基于进气门早关的无节气门汽油机泵气损失的研究

摘要

汽油机通过改变节气门的开度调节发动机的负荷。汽油机小负荷工况下，节气门开度较小，换气过程中的泵气损失较大，燃油经济性较差。为了改善车用汽油机在城市路况下即中小负荷的工况下的燃油经济性，国内外一直在研究可连续变化的全可变气门技术，实现发动机的无节气门控制，以减少泵气损失。全可变气门技术，在部分负荷时利用进气门早关或减小进气门升程的方法控制进入缸内的混合气，即可实现发动机的无节气门负荷控制方式，减少泵气损失，改善汽油机燃油经济性。
　　 本文研究的全可变气门机构发动机是在K157FMI发动机的基础之上改装完成的。全可变气门机构由凸轮机构和液压控制机构两部分组成，利用液压控制结构控制流体的流动来实现气门运动最大升程和开启持续角的可变。本文以K157FMI发动机为样机，对全可变液压气门机构的发动机进气过程进行了研究，主要内容包括以下两个方面：
　　 第一，在试验样机上，对全可变液压气门机构内部液压系统的压力波动进行了测量，研究了液压压力波动对发动机最高运行转速的影响。主要是通过在液压机构上安装压力传感器，测量发动机运行时的液压压力波动以及发动机的进气性能。通过改进使得FVVT发动机能有效工作在5600r/min的范围内。对全可变液压气门机构中的气门运动规律和各种工况下的发动机进气性能进行了实验测量。通过在配气机构中安装LVDT位置传感器的方法直接测量得到气门的位置信号，再对采集数据进行处理获得气门的运动规律。实验结果表明本机构能够实现对气门运动规律的直接控制，可实现进气门升程0～7.5mm可变、进气门迟闭角260℃A范围内连续可调，实现了气门最大升程、开启持续角和配气相位的全可变。对试验样机进行倒拖实验，测量进气流量，并计算其充量系数。得到了不同气门运动规律下充量系数随转速的变化关系。从而验证了全可变气门机构发动机在整个工况下，可以通过控制气门运动规律来控制进入气缸的工质量以达到取消节气门的目的。
　　 第二，利用BOOST软件分别建立原发动机与FVVT样机的一维流动模型，对发动机的进气性能进行模拟计算。首先通过在进气管安装压力传感器，采集获得原机与FVVT样机各工况下进气管内的压力波动情况，通过实验结果与模拟结果的比较，修正模型；其次利用修正的模型模拟计算发动机缸内压力，从而计算发动机的泵气损失。最后，整理实验数据和模拟计算的结果，分析原机与FVVT样机的进气性能。根据分析得出：FVVT机构可以取消节气门实现对发动机工况的调节，并大大降低发动机进气过程中进气系统以及缸内的真空度，从而减少泵气损失，提高燃油经济性。