晏双鹤;盛鹏程;王菲;梁春兰
【摘 要】The DVVT experiments of different working conditions for GDI turbocharged engine were carried out and the influences of DVVT on external characteristic performance, part-load fuel economy and idle stability were researched. The results show that, for the mould line of test engine camshaft, the opening of exhaust VVT has a negative impact on engine performance. For the external characteristic, larger valve overlap angle can increase the volumetric efficiency at medium speed. At high speed, smaller valve overlap angle can increase the charge coefficient. At idle speed and part-load, smaller valve overlap angle is beneficial to improve the stability of engine.%通过对GDI增压发动机进行DVVT扫点试验,研究了DVVT对GDI增压发动机外特性性能、部分负荷燃油经济性和怠速稳定性的影响.试验结果表明:对于试验发动机的凸轮轴型线而言,排气VVT的开启对发动机性能起到负面影响；外特性方面,中等转速工况采用较大的气门重叠角可提高体积效率；高转速采用较小的气门重叠角可提高充量系数；怠速和部分负荷工况下,较小的气门重叠角对改善发动机稳定性有一定帮助.
奇瑞 发动机【期刊名称】《车用发动机》
【年(卷),期】2012(000)002
【总页数】4页(P66-69)
【关键词】汽油机;缸内直喷;可变气门正时;气门重叠角
【作 者】晏双鹤;盛鹏程;王菲;梁春兰
【作者单位】长城汽车股份有限公司动力研究院,河北保定071000;邢台职业技术学院汽车工程系,河北邢台054000;河北机电职业技术学院,河北邢台 054048;邢台职业技术学院汽车工程系,河北邢台054000
【正文语种】中 文
【中图分类】TK411.3
当今社会常规能源的使用仍为主流，涡轮增压、缸内直喷（GDI）以及可变正时系统（VV
T）等技术的联合运用，可以显著降低发动机燃油消耗，提高动力性。国内各大主机厂均在进行缸内直喷发动机的研制与开发，例如福田、长安、奇瑞等，一般是通过引进国外技术完成GDI发动机的开发，从而满足发动机燃油经济性和动力性要求，实现节能减排。GDI发动机技术在国内尚未成熟发展，有多项技术难题需要进行大量的试验研究工作，本研究重点是DVVT（Double－VVT）开度变化对GDI增压发动机的性能影响。
1 试验装置及方法
1.1 试验装置
试验装置主要包括AVL电涡流测功机、Indi－Modul 621燃烧分析仪、AVL 439烟度计、HORIBA排放分析仪、缸内直喷增压发动机及电控系统。试验系统见图1。
图1 试验系统简图
试验样机应用了汽油缸内直喷、废气涡轮增压、DVVT等多项技术，采用火花塞中央布置、喷油器在进气道侧向布置的方式。发动机技术参数见表1。
表1 发动机技术参数排量／L 2.0最大功率／kW 160最大扭矩／N·m 324最大扭矩转速／r·min－1 1 800～4 000最高转速／r·min－1 5 600燃油标号 京标97号点火顺序 1—3—4—2
样机采用的凸轮轴方案中，进气气门最大升程为9.29mm，排气气门最大升程为8.65mm，基础重叠角为50°曲轴转角（0mm升程），气门重叠角见图2。进气VVT物理开度为0°～41°曲轴转角，排气VVT物理开度为0°～－32°曲轴转角，进、排气VVT为单向动作，开启进、排气VVT均增大气门重叠角。
图2 气门重叠角
1.2 试验方法
