增压汽油机气门升程优化仿真及试验验证

颜平涛 王超 杨陈 袁爽 沈源

（吉利动力总成研究院，杭州 311228）

增压汽油机气门升程优化仿真及试验验证

颜平涛 王超 杨陈 袁爽 沈源

（吉利动力总成研究院，杭州 311228）

使用AVL BOOST软件对某款增压汽油机的气门升程曲线进行优化，以提高发动机的低速扭矩。通过仿真计算和试验验证表明：保持排气门关闭角不变，推迟排气门开启角可以显著提高发动机的低速扭矩，而高速性能没有下降。

增压汽油机 气门升程 曲线 仿真试验

引言

增压汽油机的低速扭矩对整车动力性有直接影响，因此通常把低速扭矩和最大扭矩转速作为评价发动机动力性的重要参数。通常可以通过匹配小的增压器来提升发动机的低速扭矩。本文通过对气门升程曲线的仿真优化来提升发动机的低速扭矩，并进行了试验验证。

图1 计算模型

1 计算模型

1.1 原机标定

在台架试验数据的基础上，对原机性能进行了标定。在保证燃烧参数、气门正时以及过量空气系数λ等边界一致的情况下，计算模型主要对进气质量流量，进气歧管的压力和温度，排气歧管的压力和温度，涡前压力和温度、扭矩等参数进行了标定。

1.2 原机性能分析

基于标定模型的计算结果，分析原机1200rpm、1500rpm以及5500rpm的瞬态质量流量。可以看出：在低速时由于3缸排气门的早开，在气门重叠期1缸进气道发生较强的气流倒流现象，造成低速进气量减小。

2 气门升程曲线优化

图2 模型标定结果对比

2.1 气门升程曲线方案

根据对原机瞬态质量流量的分析，认为可以采用在保持排气门关闭角不变的前提下，推迟排气门的开启角度的方法，来达到提升低速扭矩的目的。为此，重新设计了

图3 原机进排气道瞬态质量流量分析

两组排气门升程曲线，并经过气门的运动学及动力性的计算分析。

表1 气门升程曲线参数

图4 气门升程曲线

2.2 仿真结果的对比

计算过程采用定压力控制的方法，不同的排气升程曲线在同一转速下，增压比相同；这样进气歧管的压力基本可以保持一致，仅分析排气升程曲线的变化对发动机性能的影响，没有考虑对涡轮增压器的影响。

图5为优化前后的结果对比，可以看出，优化后低速扭矩有较明显的提升，排气升程曲线exh10deg在2000rpm前扭矩平均提高5-7Nm，而高速性能没有下降。

图5 优化前后性能对比

图6 优化前后1200rpm瞬态质量流量对比

图7 优化前后5500rpm瞬态质量流量对比

图8 优化前后进气道质量对比

图6-8为优化前后对进排气道质量流量的分析，可以看出，优化后方案在低速1200rpm气门重叠期，进气道的气流倒流现象明显减弱，每循环的缸内质量明显提高；在高速5500rpm时，由于气门重叠角非常小，进气质量没有明显变化。

2.3 试验验证

根据以上计算分析，对排气升程曲线exh10deg进行试验验证，图9为试验结果对比。可以看出，exh10deg方案在低速时，扭矩明显提升，其中1200rpm时扭矩提升了16.9Nm；高速时扭矩没有明显变化。

图9 试验结果对比

3 结论

本文使用AVL BOOST软件研究分析气门升程曲线对增压器汽油机的性能影响，以提升发动机的低速扭矩，并进行试验验证。

（1）通过仿真分析认为：保持排气门关闭角不变，推迟排气门开启角度，可以显著减小发动机低速时气门重叠期进气道的气流倒流现象，扭矩提升非常显著；而高速性能并没有降低。

（2）通过试验对该结论进行验证：排气门关闭角不变，排气门开启角推迟10°CA时，发动机低速扭矩提升明显，其中1200rpm时扭矩提升16.9Nm。

[1]周龙保.内燃机学[M].机械工业出版社,2000.

[2]宋守信.内燃机增压技术[M].同济大学出版社,1993.

Optimization of the Valve Lift of the TC Gasoline Based on Simulation and Experiment

YAN Pingtao,WANG Chao,YANG Chen,YUAN Shuang,SHEN Yuan
（Geely Powertrain Research Institute,Xiaoshan,Hangzhou 311228）

In order to improve the low speed torque of the TC gasoline engine,the valve lift curve was optimized by using AVL BOOST and verified.The results show that the low speed torque was improved obviously and high speed performance was not reduced by retarding the EVO with EVC remained.

TC Engine，valve lift curve，simulation，experiment