10.16638/jki.1671-7988.2020.24.045
张冬冬
（珠海市理工职业技术学校，广东珠海519070）
摘要：发动机喷油时刻、配气正时、过量空气系数、点火时刻等发动机燃烧控制参数对增压直喷汽油机的缸内压力、缸内平均温度、燃烧放热率、排气颗粒物粒径及浓度分布等会造成不同程度的影响，对汽车尾气的排放产生一定的影响，通过对发动机各控制参数的调整，使发动机达到最佳的排放状态。
关键词：增压直喷汽油机；颗粒物；尾气排放
中图分类号：TK411 文献标识码：A 文章编号：1671-7988(2020)24-137-03
Analysis of the Influence of Control Parameters of Supercharged Direct
Injection Gasoline Engine on Emissions
Zhang Dongdong
( Zhuhai Polytechnic V ocational and Technical School, Guangdong Zhuhai 519070 )
Abstract:Engine combustion control parameters such as engine fuel injection timing, valve timing, excess air coefficient, and ignition timing affect the cylinder pressure, average cylinder temperature, combustion heat release rate, exhaust particle size and concentration distribution of turbocharged direct injection gasoline engines It will cause varying degrees of impact and have a certain impact on the emission of automobile exhaust. Through the adjustment of various control parameters of the engine, the engine can achieve the best emission state.
Keywords: Supercharged direct injection gasoline engine; Particulates; Emissions
CLC NO.: TK411 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2020)24-137-03
前言
试验工况选取相当于车辆常用行驶工况对应的发动机工况，试验的发动机参数包括喷油时刻、配气正时、过量空气系数和点火时刻，试验参数通过发动机ECU进行调整控制。
1 喷油时刻对颗粒物排放的影响
喷油时刻指的是发动机在运行过程中，喷油器根据发动机点火的需要，按时的喷射汽油，和空气进行充分混合，在火花塞产生火花的作用下着火，推动发动机正常运转并做功。控制喷油时刻对增压直喷发动机的性能和排放有显著的影响。喷油过早引起过多油液黏到气缸壁，影响正常的燃烧，并且使混合气比例降低，燃烧效果下降，直接影响发动机的动力性能和排放性能。喷油时刻过晚，导致混合气混合不均匀，局部过浓，容易引起爆震等现象，同时影响排放性能。
由图1可知缸内燃烧压力和放热效率大体遵循的规律是先升高后降低，根据不同的喷油角度所列曲线图有所不同。这是因为直喷汽油机缸内混合气的形成受喷油时刻的影响，喷油时刻过早，由于活塞距离上止点较近，容易造成燃油湿壁，喷油时刻过晚，混合气混合时间变短，局部产生过浓区域，均使燃烧不完全。从图1中可以看出，无论喷油时刻如何，缸内燃烧最大压力和最大放热效率都在曲轴转角0o左右，也就是发动机某缸活塞的上止点位置进行喷油和燃烧[1]。
作者简介：张冬冬，硕士研究生，讲师，就职于珠海市理工职业技
术学校，研究方向：汽车维修领域。
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汽车实用技术
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图1 不同喷油时刻缸内压力曲线
试验结果表明，喷油时刻对汽车排气的颗粒物有较大的
影响，过早的喷油时刻和过晚的喷油时刻都会产生不同的粒径不同含量的废气物质，影响汽车排放性能。合理的喷油时刻对排放颗粒的产生有明显的影响，因此合理优化的喷油时刻可以降低颗粒物的排放。
2 配气正时对增压压力和颗粒物排放的影响
试验用增压直喷发动机为CVVT连续可变气门正时机构[2]，CVVT的功能是在不同发动机工况匹配最佳的气门重叠角（气门正时）。当ECU接受到输入信号时，会利用凸轮位置传感器及曲轴位置感器，确定实际的进气凸轮的气门正时。
图2 不同配气相位排气颗粒物分布
图2是不同CVVT变化角度下物种提前角和推迟角的情况下排气颗粒物分布曲线，五种情况下排气颗粒物分布曲线趋势大致相同，聚集态颗粒物近似呈单峰分布，核态颗粒物呈近似双峰分布。由图中曲线可以看出气门重叠角最小时，排气中颗粒物数浓度最高，这可能是由于发动机在高转速或大负荷工况下燃烧速度快，所需要的缸内温度和压力高的原因，从而导致燃烧环境恶化，使混合气不能够充分的燃烧，从而造成未燃的碳氢和碳烟的生成量增加了。由图2曲线可以看出，有一定提前交和推迟角的工况，颗粒物数浓度有不同程度减小，在40/-10和40/-25工况下聚集态颗粒物降低较明显。但随着Dp数值的减小，排气门的迟开，致使核态颗粒物的浓度逐渐上升，这是因为气门重叠角增大，缸内的废弃和进的气体发生冲突，导致废气每排完，新气体不能够完全进入，从而导致燃烧环境恶化，不能够充分燃烧，而造成排放颗粒物的增加。
