配氣相位波動(dòng)對(duì)增壓發(fā)動(dòng)機(jī)性能的影響

曹權(quán)佐，潘圣臨，曹亮，胡志剛，于榮楓

（哈爾濱東安汽車發(fā)動(dòng)機(jī)制造有限公司技術(shù)中心，黑龍江 哈爾濱 150060）

測(cè)試試驗(yàn)

配氣相位波動(dòng)對(duì)增壓發(fā)動(dòng)機(jī)性能的影響

曹權(quán)佐，潘圣臨，曹亮，胡志剛，于榮楓

（哈爾濱東安汽車發(fā)動(dòng)機(jī)制造有限公司技術(shù)中心，黑龍江 哈爾濱 150060）

∶文章簡(jiǎn)述了廢氣渦輪增壓器工作原理，增壓器的匹配相關(guān)因素。并且重點(diǎn)對(duì)配氣相位的波動(dòng)對(duì)增壓發(fā)動(dòng)機(jī)的性能影響進(jìn)行了詳細(xì)的說明。

∶配氣相位；增壓器；發(fā)動(dòng)機(jī)；氣門重疊角

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.09.062

CLC NO.: U464.135Document Code: AArticle ID: 1671-7988 (2016)09-186-02

引言

我國(guó)目前已經(jīng)成為世界第一大汽車產(chǎn)銷大國(guó)，汽車行業(yè)給我國(guó)帶來GDP增長(zhǎng)的同時(shí)，也帶來了嚴(yán)重的資源與環(huán)境問題。為了提高汽車發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性和降低油耗、排放的要求。我國(guó)不僅出臺(tái)了硬性的法規(guī)要求，也出臺(tái)了相應(yīng)的獎(jiǎng)勵(lì)措施，鼓勵(lì)發(fā)動(dòng)機(jī)廠商與科研機(jī)構(gòu)投入大量的人力、物力進(jìn)行新技術(shù)的研究與開發(fā)。目前，這些新技術(shù)和新方法，有的已在內(nèi)燃機(jī)上得到廣泛的應(yīng)用，有些正處于發(fā)展和完善階段。其中廢氣渦輪增壓技術(shù)在不改變發(fā)動(dòng)機(jī)基本結(jié)構(gòu)的情況下，可以大幅度的提高發(fā)動(dòng)機(jī)的功率、扭矩，并且可以降低油耗與排放，使其以卓越的表現(xiàn)受到了各大主機(jī)廠的歡迎。

1、廢棄渦輪增壓技術(shù)的介紹

發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣渦輪增壓技術(shù)是利用發(fā)動(dòng)機(jī)排出的高溫、高壓廢氣，使廢氣在渦輪中膨脹做功，驅(qū)動(dòng)渦輪旋轉(zhuǎn)并同時(shí)帶動(dòng)同軸的壓氣機(jī)葉輪高速旋轉(zhuǎn)，使大量新鮮空氣通過壓氣機(jī)葉輪的轉(zhuǎn)動(dòng)被吸入并壓縮后進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸，提高了進(jìn)氣效率，從而提高了整機(jī)的功率、扭矩[1]。

圖1　增壓器工作原理圖

廢棄渦輪增壓技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)如下：

1）在發(fā)動(dòng)機(jī)重量和體積增加很少的情況下，相對(duì)自然吸氣的發(fā)動(dòng)機(jī)功率可以提升30%～50%，甚至更多[2]。

2）增壓后熱效率提高，發(fā)動(dòng)機(jī)功率上升，使發(fā)動(dòng)機(jī)燃油經(jīng)濟(jì)性大幅度增加[3]。

3）采用渦輪增壓可使燃燒更充分，CO、HC排放降低，采用中冷可進(jìn)一步降低NOx排放；發(fā)動(dòng)機(jī)體積小，發(fā)射噪聲的表面積小，渦輪能起到消聲作用[4]。

4）渦輪增壓器的自我補(bǔ)償功能，對(duì)海拔高度變化有較高的適應(yīng)能力，在高原地區(qū)工作時(shí)比不增壓發(fā)動(dòng)機(jī)功率下降要少得多。

2、發(fā)動(dòng)機(jī)與廢棄渦輪增壓器的匹配

所謂發(fā)動(dòng)機(jī)與增壓器匹配，嚴(yán)格說應(yīng)是發(fā)動(dòng)機(jī)和增壓系統(tǒng)，包括與增壓有關(guān)的零部件的匹配。即發(fā)動(dòng)機(jī)和增壓器的空氣壓力、流量等參數(shù)合理匹配，使發(fā)動(dòng)機(jī)的性能指標(biāo)、油耗率、排氣溫度、排放物等達(dá)到最優(yōu)，工作可靠 。

增壓匹配的內(nèi)容包括以下方面：壓氣機(jī)、燃?xì)鉁u輪、排氣管、進(jìn)氣管、中冷器、空濾器、消聲器、進(jìn)排氣凸輪軸型面、配氣相位、發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)工況、環(huán)境參數(shù)。

3、配氣相位與增壓匹配

當(dāng)配氣相位與廢氣渦輪增壓匹配較好時(shí)，可以更加有效的提高發(fā)動(dòng)機(jī)的充氣效率，提高功率、扭矩。但是當(dāng)配氣相位與廢氣渦輪增壓匹配不佳時(shí)，不僅無法提高發(fā)動(dòng)機(jī)的功率和扭矩，還會(huì)導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)出現(xiàn)喘振故障現(xiàn)象。

