缸内直喷汽油机利用可变气门和增压技术改善油耗的研究

论文摘要

为提高汽油机的燃油经济性和改善动力性，同时也为了满足日益严格的汽车排放法规，缸内直喷汽油机技术平台的研发越来越受国内外汽车厂商和研究机构的重视。在缸内直喷汽油机平台上采用可变气门和涡轮增压机构技术，不仅可以在保障动力性的前提下大幅度提高汽油机燃油经济性，同时也可在均质当量比燃烧模式下利用常规三效催化器降低后处理成本；上述优点使得均质当量比缸内直喷汽油机正成为世界市场上汽油机研发的主流技术。本文在缸内直喷汽油发动机平台上，研究了部分负荷下利用可变气门正时技术改善油耗的潜力，以及在低速大负荷下利用扫气策略抑制汽油机爆震的方法。实验结果表明，在中小负荷下利用可变气门正时技术形成相位正重叠和负重叠两种策略，都能够有效实现废气截流，形成内部EGR，大幅降低泵气损失，从而可以有效提高缸内直喷汽油机的燃油经济性。采用正重叠策略，在pme=0.2MPa/2000(r/min)的工况下油耗达到375g/kW·h，燃油经济性改善幅度达9%。在缸内直喷汽油机技术平台上合理匹配涡轮增压器，在大负荷下可以利用换气过程中的进气压力高于排气压力的优势实现扫气策略。通过合理优化形成相位正重叠，扫气可以减少缸内残余废气，降低缸内温度，达到抑制缸内直喷汽油机爆震的效果。增大发动机负荷，扫气持续期逐渐增加，扫气的压差逐渐变大。发动机的点火提前角并不会随着发动机负荷的增加而大幅度推后，只是局限在一定区域内波动。采用稀燃分层策略，相比均质当量比策略，扫气的效果更好，点火提前角也可以大幅度提前。在200N·m/1800(r/min)且空燃比为18.5的情况下，点火提前角可以提前至上止点8oCA，相比均质当量比燃烧模式提前了4oCA。同时大负荷下利用可变气门技术可以有效增加充气系数、提高动力性。在1800r/min转速下，可以提高扭矩达50N·m。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 引言
• 1.1 课题的背景及意义
• 1.2 课题国内外研究动态
• 1.2.1 增压均质当量比缸内直喷汽油机工作原理及优缺点
• 1.2.2 缸内直喷发展历史及研究进展
• 1.3 本文主要研究内容及全文结构
• 1.3.1 中小负荷下减少泵气损失的对策
• 1.3.2 低速大负荷抑制爆震
• 1.3.3 本文的文章结构
• 第2章 试验方法与试验设备
• 2.1 发动机实验平台
• 2.1.1 清华 GDI 发动机性能参数
• 2.1.2 可变气门正时技术
• 2.1.3 涡轮增压机构
• 2.1.4 电控数据采集系统
• 2.2 主要性能测试装置
• 第3章 可变配气正时改善中小负荷下油耗研究
• 3.1 同转速不同负荷节油效果研究
• 3.2 同负荷不同转速节油效果研究
• 3.3 本章小结
• 第4章 大负荷扫气对爆震和扭矩的改善研究
• 4.1 均质当量比扫气对爆震的改善作用
• 4.1.1 同相位不同负荷对扫气及爆震的效果研究
• 4.1.2 进排气相位对扫气效果的影响
• 4.2 稀燃模式对扫气效果的改善
• 4.3 同负荷下不同转速下扫气对爆震的改善作用
• 4.4 本章小结
• 第5章 结论
• 5.1 研究总结
• 5.2 需进一步展开的工作
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果