基于排气VVT的直喷汽油发动机性能试验研究

在一台自然吸气直喷汽油发动机上进行运行工况内的进、排气可变气门正时(VVT)相位扫点试验,根据不同排气VVT相位下的发动机动力性和燃油经济性,结合进气流量、最高燃烧温度、指示热效率和泵气损失等因素,分析了发动机性能变化的原因。研究结果表明,外特性工况排气VVT推迟15°曲轴转角时,进气量增加,动力性提高;继续推迟排气VVT相位,泵气损失增加,动力性降低。在转速低于2 400r/min的中、高负荷区域,开启排气VVT使得指示热效率增大,泵气损失减少,发动机油耗降低;在排气VVT相位大于-15°曲轴转角、转速高于2 800r/min的中、高负荷区域,发动机经济性变差。     

可变气门正时标定在气门正时设计中的作用

以一款2. 0 L增压直喷双可变气门正时(VVT)汽油机为研究对象,在一定的工况区域进行发动机台架试验,标定VVT。试验结果表明,41%工况的进气VVT处于极限开启位置,将进气开启定时再提前,可以进一步降低燃油耗。为此,对进气气门正时进行错齿改造并试验,验证新增的进气VVT角度可以使发动机获得更好的经济性表现。试验结果表明,错齿改造使发动机燃油耗降低,说明VVT的标定结果可以对气门正时设计提出改进意见。     

某型汽油机降油耗分析计算

为了满足国家乘用车第3阶段油耗法规,应用AVL Cruise软件对某汽油机车型进行降油耗仿真计算,找出了此型汽油机在整车测试循环工况中的一些关键工况,利用AVL Boost软件对这些工况点进行了优化计算并提出了优化方向,通过对气门升程曲线的优化和设计合适的进气可变气门正时(VVT)控制策略,以满足在保持原车动力性能的基础上降低整车循环工况油耗,采用自主开发的配气机构软件以及AVL EXCITE Timing Driver软件进行配气机构优化设计,仿真结果证明达到预期效果。     

基于整车经济性的两级可变气门升程技术研究

以整车NEDC循环为标准,对比NEDC循环中的工况点油耗量的权重,优化高油耗率工况点,能够更直接地降低整车循环油耗.本文基于NEDC循环中高油耗权重的发动机工况点,研究采用两段式可变气门升程技术对NEDC循环综合油耗的影响,并分析说明使用小升程气门曲线能够降低油耗率的原理.结果显示,此款发动机使用两段式可变气门升程能够有效降低NEDC循环油耗约2.5％.     

全可变液压气门机构对汽油机泵气损失及机械效率的影响

设计一种全可变液压气门机构(fully hydraulic variable valve system,FHVVS),实现气门最大升程、开启持续角和配气相位的连续可变,通过进气门早关方式取代传统节气门来控制发动机的负荷。试验结果表明:与传统节气门汽油机相比,无节气门汽油机可以显著降低中小负荷工况下的平均泵气损失压力,大幅度降低泵气损失、提高机械效率。在小于等于50%负荷工况点,发动机转速为2000 r/min时无节气门汽油机的机械效率可以提高3. 6%～10. 2%,3000 r/min时机械效率可以提高2. 8%～7. 1%。     

某型汽油机配气机构优化设计

针对某型汽油机要达到降油耗的目的,采用自主开发的配气机构软件以及AVL Excite Timing Driver软件对该汽油机进行配气机构优化设计,建立配气机构单阀模型,进行运动学和动力学计算,着重从气门升程曲线的丰满系数、凸轮与平面挺柱间的接触应力,以及凸轮曲率半径等方面进行了分析,结合合适的进气可变气门正时(VVT)控制策略,利用Boost软件进行验证,进一步确定了配气机构优化设计的有效性,确定了最优方案。     

新型连续可变气门正时及升程复合凸轮设计

本文简要介绍了可变气门正时（VVT）及可变升程技术,提出了一种简单而实用的新型凸轮结构.这种凸轮结构,可以同时实现连续可变气门正时及连续可变气门升程,适应了无级式机电一体化可变气门正时及可变升程机构的发展趋势.     

双VVT对汽油机内部EGR影响的试验研究

以一款2.0L增压直喷可变双VVT汽油机为研究对象,在转速为2 000 r/min、相对充气量为40%工况点进行VVT全因子试验。试验结果表明:通过调节VVT,可以实现内部EGR,提高发动机性能,降低发动机油耗及HC和NO_x排放。     

可变进气门升程对汽油机泵气损失的控制及对燃烧过程的影响

为了降低汽油机部分负荷泵气损失,改善燃油经济性,在自主开发的进排气门升程和相位全可变的4VVAS(4 variable valve actuation system)单缸汽油机上开展了可变进气门升程控制负荷的试验研究,研究了进气门升程对进气量和负荷的控制作用以及进气门升程控制对泵气损失以及燃烧过程的影响,比较分析了采用可变进气门升程对汽油机性能的影响.研究结果表明.保持节气门全开,通过采用进气门升程调整的负荷控制方式,与节气门控制负荷方式相比,部分负荷的泵气损失可以降低20%～30%,指示燃油消耗率降低3%～12%,中低转速下机械损失也有所降低.但是燃烧过程持续期会变长,影响了燃油经济性的进一步改善.     