3.1配氣相位概述

所謂配氣相位就是進(jìn)、排氣門的實(shí)際開啟和關(guān)閉時(shí)刻，通常用相對(duì)于上、下止點(diǎn)曲拐位置的曲軸轉(zhuǎn)角來表示[5]。 當(dāng)進(jìn)排氣時(shí)間截面大，氣門重迭角大時(shí)，可以使進(jìn)氣充分、排氣干凈，掃氣效果好，提高充氣效率[6]。

圖2　配氣相位圖

3.2配氣相位波動(dòng)對(duì)增壓發(fā)動(dòng)機(jī)性能影響

某款增壓發(fā)動(dòng)機(jī)在國(guó)產(chǎn)化過程中，發(fā)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)狀態(tài)發(fā)動(dòng)機(jī)在其低速、全負(fù)荷段工況點(diǎn)，扭矩下降較多，在1400rpm時(shí)最大降幅達(dá)到約30Nm，具體差異見如圖3所示。

圖3　發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩

此發(fā)動(dòng)機(jī)配備了進(jìn)氣VVT技術(shù)，進(jìn)氣相位通過VVT來調(diào)節(jié)控制。檢測(cè)1400rpm時(shí)，KD狀態(tài)發(fā)動(dòng)機(jī)配氣相位的跟隨性，其在穩(wěn)定工況下，相位波動(dòng)在±1°CA內(nèi)，具體波動(dòng)見圖4。

檢測(cè)1400rpm時(shí)，國(guó)產(chǎn)化狀態(tài)發(fā)動(dòng)機(jī)配氣相位的跟隨性，其在穩(wěn)定工況下，機(jī)油溫度在93℃時(shí)相位波動(dòng)在±1°CA內(nèi)，但是當(dāng)機(jī)油溫度超過93℃時(shí)相位波動(dòng)在±2°CA，具體波動(dòng)見圖5。

圖4　相位波動(dòng)（KD）

圖5　相位波動(dòng)（國(guó)產(chǎn)化）

進(jìn)一步對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的充氣效率進(jìn)行檢測(cè)，得出國(guó)產(chǎn)化發(fā)動(dòng)機(jī)在低速、全負(fù)荷階段，其充氣效率要小于KD狀態(tài)發(fā)動(dòng)機(jī)。具體見差異見圖6。

圖6　充氣效率

3.3小結(jié)

通過以上調(diào)查得出，國(guó)產(chǎn)化發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩下降是由于在發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)油溫度達(dá)到93℃以上時(shí)，進(jìn)氣VVT系統(tǒng)控制不穩(wěn)定，導(dǎo)致進(jìn)氣相位波動(dòng)加劇由±1°CA變化為±2°CA，從而導(dǎo)致進(jìn)氣效率下降，使得發(fā)動(dòng)機(jī)的扭矩下降。

4、總結(jié)

目前發(fā)動(dòng)機(jī)上應(yīng)用的新技術(shù)都緊緊的圍繞著降低排放、油耗和提高功率、扭矩而開發(fā)研究。主要的技術(shù)有：可變氣門正時(shí)技術(shù)、缸內(nèi)直噴技術(shù)、冷卻EGR技術(shù)、可變機(jī)油泵技術(shù)、電子水泵技術(shù)、整車啟停技術(shù)、廢氣渦輪增壓技術(shù)等。

這些技術(shù)的出現(xiàn)并非單一獨(dú)立的應(yīng)用，需要將這些技術(shù)糅合在一起，通過電控匹配使它們能夠相輔相成，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的性能發(fā)揮起到最優(yōu)化的表現(xiàn)。

[1] 朱大鑫.車用汽油機(jī)渦輪增壓的新進(jìn)展.車用發(fā)動(dòng)機(jī),1993（2）:1～7.

[2] 羅遠(yuǎn)榮等.車用汽油機(jī)增壓幾個(gè)關(guān)鍵技術(shù)問題的研究《山東工學(xué)院學(xué)報(bào)》,1981.3.

[3] 羅遠(yuǎn)榮.汽油機(jī)增壓中置方案的探討,《汽車技術(shù)》,1980.NO.6.

[4] 顧宏中.渦輪增壓柴油機(jī)性能研究[M].上海:上海交通大學(xué)出版社,1998.160-161.

[5] 李云清.配氣正時(shí)對(duì)汽油機(jī)性能影響的研究[J].農(nóng)機(jī)化研究,2007（11）.

[6] 蘇巖,李理光燈.可變配氣相位對(duì)汽油機(jī)性能的影響[J].汽車技術(shù),2001（4）.

Discussion On Risk Management Of Enterprise Production Project

Cao Quanzuo, Pan Shenglin, Cao Liang, Hu Zhigang, Yu Rong Feng
（Center of Technology, Harbin DongAn Automotive Engine Manufacturing Co., Ltd, Heilongjiang Harbin 150060）

This paper describes the working principle of the exhaust gas turbocharger, turbocharger matching relevant factors. And focus on the impact of fluctuations in the gas distribution phase of the performance of the supercharged engine for a detailed explanation.

Valve timing; turbochargers; engine; valve overlap angle

∶U464.135

∶A

∶1671-7988 (2016)09-186-02

曹權(quán)佐（1976-），男， 高級(jí)工程師，就職于哈爾濱東安汽車發(fā)動(dòng)機(jī)制造有限公司。長(zhǎng)期從事發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)品開發(fā)研究。