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交通科技与管理技术与应用
0　引言
  为应对不断升级的排放和油耗法规，对控制参数的标定
工作要求更加精准。近些年基于模型的标定得到广泛应用 [1,2]。
多参数寻优前，如了解其对优化目标的影响程度，则可针对
影响度敏感性高的控制参数进行试验设计优化，提高工作效率。国六排放法规实施以来，发动机的颗粒物排放控制逐
渐成为研究热点和难点。影响汽油机颗粒物排放的主要原因包括：冷机起动阶段，不均匀液相燃烧和气相加浓燃烧共同
促进生成核态颗粒物。发动机稳态运转时，空燃比、进气相位等控制均会对颗粒物排放产生影响[3]。本文基于发动机台架试验，分析发动机进排气VVT 角度、燃油喷射方式和相位等因素和颗粒物排放的相关性，同时对颗粒物排放与其他气态排放污染物的相关性进行了分析。1　试验系统及方案
  （1）试验测试系统方案。试验采用某2.0 L 自然吸气汽油机，其主要参数见表1。
表1　发动机参数
项目参数项目参数
型式直列4缸MPI
自然吸气
压缩比10.5
配气型式16气门
（DOHC+DVVT）最大扭矩（Nm@rpm）218@4 000
排量L    2.378最大功率（kw@rpm）118@6 000  （2）试验方案设计。为探讨发动机控制参数对颗粒
物排放的影响规律，本文分别研究不同转速和负荷区域内，进排气VVT 角度对颗粒物排放的影响规律；燃油喷射截止时刻、两次燃油喷射的喷射比例对颗粒物排放的影响规律。同时对于颗粒物排放与其他气态排放物的相关性进行了研究。将此款发动机待优化的6个性能目标作为输出变量：BSFC （燃油消耗率）、PN（颗粒物）、THC（碳氢化合物）、CO（一氧化碳）、NOx（氮氧化物）、COV（燃烧稳定性）；对发动机性能影响较大的5个参数作为输入变量：iVVT（进气VVT 角度）、eVVT（排气VVT 角度）、EOIT（首次喷油截止时刻）、Split_Ratio（首次喷油比例）、EOIT_Trim（二次喷油截止时刻）。
MPFI 发动机颗粒物排放影响因素研究
李　卓，孟凡腾，王　森
（北汽福田汽车股份有限公司工程研究总院，北京 102206）
摘　要：基于一台进气道喷射式双VVT 自然吸气汽油机，利用排放测试设备对颗粒物排放（PN）与发动机进排气VVT 角度、燃油喷射比例和相位、气态排放物（CO、NOx 和THC）的相关性进行了研究。研究结果表明，进气VVT 角度的变化对PN 影响较为敏感，排气VVT 与PN 的相关性不明显。采用二次喷射策略时，首次燃油喷射的截止时刻、首次燃油喷射比例、二次燃油喷射截止时刻与PN 的相关性不明显，喷射截止时刻和比例的变化不会显著影响PN 排放。气态排放物中CO 排放与PN 的相关
性不明显，NOx 和PN 在低转速高负荷时相关性最强，随着转速增大负荷降低相关性减弱。THC 和颗粒物存在一定的相关性，降低THC 排放，会对抑制颗粒物排放产生积极影响。关键词：汽油机；颗粒物排放；相关性分析
  （3）相关性分析方法。相关性分析是通过对两个及两个以上具有某种关联的变量参数进行分析，从而得到参数之
间的相关程度，进行相关性分析的各参数之间必须存在一定
的联系。相关性不是一种简单的因果关系，它能够用相关性
系数R 定量地表示各参数之间的相关密切程度。
  i 表示第i 个样本点，x i 表示所研究的参数A 在第i 个样本点下的大小，x 是参数A 在n 个样本点下的均值，y i 是与A 相关的另一参数B 在第i 个样本点下的大小，y 为其均值。R 越接近于1，两者相关性越强。2　试验结果及分析
  利用发动机台架测试设备，可以采集得到不同控制参数组合下的发动机排放数据，基于公式（1）可以计算不同控制参数之间的相关性。
  （1）进排气VVT 与PN 排放的相关性分析。进气VVT 角度（iVVT）对缸内充量会产生较大影响，为充分研究iVVT 的影响规律，针对不同工况区域的iVVT 变化进行分析。如图1所示，可以看出万有工况的中、低负荷（IMEP ＜1 000 kPa）区域，进气VVT 角度的变化对PN 影响较为敏感，高负荷工况区域两者的相关性较弱。这是因为高负荷区域的进气VVT 开度相对较小，否则会显著降低外特性动力性能。如图2所示，排气VVT 角度（eVVT）与PN 排放的相关性显著低于进气VVT 角度。中、低转速（1 200 rpm~3 500 rpm）中低负荷（IMEP ＜1 000 kPa）区域，排气VVT 与PN 的相关性较弱。与图1相比，可以发现进气VVT 与PN 的相关性在此区域很强，由此可知，针对PN 的标定优化过程中，可优先选择较多的进气VVT 角度组合，较少排气VVT 角度组合的方式优化工作量。
