的柴油机发展史上，各个时期有其 过程中气缸压力和温度将上升。压力将会对气缸 不同的发展重点。可以说，最重要的目标有：燃油 盖、活塞、气缸套、气缸垫以及轴承的机械负荷有影 经济性、可靠性、使用方便性的改进，燃用劣质燃料 响，而温度将会对燃烧室壁及气门的热负荷有影 的能力以及废气中有害排放物的减少。然而，最持 响。 久的趋势一直是功率密度(单位排量的功率)的增 很显然，提高柴油机功率密度涉及到太多的发 大，这一趋势看来在将来还会延续下去。 动机研究课题。 发动机的功率增大可以通过提高转速或扭矩 现代发动机的开发大量地借助于数学模型和 来实现，前者由平均活塞速度来体现，后者则由平 先进的计算工具。各种模型被用于计算发动机的 均有效压力来度量。 燃油雾化和燃烧等过程，零部件强度和热流计算按 提高活塞速度面临燃油喷射、燃烧和气门机构 惯例采用有限元(FEM)法。然而，虽然近年来使用 控制方面的困难。活塞和活塞环的摩擦运行条件 计算工具所得出的预测结果已有显著改进，但还是 变得更苛刻，曲柄机构的质量力和轴承负荷也在增 不可完全依赖预测值。因此，通常在发动机开发阶 大。 段是通过样机试验来验证计算结果。 平均有效压力的提高意味着供油率的增大’，与 试验之后，通常或多或少(取决于计算值和测 先前的情况相比，人们必须将更多的燃料供应给相