配氣相位波動對增壓發(fā)動機性能的影響

曹權佐，潘圣臨，曹亮，胡志剛，于榮楓

（哈爾濱東安汽車發(fā)動機制造有限公司技術中心，黑龍江 哈爾濱 150060）

測試試驗

配氣相位波動對增壓發(fā)動機性能的影響

曹權佐，潘圣臨，曹亮，胡志剛，于榮楓

（哈爾濱東安汽車發(fā)動機制造有限公司技術中心，黑龍江 哈爾濱 150060）

∶文章簡述了廢氣渦輪增壓器工作原理，增壓器的匹配相關因素。并且重點對配氣相位的波動對增壓發(fā)動機的性能影響進行了詳細的說明。

∶配氣相位；增壓器；發(fā)動機；氣門重疊角

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.09.062

CLC NO.: U464.135Document Code: AArticle ID: 1671-7988 (2016)09-186-02

引言

我國目前已經(jīng)成為世界第一大汽車產銷大國，汽車行業(yè)給我國帶來GDP增長的同時，也帶來了嚴重的資源與環(huán)境問題。為了提高汽車發(fā)動機動力性、經(jīng)濟性和降低油耗、排放的要求。我國不僅出臺了硬性的法規(guī)要求，也出臺了相應的獎勵措施，鼓勵發(fā)動機廠商與科研機構投入大量的人力、物力進行新技術的研究與開發(fā)。目前，這些新技術和新方法，有的已在內燃機上得到廣泛的應用，有些正處于發(fā)展和完善階段。其中廢氣渦輪增壓技術在不改變發(fā)動機基本結構的情況下，可以大幅度的提高發(fā)動機的功率、扭矩，并且可以降低油耗與排放，使其以卓越的表現(xiàn)受到了各大主機廠的歡迎。

1、廢棄渦輪增壓技術的介紹

發(fā)動機廢氣渦輪增壓技術是利用發(fā)動機排出的高溫、高壓廢氣，使廢氣在渦輪中膨脹做功，驅動渦輪旋轉并同時帶動同軸的壓氣機葉輪高速旋轉，使大量新鮮空氣通過壓氣機葉輪的轉動被吸入并壓縮后進入發(fā)動機氣缸，提高了進氣效率，從而提高了整機的功率、扭矩[1]。

圖1　增壓器工作原理圖

廢棄渦輪增壓技術的優(yōu)點如下：

1）在發(fā)動機重量和體積增加很少的情況下，相對自然吸氣的發(fā)動機功率可以提升30%～50%，甚至更多[2]。

2）增壓后熱效率提高，發(fā)動機功率上升，使發(fā)動機燃油經(jīng)濟性大幅度增加[3]。

3）采用渦輪增壓可使燃燒更充分，CO、HC排放降低，采用中冷可進一步降低NOx排放；發(fā)動機體積小，發(fā)射噪聲的表面積小，渦輪能起到消聲作用[4]。

4）渦輪增壓器的自我補償功能，對海拔高度變化有較高的適應能力，在高原地區(qū)工作時比不增壓發(fā)動機功率下降要少得多。

2、發(fā)動機與廢棄渦輪增壓器的匹配

所謂發(fā)動機與增壓器匹配，嚴格說應是發(fā)動機和增壓系統(tǒng)，包括與增壓有關的零部件的匹配。即發(fā)動機和增壓器的空氣壓力、流量等參數(shù)合理匹配，使發(fā)動機的性能指標、油耗率、排氣溫度、排放物等達到最優(yōu)，工作可靠 。

增壓匹配的內容包括以下方面：壓氣機、燃氣渦輪、排氣管、進氣管、中冷器、空濾器、消聲器、進排氣凸輪軸型面、配氣相位、發(fā)動機運轉工況、環(huán)境參數(shù)。

3、配氣相位與增壓匹配

當配氣相位與廢氣渦輪增壓匹配較好時，可以更加有效的提高發(fā)動機的充氣效率，提高功率、扭矩。但是當配氣相位與廢氣渦輪增壓匹配不佳時，不僅無法提高發(fā)動機的功率和扭矩，還會導致發(fā)動機出現(xiàn)喘振故障現(xiàn)象。