  （2）两次燃油喷射模式时喷射控制参数与PN 排放相关性分析。采用二次喷射策略时，首次燃油喷射的截止时刻、燃油喷射比例、二次燃油喷射截止时刻与PN 的相关性系数均在0.4以下，相关性不明显。表明此款气道喷射式汽油机
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dvvt发动机是什么意思
      图3　PN vs CO          图4　PN vs NOx          图5　PN vs THC  　（3）PN 排放与气态排放物的相关性研究。
  由图3可知，CO 排放与颗粒物的相关性不明显，这是因为CO 的产生主要源于油气混合气的不完全燃烧，颗粒物的产生原因是液相燃油燃烧不充分导致的碳烟。由图4可知，NOx 和PN 在低转速高负荷时相关性最强，随着转速增大负荷减少相关性减弱。NOx 产生主要是高温富氧环境，此环境下颗粒物会被大量燃烧。高速低负荷工况，发动机在当量空燃比燃烧，缸内燃烧温度降低，PN 排放与NOx 的相关性逐渐减弱。高速高负荷工况，受排温保护策略影响，NOx 排放随空燃比降低显著下降，因此与PN 的相关性较弱。由图5可知，THC 和颗粒物存在一定的相关性，这是因为碳颗粒与THC 会互相附着，导致颗粒物质量和直径增加。由此可知，降低车辆的THC 排放会对抑制颗粒物排放产生积极影响。
3　结论
  （1）万有工况的中、低负荷（IMEP ＜1 000 kPa）区域，进气VVT 角度的变化对PN 影响较为敏感，高负荷工况区域两者的相关性不明显。这是由于为保障发动力外特性动力性能，高负荷区域的进气VVT 开度相对较小。中、低转速（1 200 rpm~3 500 rpm）中低负荷（IMEP ＜1 000 kPa）区域， 排气VVT 与PN 的相关性不明显，进气VVT 与PN 的相关性在此区域较强，由此可知，针对颗粒物的标定优化过程中，可优先选择合适的进气VVT 角度，较少排气VVT 的标定优
化工作量。
  （2）采用二次喷射策略时，首次燃油喷射截止时刻、首次燃油喷射比例、二次燃油喷射截止时刻与
PN 的相关性不明显，表明喷射截止时刻和比例的变化不会显著影响此发动机的PN 排放。
  （3）CO 排放与颗粒物排放的相关性不明显，这是因为CO 的产生主要源于油气混合气的不完全燃烧，颗粒物的产生原因是液相燃油燃烧不充分导致的碳烟。NOx 和PN 在低转速高负荷时相关性最强，随着转速增大负荷减少相关性减弱。THC 和颗粒物存在一定的相关性，这是因为碳颗粒与THC 会互相附着，导致颗粒物直径增加。降低THC 排放，可对抑制颗粒物排放产生积极影响。
参考文献：
[1]姜坤，刘然，杨中华，等.基于DOE 设计实现DVVT 的
高效台架标定[J].小型内燃机与车辆技术,2015(1):59-63.
[2]梁智，孙国强，卫志农，等.基于变量选择与高斯过程回归的短期负荷预测[J].电力建设,2017,38(2):122-128.[3]Kayes,D.,Hochgreb,S.,Maricq,M., al.,“Particulate Matter Emission During Start-up and Transient Operation of a Spark-Ignition Engine (2):Effect of Speed,Load,and Real-World Driving
Cycles,”SAE Technical Paper 2000-01-1083,2000. 
图1　PN vs iVVT          　图2　PN vs eVVT
的燃油的蒸发、雾化效果较好，同时喷射最晚时间设置在进气门开启之前，充足的燃油蒸发和雾化时间可以有效保证混合气
相对均匀。燃油喷射控制参数的变化对PN 的敏感度影响较小。