高压直喷米勒循环式汽油机增压与气门正时的协同作用研究



高压直喷米勒循环式汽油机增压与气门正时的协同作用研究

严格的CO2排放法规促进了传统内燃机燃油经济性的改善。对于工作在部分负荷下的火花塞式汽油机，泵气损失是影响其热效率的一个关键因素。当车辆行驶在城市工况下时，发动机需要减小节气门开度，此时泵气损失特别大。在新的欧洲循环工况下已经验证了减小发动机排量有利于降低燃油消耗量。汽油机小型化已经成为一种普遍而有效地减少乘用车CO2排放量的方法。

小型汽油机可以在全负荷下工作，但同时也有可能导致爆震等其它不正常的燃烧现象。而涡轮增压可以提高排气背压、增加泵气、提高发动机的热效率。但涡轮增压的滞后作用延迟了发动机的功率需求响应使其作用有所下降，而米勒和阿特金森循环能够提高汽油机整体效率。米勒循环通过提前或延迟关闭进气门来减小压缩比，让压缩比小于膨胀比以实现效率的提高，同时还能抑制爆震而减小泵气损失。阿特金森循环可通过提高膨胀比来实现效率的提高。因此，为获得好的燃油经济性和高性能，缸内直喷汽油机通常需要装备涡轮增压和可变气门正时技术。

本文基于一台带有直喷火花点火技术（DISI）的单缸汽油机（该发动机在进、排气门处配有可变凸轮）的试验研究来验证汽油机增压与气门正时的协同作用。试验测试了两个不同凸轮轮廓下的发动机，以实现米勒循环与标准循环的对比。其中，一个凸轮具有较长的开启时间和标准的气门升程，以实现进气门的延迟关闭；另一个凸轮具有较短的开启时长和气门升程，以实现进气门的提前关闭。而外部的增压设备用以提供可调节压力的压缩空气。

试验结果表明，相比标准凸轮轮廓下的发动机，气门延时关闭的发动机能够改善11%的燃油消耗。

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

编译：张冬冬