配气相位波动对增压发动机性能的影响

曹权佐，潘圣临，曹亮，胡志刚，于荣枫

（哈尔滨东安汽车发动机制造有限公司技术中心，黑龙江 哈尔滨 150060）

测试试验

配气相位波动对增压发动机性能的影响

曹权佐，潘圣临，曹亮，胡志刚，于荣枫

（哈尔滨东安汽车发动机制造有限公司技术中心，黑龙江 哈尔滨 150060）

∶文章简述了废气涡轮增压器工作原理，增压器的匹配相关因素。并且重点对配气相位的波动对增压发动机的性能影响进行了详细的说明。

∶配气相位；增压器；发动机；气门重叠角

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.09.062

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

引言

我国目前已经成为世界第一大汽车产销大国，汽车行业给我国带来GDP增长的同时，也带来了严重的资源与环境问题。为了提高汽车发动机动力性、经济性和降低油耗、排放的要求。我国不仅出台了硬性的法规要求，也出台了相应的奖励措施，鼓励发动机厂商与科研机构投入大量的人力、物力进行新技术的研究与开发。目前，这些新技术和新方法，有的已在内燃机上得到广泛的应用，有些正处于发展和完善阶段。其中废气涡轮增压技术在不改变发动机基本结构的情况下，可以大幅度的提高发动机的功率、扭矩，并且可以降低油耗与排放，使其以卓越的表现受到了各大主机厂的欢迎。

1、废弃涡轮增压技术的介绍

发动机废气涡轮增压技术是利用发动机排出的高温、高压废气，使废气在涡轮中膨胀做功，驱动涡轮旋转并同时带动同轴的压气机叶轮高速旋转，使大量新鲜空气通过压气机叶轮的转动被吸入并压缩后进入发动机气缸，提高了进气效率，从而提高了整机的功率、扭矩[1]。

图1　增压器工作原理图

废弃涡轮增压技术的优点如下：

1）在发动机重量和体积增加很少的情况下，相对自然吸气的发动机功率可以提升30%～50%，甚至更多[2]。

2）增压后热效率提高，发动机功率上升，使发动机燃油经济性大幅度增加[3]。

3）采用涡轮增压可使燃烧更充分，CO、HC排放降低，采用中冷可进一步降低NOx排放；发动机体积小，发射噪声的表面积小，涡轮能起到消声作用[4]。

4）涡轮增压器的自我补偿功能，对海拔高度变化有较高的适应能力，在高原地区工作时比不增压发动机功率下降要少得多。

2、发动机与废弃涡轮增压器的匹配

所谓发动机与增压器匹配，严格说应是发动机和增压系统，包括与增压有关的零部件的匹配。即发动机和增压器的空气压力、流量等参数合理匹配，使发动机的性能指标、油耗率、排气温度、排放物等达到最优，工作可靠 。

增压匹配的内容包括以下方面：压气机、燃气涡轮、排气管、进气管、中冷器、空滤器、消声器、进排气凸轮轴型面、配气相位、发动机运转工况、环境参数。

3、配气相位与增压匹配

当配气相位与废气涡轮增压匹配较好时，可以更加有效的提高发动机的充气效率，提高功率、扭矩。但是当配气相位与废气涡轮增压匹配不佳时，不仅无法提高发动机的功率和扭矩，还会导致发动机出现喘振故障现象。

3.1配气相位概述

所谓配气相位就是进、排气门的实际开启和关闭时刻，通常用相对于上、下止点曲拐位置的曲轴转角来表示[5]。 当进排气时间截面大，气门重迭角大时，可以使进气充分、排气干净，扫气效果好，提高充气效率[6]。

图2　配气相位图

3.2配气相位波动对增压发动机性能影响

某款增压发动机在国产化过程中，发现国产状态发动机在其低速、全负荷段工况点，扭矩下降较多，在1400rpm时最大降幅达到约30Nm，具体差异见如图3所示。

图3　发动机扭矩

此发动机配备了进气VVT技术，进气相位通过VVT来调节控制。检测1400rpm时，KD状态发动机配气相位的跟随性，其在稳定工况下，相位波动在±1°CA内，具体波动见图4。

检测1400rpm时，国产化状态发动机配气相位的跟随性，其在稳定工况下，机油温度在93℃时相位波动在±1°CA内，但是当机油温度超过93℃时相位波动在±2°CA，具体波动见图5。

图4　相位波动（KD）

图5　相位波动（国产化）

进一步对发动机的充气效率进行检测，得出国产化发动机在低速、全负荷阶段，其充气效率要小于KD状态发动机。具体见差异见图6。

图6　充气效率

3.3小结

通过以上调查得出，国产化发动机扭矩下降是由于在发动机机油温度达到93℃以上时，进气VVT系统控制不稳定，导致进气相位波动加剧由±1°CA变化为±2°CA，从而导致进气效率下降，使得发动机的扭矩下降。

4、总结

目前发动机上应用的新技术都紧紧的围绕着降低排放、油耗和提高功率、扭矩而开发研究。主要的技术有：可变气门正时技术、缸内直喷技术、冷却EGR技术、可变机油泵技术、电子水泵技术、整车启停技术、废气涡轮增压技术等。

这些技术的出现并非单一独立的应用，需要将这些技术糅合在一起，通过电控匹配使它们能够相辅相成，对发动机的性能发挥起到最优化的表现。

[1] 朱大鑫.车用汽油机涡轮增压的新进展.车用发动机,1993（2）:1～7.

[2] 罗远荣等.车用汽油机增压几个关键技术问题的研究《山东工学院学报》,1981.3.

[3] 罗远荣.汽油机增压中置方案的探讨,《汽车技术》,1980.NO.6.

[4] 顾宏中.涡轮增压柴油机性能研究[M].上海:上海交通大学出版社,1998.160-161.

[5] 李云清.配气正时对汽油机性能影响的研究[J].农机化研究,2007（11）.

[6] 苏岩,李理光灯.可变配气相位对汽油机性能的影响[J].汽车技术,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

曹权佐（1976-），男， 高级工程师，就职于哈尔滨东安汽车发动机制造有限公司。长期从事发动机产品开发研究。