全可变液压气门系统气门运动规律动态测量与数据处理方法

搭建气门升程测试平台,测量全可变液压气门系统(fully hydraulic variable valve system, FHVVS)的气门运动规律,分析发动机转速、传感器动态响应特性以及数据处理方法对气门升程测量精度的影响。结果表明：凸轮轴瞬时转速波动随驱动电机转速的降低而增大,通过角标信号对采集的气门升程进行数据处理,可以减少由于瞬时转速波动导致的气门升程测量误差;传感器动态响应特性不足造成气门升程相位迟滞;气门加速度波动频率与液压压力波动频率应一致,通过选取合适的滤波截止频率准确计算气门加速度;经五点三次平滑法处理后的气门升程更接近实际结果。     

汽油机均质压燃燃烧模型及其在CAI发动机模拟中的应用

通过分析4冲程HCCI／CAI燃烧特性，以大量的CAI燃烧示功图数据为基础，总结出一个适用于描述CAI燃烧速度的经验函数．将该函数应用于GT-Power模拟软件，并结合自行开发的凸轮型线自动生成模块，研究了进、排气门定时及升程等参数对CAI燃烧的影响，以及拓展CAI运行范围的途径．结果表明，排气门升程对平均指示压力(IMEP)的影响比进气门升程要大，较大的排气门升程有利于大负荷工况，在大进气门升程时，由于进气回流导致负荷减少．     

喷油策略耦合EGR对柴油机燃烧过程与CDPF再生性能的影响

以匹配了可变截面几何增压系统(VGT)的D19高压共轨柴油机为研究机型,采用GT-Power和AVL FIRE构建了一维热力学整机模型和催化型微粒捕集器(CDPF)三维仿真模型,针对3 000r/min、50%负荷工况,研究了喷油策略耦合废气再循环(EGR)对燃烧过程和CDPF再生性能的影响。研究表明:随主喷定时提前,有效燃油消耗率(BSFC)先降后升,排气温度降低,排气流量与氧浓度变化则较小,排气中一氧化氮(NO)增加,CDPF再生速率逐渐降低,颗粒物残余量、压降与CDPF出口端二氧化氮(NO_2)同时增加;随EGR率增大,BSFC和排气温度升高,排气流量、排气氧浓度、排气中NO浓度则同时降低。在主喷定时较晚时,随EGR率增大,CDPF再生速率先升后降,颗粒物残余量先降低后略升高;而在主喷定时较早时,随EGR率的增大,CDPF再生速率降低,颗粒物残余量增多。在主喷定时较晚时,提高喷油压力使BSFC和排气温度明显降低;而在主喷定时较早时,提高喷油压力导致BSFC反而快速增加。此外,随喷油压力提高,排气流量与氧浓度变化较小,排气中NO浓度增加,CDPF再生速率逐渐减小,颗粒物残余量、压降和CDPF出口端NO_2排放同时升高。总体上,相比喷油压力,主喷定时对CDPF再生过程影响更大。     

Variable valve timing for fuel economy improvement in a small spark-ignition engine

The potential of a simple variable valve timing (VVT) system has been investigated. This system has been designed to update a small displacement engine pursuing the objective of optimizing both engine performance and, particularly, fuel consumption at part load operation. A continuously variable cam phaser (CVCP), able to produce a reverse Miller cycle effect during the intake phase and a significant internal EGR generation at the end of the exhaust stroke, has been introduced. A numerical approach, based on both 1-D and 3-D computational models, has been adopted in order to evaluate the engine performance when load is controlled by the VVT system and to deeply investigate the influence, on in-cylinder phenomena, of the valve timing variation. In this way, the VVT system here analyzed revealed as an effective tool in reducing the pumping losses, hence the specific fuel consumption, at partial load.     

基于可变气门定时策略的HCCI汽油机试验研究

在电控气口喷射四冲程单缸试验机上,利用特殊设计的小包角配气凸轮,通过负气门重叠角实现了由内部残余废气控制的汽油HCCI燃烧,详细研究了气门定时参数对HCCI燃烧的影响.结果表明,就进排气门定时比较而言,排气门关闭时刻对内部EGR率和负荷的影响更大,而进气门开启时刻对HCCI燃烧的影响相对较小.在进排气门相位对称条件下,随着气门重叠负角的减小,最大压力升高率增加,着火时刻提前,负荷也增大.随着转速的增加,内部EGR率增加,排气温度升高,着火时刻也提前.通过调整气门定时,在不需要进气加热的条件下,可在转速880～4 000 r/min,负荷0.25～0.75 MPa（pIMEP）的范围实现HCCI燃烧.     

