增壓汽油機氣門升程優化仿真及試驗驗證

顏平濤 王超 楊陳 袁爽 沈源

（吉利動力總成研究院，杭州 311228）

增壓汽油機氣門升程優化仿真及試驗驗證

顏平濤 王超 楊陳 袁爽 沈源

（吉利動力總成研究院，杭州 311228）

使用AVL BOOST軟件對某款增壓汽油機的氣門升程曲線進行優化，以提高發動機的低速扭矩。通過仿真計算和試驗驗證表明：保持排氣門關閉角不變，推遲排氣門開啟角可以顯著提高發動機的低速扭矩，而高速性能沒有下降。

增壓汽油機 氣門升程 曲線 仿真試驗

引言

增壓汽油機的低速扭矩對整車動力性有直接影響，因此通常把低速扭矩和最大扭矩轉速作為評價發動機動力性的重要參數。通常可以通過匹配小的增壓器來提升發動機的低速扭矩。本文通過對氣門升程曲線的仿真優化來提升發動機的低速扭矩，并進行了試驗驗證。

圖1 計算模型

1 計算模型

1.1 原機標定

在臺架試驗數據的基礎上，對原機性能進行了標定。在保證燃燒參數、氣門正時以及過量空氣系數λ等邊界一致的情況下，計算模型主要對進氣質量流量，進氣歧管的壓力和溫度，排氣歧管的壓力和溫度，渦前壓力和溫度、扭矩等參數進行了標定。

1.2 原機性能分析

基于標定模型的計算結果，分析原機1200rpm、1500rpm以及5500rpm的瞬態質量流量。可以看出：在低速時由于3缸排氣門的早開，在氣門重疊期1缸進氣道發生較強的氣流倒流現象，造成低速進氣量減小。

2 氣門升程曲線優化

圖2 模型標定結果對比

2.1 氣門升程曲線方案

根據對原機瞬態質量流量的分析，認為可以采用在保持排氣門關閉角不變的前提下，推遲排氣門的開啟角度的方法，來達到提升低速扭矩的目的。為此，重新設計了

圖3 原機進排氣道瞬態質量流量分析

兩組排氣門升程曲線，并經過氣門的運動學及動力性的計算分析。

表1 氣門升程曲線參數

圖4 氣門升程曲線

2.2 仿真結果的對比

計算過程采用定壓力控制的方法，不同的排氣升程曲線在同一轉速下，增壓比相同；這樣進氣歧管的壓力基本可以保持一致，僅分析排氣升程曲線的變化對發動機性能的影響，沒有考慮對渦輪增壓器的影響。

圖5為優化前后的結果對比，可以看出，優化后低速扭矩有較明顯的提升，排氣升程曲線exh10deg在2000rpm前扭矩平均提高5-7Nm，而高速性能沒有下降。

圖5 優化前后性能對比

圖6 優化前后1200rpm瞬態質量流量對比

圖7 優化前后5500rpm瞬態質量流量對比

圖8 優化前后進氣道質量對比

圖6-8為優化前后對進排氣道質量流量的分析，可以看出，優化后方案在低速1200rpm氣門重疊期，進氣道的氣流倒流現象明顯減弱，每循環的缸內質量明顯提高；在高速5500rpm時，由于氣門重疊角非常小，進氣質量沒有明顯變化。

2.3 試驗驗證

根據以上計算分析，對排氣升程曲線exh10deg進行試驗驗證，圖9為試驗結果對比。可以看出，exh10deg方案在低速時，扭矩明顯提升，其中1200rpm時扭矩提升了16.9Nm；高速時扭矩沒有明顯變化。

圖9 試驗結果對比

3 結論

本文使用AVL BOOST軟件研究分析氣門升程曲線對增壓器汽油機的性能影響，以提升發動機的低速扭矩，并進行試驗驗證。

（1）通過仿真分析認為：保持排氣門關閉角不變，推遲排氣門開啟角度，可以顯著減小發動機低速時氣門重疊期進氣道的氣流倒流現象，扭矩提升非常顯著；而高速性能并沒有降低。

（2）通過試驗對該結論進行驗證：排氣門關閉角不變，排氣門開啟角推遲10°CA時，發動機低速扭矩提升明顯，其中1200rpm時扭矩提升16.9Nm。

[1]周龍保.內燃機學[M].機械工業出版社,2000.

[2]宋守信.內燃機增壓技術[M].同濟大學出版社,1993.

Optimization of the Valve Lift of the TC Gasoline Based on Simulation and Experiment

YAN Pingtao,WANG Chao,YANG Chen,YUAN Shuang,SHEN Yuan
（Geely Powertrain Research Institute,Xiaoshan,Hangzhou 311228）

In order to improve the low speed torque of the TC gasoline engine,the valve lift curve was optimized by using AVL BOOST and verified.The results show that the low speed torque was improved obviously and high speed performance was not reduced by retarding the EVO with EVC remained.

TC Engine，valve lift curve，simulation，experiment