本试验的主要目的在于通过对进、排气VVT组合的扫点试验，研究VVT均不开启时的基础相位所能实现的发动机性能，以及VVT开度变化对发动机性能的影响趋势，对比安装进、排气VVT前后的效果，到该发动机样本的最佳VVT开度，得到该凸轮轴所对应的发动机最佳性能，完成发动机性能开发。
外特性工况试验方法：
a）在选定转速的全负荷工况点，发动机处于基础重叠角时调整点火角至MBT或KBL，进行数据优化并记录试验结果；
b）在选定转速的全负荷工况点，进、排气VVT角按照10°曲轴转角的步长变化，每个进、排气VVT角组合都需将点火提前角调至相应的最佳点，通过调节空燃比来保证排温一致，增强对比性，按照此方式完成基础扫描；
c）在较优的几组VVT开度组合附近，按照5°曲轴转角的步长扫点细化，并调节点火角、空燃比以及增压压力，达到VVT组合方式下的发动机性能优化，最终完成VVT选点工作。
外特性试验过程中平均指示压力变动系数控制在3%以下；在达成发动机开发指标情况下，选择燃油消耗率较低者，同时考虑相邻工况和转速下VVT动作的平顺性。
部分负荷工况试验主要控制在固定负荷，均质燃烧（过量空气系数a＝1），已燃质量分数50%所对应的曲轴转角φC为8°～9°，通过燃油消耗率进行VVT对比选点。
2 试验数据分析
本研究主要从DVVT的开启角度对发动机全负荷工况点、部分负荷以及怠速稳定性3个方面的影响进行分析。
2.1 全负荷工况
为研究DVVT对发动机中等转速高负载的性能影响，选取了2 400r／min全负荷工况点进行分析。由图3可知，在进气VVT开度0°～40°、排气VVT开度0°～－30°范围内均可以达到发动机扭矩指标324N·m，即发动机在基础重叠角和VVT开启情况下均可实现扭矩指标。
燃油经济性方面，随着排气VVT开度增大，经济性变差，排气VVT开度为0°时效果较好；进气VVT开启时与发动机基础重叠角（进、排气VVT均关闭）相比，随着进气VVT开度的增大，经济性得到明显改善，即气门重叠角的增大对改善发动机中等转速性能有益。考虑到VVT开度的平顺性，该工况选择了进气VVT开度40°，排气VVT开度0°的组合。
图3 2 400r／min全负荷工况性能对比
最高转速点为发动机性能指标关键点。由图4可知，在相同进气VVT开度下，随着排气VVT开度的增大，功率明显下降，同时燃油消耗率升高，发动机总体性能变差。分析排气VVT
影响趋势，因此并未对排气VVT开度为－30°进行试验。较优点为进气VVT开度0°～15°，排气VVT开度0°。
图4 5 600r／min全负荷工况性能对比
发动机基础重叠角所对应功率基本可以接受，但燃油消耗率偏高。随着进气VVT开度变大，功率得到了保持，燃油经济性得到了有效改善。因此，在高速段气门重叠角适当开启，对于发动机性能优化有一定帮助。结合燃油经济性、发动机功率指标以及VVT开度的平顺性，该工况最优VVT开度组合为进气VVT开度15°，排气VVT开度0°。
2.2 部分负荷工况
2 000 r／min，0.2MPa部分负荷工况点为评价发动机燃油经济性的重要工况点之一，也是发动机开发过程中评价部分负荷工况燃油消耗率的关键点。从图5可以看出，在2 000r／min，0.2MPa工况，进气 VVT 开度0°～15°、排气 VVT开度0°～－20°范围的任意组合，燃油消耗率基本在380～390g／（kW·h）之间。
图5 2 000r／min，0.2MPa工况燃油消耗率
评价DVVT对发动机部分负荷的影响，除了燃油经济性外，同时也要考虑燃烧稳定性。平均指示压力变动系数（CoVpmi）表征燃烧的循环变动，是评价发动机燃烧稳定性和车辆驱动性的主要参数，一般认为此值不应超过10%［1］。
式中：σpmi为平均指示压力的标准偏差，σpmi＝为平均指示压力的平均值， ，N 为循环数。
试验过程中，采集的燃烧数据样本为100个循环。由图6试验结果可知，DVVT开度对部分负荷工况CoVpmi具有一定的影响，气门重叠角变大，则CoVpmi变大。
从图6中也可以看出，对于该凸轮轴型线，排气VVT开启程度对部分负荷工况影响比较大，排气VVT不开启或者开度很小状态下，发动机的燃烧稳定性较好。另外，在较小排气VVT开度下，进气VVT开度也会对CoVpmi产生一定影响，随着进气VVT开度变大，即重叠角变大，CoVpmi略有升高，但相对排气VVT而言影响较小。
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