气门正时对柴油燃料HCCI燃烧影响的初步实验研究

开发了变进排气正时控制机构,实现气门正时的调节,采用在进气上止点前进行柴油燃料的喷射,利用缸内残余高温废气余热加速燃油蒸发,实现了柴油燃料的HCCI燃烧,同时,研究了不同气门重叠期下HCCI燃烧的燃烧特性,不同负荷的工作稳定性和排放特性,结果表明,对于低温自燃性好的柴油燃料,排气门早关和进气门晚开引起的缸内温度升高比由此引起的残余废气增加对工质的稀释效果更大,使HCCI燃烧的着火始点提前,易引起大负荷工况HCCI燃烧的工作粗暴,但有利于小负荷工况HCCI燃烧的工作稳定性。     

不同海拔条件下喷油参数对柴油机性能的影响

通过内燃机高原环境模拟试验台,研究了不同海拔条件下高压共轨柴油机在最大转矩转速点(1500 r/min)全负荷(2300 N·m)和部分负荷(500 N·m)工况下喷油提前角、共轨压力及循环喷油量(全负荷)对柴油机燃烧特性与性能的影响规律.结果表明:全负荷工况下,随着喷油提前角增加,柴油机滞燃期增加,最高燃烧压力和最大压力升高率增大,增大趋势随海拔增加而降低,柴油机转矩在0 km和3 km海拔先增加后减小,在5 km海拔时逐步增加.随着共轨压力增加,柴油机燃烧相位提前,最高燃烧压力、最大压力升高率和转矩均增加,排温降低;部分负荷工况下,有效燃油消耗率随共轨压力增加而降低.随循环喷油量增加,转矩、排温和缸内压力均逐渐增大,最大压力升高率在3 km海拔范围内逐渐增加、在5 km海拔时逐渐减小.海拔每升高1 km,柴油机在全负荷工况下,最佳循环喷油量平均降低5.81%,最佳喷油提前角和共轨压力在全负荷和部分负荷工况下平均分别增加了1.2°,CA、0.8°,CA和4 MPa、3 MPa.     

Performance improvement of green cars by using variable-geometry engines

The spark ignition engine is the most widely used in land transport sector. Hence, studies to predict and improve its behavior continue to be essential. The behavior of the intake and exhaust systems is important because these systems govern the air flow into the engine's cylinders. Inducting the maximum air flow at full load at any given speed and retaining that mass within the engine's cylinders is a primary design goal. The higher the air flow, the larger the amount of fuel that can be burned and the greater the power produced. The important parameter is the volumetric efficiency along with equal air flows to each engine cylinder. The valves and ports, which together provide the major restriction to intake and exhaust flows, largely decouple the manifolds from the cylinders.In this work it was intended to find out the effect of variable valve lift and throat diameter on the performance of the SI engine, namely volumetric efficiency, power, brake specific fuel consumption, and pollutants. Hence, it contributes toward having greener cars in the future. A specially designed computer program (Lotus) was used to predict the gas flows, combustion and overall performance.The results of this investigation show that increasing the valve lift is relatively more effective than throat diameter in boosting volumetric efficiency and power and reducing specific fuel consumption, nitrogen oxide and carbon monoxide emissions. A 10% increase in valve lift resulted in an improvement of 1.8% in η_v, 3.3% in power and a decrease of 1.5% in BSFC and (0.3–0.8)% in engine emissions. However, a 10% increase in valve throat diameter causes 50% less effects than the valve lift.     

非道路涡轮增压柴油机高原适应性研究

为改善非道路柴油机高海拔条件下功率下降、经济性及排放性能恶化、高速增压器超速等问题,利用柴油机高原环境模拟台架试验结合一维仿真研究了0～4 000m海拔环境下增压器运行特性、柴油机综合性能参数等随海拔高度的变化规律及影响机理。针对柴油机的变海拔性能恢复目标,通过对增压系统进行参数计算和选配,提出一种带有废气旁通阀的两级涡轮增压匹配方案。研究结果表明:变海拔条件下,非道路柴油机各性能参数呈现非线性变化,在转速800～2 800r/min全负荷工况下,柴油机动力性、经济性变化梯度呈现出先减小后增大的"浴盆形"趋势。在0～2 000m海拔环境下,柴油机转矩降幅达4.3%,有效燃油消耗率降幅达6%。随着海拔升高,中冷前温度与涡前温度逐渐升高,增压压力与涡前压力逐渐降低,CO、全碳氢和NO_x排放升高。匹配两级增压系统后,对比原机4 000m海拔运行工况,柴油机功率平均升高14.9%,有效燃油消耗率平均降低11.8%,实现了非道路柴油机的高海拔性能恢复目标。