基于涡轮增压技术的车用汽油机性能提升及试验评价

摘要

本研究围绕某款1.0L自然吸气式发动机升级为废气涡轮增压发动机而展开的，用来代替某款整车原1.3L自然吸气式发动机，实现搭载1.0L增压发动机后的整车动力性超过原整车的动力性，并且整车油耗达到节省5％的油耗目标。
　　 本文应用发动机一维模拟软件GT-Power建立了1.0L自然吸气式汽油机仿真模型，并将仿真模型模拟数据与试验数据进行对比校核，得到精确性比较高的GT-Power模型。根据增压性能目标需求，利用增压选型推导公式计算结果初步选定两款增压器，对两款增压器分别进行模拟计算，综合分析两款增压器与原机匹配情况，最终确定GT12增压器与原机匹配合理。
　　 根据增压发动机性能仿真模型，优化了增压发动机的进排气歧管。分析了不同气门重叠角对发动机性能的影响，通过增加气门重叠角有望改善低速扭矩。利用爆震模块分析压缩比和点火提前角的变化情况对增压汽油机爆震指数的影响，为增压汽油机的改进设计和试验研究提供理论依据和研究方向。针对增压后发动机的排温升高，通过模型计算分析过量空气系数变化对排温的影响，对排温超出极限值提出了相应的整改措施。
　　 综合评价了增压样机与原非增压发动机的性能情况。增压后发动机扭矩比原机扭矩增加了41.7％，通过改用更小的涡轮机或者采用VVT技术有望进一步改善增压发动机的低端扭矩。增压后发动机比油耗比原机高，主要原因在于压缩比降低和点火提前角推后，导致增压后热效率有所下降。与1.3L自然吸气式汽油机相比，增压发动机的动力性全面超过1.3L发动机，两款发动机搭载同一款整车在新欧洲道路循环工况下的整车油耗结果表明：与搭载1.3L发动机整车油耗相比，搭载增压发动机整车动力性保持不变的情况下，油耗能下降5.18％，达到了预期性能目标，并且通过降低增压样机排气背压还能进一步降低整车油耗。