3.1配氣相位概述

所謂配氣相位就是進、排氣門的實際開啟和關閉時刻，通常用相對于上、下止點曲拐位置的曲軸轉角來表示[5]。 當進排氣時間截面大，氣門重迭角大時，可以使進氣充分、排氣干凈，掃氣效果好，提高充氣效率[6]。

圖2　配氣相位圖

3.2配氣相位波動對增壓發(fā)動機性能影響

某款增壓發(fā)動機在國產化過程中，發(fā)現(xiàn)國產狀態(tài)發(fā)動機在其低速、全負荷段工況點，扭矩下降較多，在1400rpm時最大降幅達到約30Nm，具體差異見如圖3所示。

圖3　發(fā)動機扭矩

此發(fā)動機配備了進氣VVT技術，進氣相位通過VVT來調節(jié)控制。檢測1400rpm時，KD狀態(tài)發(fā)動機配氣相位的跟隨性，其在穩(wěn)定工況下，相位波動在±1°CA內，具體波動見圖4。

檢測1400rpm時，國產化狀態(tài)發(fā)動機配氣相位的跟隨性，其在穩(wěn)定工況下，機油溫度在93℃時相位波動在±1°CA內，但是當機油溫度超過93℃時相位波動在±2°CA，具體波動見圖5。

圖4　相位波動（KD）

圖5　相位波動（國產化）

進一步對發(fā)動機的充氣效率進行檢測，得出國產化發(fā)動機在低速、全負荷階段，其充氣效率要小于KD狀態(tài)發(fā)動機。具體見差異見圖6。

圖6　充氣效率

3.3小結

通過以上調查得出，國產化發(fā)動機扭矩下降是由于在發(fā)動機機油溫度達到93℃以上時，進氣VVT系統(tǒng)控制不穩(wěn)定，導致進氣相位波動加劇由±1°CA變化為±2°CA，從而導致進氣效率下降，使得發(fā)動機的扭矩下降。

4、總結

目前發(fā)動機上應用的新技術都緊緊的圍繞著降低排放、油耗和提高功率、扭矩而開發(fā)研究。主要的技術有：可變氣門正時技術、缸內直噴技術、冷卻EGR技術、可變機油泵技術、電子水泵技術、整車啟停技術、廢氣渦輪增壓技術等。

這些技術的出現(xiàn)并非單一獨立的應用，需要將這些技術糅合在一起，通過電控匹配使它們能夠相輔相成，對發(fā)動機的性能發(fā)揮起到最優(yōu)化的表現(xiàn)。

[1] 朱大鑫.車用汽油機渦輪增壓的新進展.車用發(fā)動機,1993（2）:1～7.

[2] 羅遠榮等.車用汽油機增壓幾個關鍵技術問題的研究《山東工學院學報》,1981.3.

[3] 羅遠榮.汽油機增壓中置方案的探討,《汽車技術》,1980.NO.6.

[4] 顧宏中.渦輪增壓柴油機性能研究[M].上海:上海交通大學出版社,1998.160-161.

[5] 李云清.配氣正時對汽油機性能影響的研究[J].農機化研究,2007（11）.

[6] 蘇巖,李理光燈.可變配氣相位對汽油機性能的影響[J].汽車技術,2001（4）.

Discussion On Risk Management Of Enterprise Production Project

Cao Quanzuo, Pan Shenglin, Cao Liang, Hu Zhigang, Yu Rong Feng
（Center of Technology, Harbin DongAn Automotive Engine Manufacturing Co., Ltd, Heilongjiang Harbin 150060）

This paper describes the working principle of the exhaust gas turbocharger, turbocharger matching relevant factors. And focus on the impact of fluctuations in the gas distribution phase of the performance of the supercharged engine for a detailed explanation.

Valve timing; turbochargers; engine; valve overlap angle

∶U464.135

∶A

∶1671-7988 (2016)09-186-02

曹權佐（1976-），男， 高級工程師，就職于哈爾濱東安汽車發(fā)動機制造有限公司。長期從事發(fā)動機產品開發(fā)研究。