由以上分析可知，不是提前角越大或越小越好，也不是推迟角越大或越小越好，而是提前角和推迟角达到较好的配合角度时，发动机便可以产生较高的燃烧效率和动力，并且排放较少的废气颗粒物。
3 过量空气系数对排放的影响
过量空气系数是发动机实际空气量与理论空气量的比，过量空气系数降低，排气中CO增加，热效率降低，过量空气系数增大，不参与燃烧的冷空气大量进入气缸，降低燃烧效率并伴随烟气排出，因此燃
料燃烧后排放的颗粒物受过量空气系数影响较大。
图3 过量空气系数与缸内燃烧压力（2000 r/min）由图3可知，随着过量空气系数的逐渐变大，缸内最高燃烧压力和最大热效率逐步变小。发动机采用稀混合气时，循环变动增大，特别是在λ大于 1.1 时，循环变动增加明显，燃烧不稳定性增加，在一定程度上影响到发动机的颗粒物排放。随曲轴转角的变化，不同过量空气系数对应的缸内平均温度曲线的趋势是类似的，随着过量空气系数的增加，缸内平均温度逐步下降，温度越低对燃烧的效果影响越大，颗粒物的排放就越多。从整体趋势来看，随
着混合气加浓，缸内温度升高，过高的温度又容易造成缸内缺氧，从而导致HC 等颗粒的排放物质增加，降低排放性能。综合来看，过浓或过稀的混合气对发动机排放性能都有较大的影响，过量空气系数在1附近的数值，整体排放状况较好。
过量空气系数是排气颗粒物的重要影响因素，组织适当的稀混合气可以显著降低颗粒物排放，但是过稀混合气也会引起排放颗粒物的增加，过量空气系数在1.0附近时，排放状况是较理想的。
4 点火时刻对颗粒物排放的影响
点火时刻指的是发动机在运行过程中，火花塞根据发动机工作的需要，喷出火花，点燃缸内可燃混合气，使发动机正常运转并做功。在发动机上，点火时间一般表现为点火提前角，为了使发动机发出最大功率，应使最高燃烧压力出现在活塞运行上止点后100-150o左右。
cvvt发动机是什么意思由图4可以看出，低速高负荷工况，为了防止爆震产生，点火角度调节范围较小，但仍然可以看到在较小范围内调节点火角度，缸内最大爆发压力及放热率峰值变化比较明显。随点火提前角的增加，聚集态颗粒物和核态颗粒物数浓度大体呈逐渐增加的趋势。从曲线可以看出，核态颗粒物呈单峰分布，浓度逐渐减小。（下转第159页）
徐海东 等：螺纹紧固件摩擦系数对拧紧质量影响的研究
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经计算得，对于摩擦系数在0.15—0.18的螺母其最终扭矩不在监控区间的概率为1.34%，对于摩擦系数在0.10—0.13的螺母其最终扭矩不在监控区间的概率为9.39%，而对于摩擦系数在0.20—0.23之间的螺母其最终扭矩不在监控区的概率为11.66%。即意味着，当摩擦系数出现异常时，拧紧合格率将出现大幅变化。故，可以对于扭矩转角法拧紧策略可以通过合理的扭矩监控窗口设置来识别摩擦系数的异常。同理，对于扭矩法拧紧策略可以通过对角度监控窗口设置来进行识别。
4 结论
（1）通过对螺纹连接的力学原理的分析，发现摩擦系数将从多方面影响螺纹连接系统所获得的轴向力，进而影响螺
纹连接质量，故在汽车生产制造过程中有必要对螺纹紧固件的摩擦系数进行管控。
（2）通过理论分析及试验验证可知，在拧紧过程中设置合理的角度或扭矩监控窗口将有利于识别出螺纹紧固件摩擦系数的异常波动。
参考文献
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中国标准出版社,2018.
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（上接第138页）
提前点火导致缸内缸内最高温度增加，而燃烧后期缸内温度迅速下降，不利于颗粒物后期氧化，这样又促进了聚集态颗粒物排放增加。低负荷时，点火过早会导致聚集态颗粒物排放迅速增加。
图4 不同点火时刻缸内压力曲线
根据结果分析，推迟点火会引起不正常燃烧，导致颗粒物排放的增加。点火过早会导致燃烧不充分，影响动力性的同时，排放颗粒物也不断增加。针对所研究的增压直喷发动机来说，适当的减小点火提前角，在中小负荷工况下不仅能保持其正常的动力性和经济性，也能维持排放颗粒浓度在一个比较好的状态。
5 结语
本文试验和分析了发动机喷油时刻、配气正时、过量空
气系数、点火时刻等发动机燃烧控制参数对增压直喷汽油机的缸内压力、缸内平均温度、燃烧放热率、排气颗粒物粒径及浓度分布等的影响。喷油时刻对汽车排气的颗粒物有较大的影响，当推迟角和
提前角达到较好的配合时，发动机可以产生较高的燃烧效率，并且减少排气颗粒物[3]；过量空气系数是排气颗粒物的重要影响因素，组织适当的稀混合气可以显著降低颗粒物排放，但是过稀混合气也会引起排放颗粒物的增加，过量空气系数在1.0附近时，排放状况较为理想；推迟点火会引起不正常燃烧，导致颗粒物排放的增加，点火
过早会导致燃烧不充分，影响动力性的同时，排放颗粒物也不断增加。应适当的减小点火提前角，在中小负荷工况下保持正常的动力性和经济性，同时也使排气颗粒浓度相对较低。
参考文献
[1] 魏传芳.进气道喷射与缸内直喷组合汽油机微粒排放仿真研究
[D].吉林大学,2015.
[2] 潘锁柱.缸内直喷汽油机排气微粒物理化学特征的研究[D].天津
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[3] 周文婷.缸内直喷发动机的燃烧模拟及爆震预测[D].天津大学,
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