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高壓直噴米勒循環(huán)式汽油機(jī)增壓與氣門正時(shí)的協(xié)同作用研究

嚴(yán)格的CO2排放法規(guī)促進(jìn)了傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)燃油經(jīng)濟(jì)性的改善。對于工作在部分負(fù)荷下的火花塞式汽油機(jī)，泵氣損失是影響其熱效率的一個(gè)關(guān)鍵因素。當(dāng)車輛行駛在城市工況下時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)需要減小節(jié)氣門開度，此時(shí)泵氣損失特別大。在新的歐洲循環(huán)工況下已經(jīng)驗(yàn)證了減小發(fā)動(dòng)機(jī)排量有利于降低燃油消耗量。汽油機(jī)小型化已經(jīng)成為一種普遍而有效地減少乘用車CO2排放量的方法。

小型汽油機(jī)可以在全負(fù)荷下工作，但同時(shí)也有可能導(dǎo)致爆震等其它不正常的燃燒現(xiàn)象。而渦輪增壓可以提高排氣背壓、增加泵氣、提高發(fā)動(dòng)機(jī)的熱效率。但渦輪增壓的滯后作用延遲了發(fā)動(dòng)機(jī)的功率需求響應(yīng)使其作用有所下降，而米勒和阿特金森循環(huán)能夠提高汽油機(jī)整體效率。米勒循環(huán)通過提前或延遲關(guān)閉進(jìn)氣門來減小壓縮比，讓壓縮比小于膨脹比以實(shí)現(xiàn)效率的提高，同時(shí)還能抑制爆震而減小泵氣損失。阿特金森循環(huán)可通過提高膨脹比來實(shí)現(xiàn)效率的提高。因此，為獲得好的燃油經(jīng)濟(jì)性和高性能，缸內(nèi)直噴汽油機(jī)通常需要裝備渦輪增壓和可變氣門正時(shí)技術(shù)。

本文基于一臺(tái)帶有直噴火花點(diǎn)火技術(shù)（DISI）的單缸汽油機(jī)（該發(fā)動(dòng)機(jī)在進(jìn)、排氣門處配有可變凸輪）的試驗(yàn)研究來驗(yàn)證汽油機(jī)增壓與氣門正時(shí)的協(xié)同作用。試驗(yàn)測試了兩個(gè)不同凸輪輪廓下的發(fā)動(dòng)機(jī)，以實(shí)現(xiàn)米勒循環(huán)與標(biāo)準(zhǔn)循環(huán)的對比。其中，一個(gè)凸輪具有較長的開啟時(shí)間和標(biāo)準(zhǔn)的氣門升程，以實(shí)現(xiàn)進(jìn)氣門的延遲關(guān)閉；另一個(gè)凸輪具有較短的開啟時(shí)長和氣門升程，以實(shí)現(xiàn)進(jìn)氣門的提前關(guān)閉。而外部的增壓設(shè)備用以提供可調(diào)節(jié)壓力的壓縮空氣。

試驗(yàn)結(jié)果表明，相比標(biāo)準(zhǔn)凸輪輪廓下的發(fā)動(dòng)機(jī)，氣門延時(shí)關(guān)閉的發(fā)動(dòng)機(jī)能夠改善11%的燃油消耗。

Phil Stansfield et al.SAE 2013-01-1605.

編譯：張冬冬