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原文传递气门正时对汽油机燃烧和排放性能的影响研究

论文题名：	气门正时对汽油机燃烧和排放性能的影响研究
关键词：	汽油机;有效燃油消耗率;稀释燃烧;可变气门正时
摘要：	近年来，随着人们对能源和环境问题的日益关注以及“双碳”的背景下，实现内燃机更高热效率和更低排放的需求已经迫在眉睫。可变气门技术是一种提升燃油经济性、降低排放的有效手段。但是目前对可变排气门正时以及可变气门正时耦合稀释燃烧的研究较少。所以，本文设计开发了一种新型机械-电机控制式可变气门正时机构，并研究了在化学计量比燃烧时气门正时对发动机经济性和排放特性的影响，同时结合GT-Power模拟，研究气门正时对发动机不同工况的能量分配和BSFC的影响。并进一步探究可变气门正时结合稀释燃烧在不同的燃烧模式下对汽油机经济性和排放特性的改善潜力，为可变气门正时技术在未来发动机上的应用提供参考。本文具体研究内容和结论如下：　　1.基于课题组已经完成开发的机械-电液式可变气门升程机构，自行设计开发了可变气门正时机构并完成试验台架搭建，并验证了气门机构的稳定性和准确性。　　2.进、排气门正时的改变会使缸内废气量产生不同的变化，从而对发动机燃烧过程产生了不同的影响。总体来看，进气门开启时刻前移比排气门开启时刻前移带来的缸内废气少。在进、排气门正时分别为20℃ABTDC和200℃ABTDC时，可以得到当前工况最低的BSFC。在进、排气门正时分别为20℃ABTDC和230℃ABTDC时，与进、排气门正时30℃AATDC和200℃ABTDC相比，CO和NOx分别改善了46.5%和58.14%。　　3.通过GT-Power仿真模拟了在不同工况下，进、排气门正时对能量分配和BSFC的影响。在排气门开启时刻为200℃ABTDC时，随着进气门正时前移，排气损失降低，指示热效率升高。在进气门开启时刻为10℃ABTDC时，随着排气门正时前移，传热损失先升高再降低后升高，指示热效率先升高后降低。不同工况下，进、排气门正时对能量分配的影响整体趋势一致，都可以改善燃油经济性。但是随着负荷的增加进、排气门正时对BSFC的作用效果逐渐减弱。在排气门开启时刻为200℃ABTDC时，随着进气门正时前移，小负荷的BSFC改善22.9%。大负荷的BSFC改善程度为10.59%。　　4.在进、排气门开启时刻分别为20℃ABTDC和200℃ABTDC时，发现随着lambda的升高，PMEP降低，燃烧持续期和滞燃期先缩短后延长。在lambda=1.4时与当量比燃烧相比，BSFC改善了7.69%。当lambda升高到1.1后，CO排放降低且趋于稳定，NOx排放一直降低，在lambda=1.4时，相比于lambda=1，NOx降低了62%。　　5.随着过量空气系数的提高，与化学计量比相比，不同的进、排气门正时下的PMEP一直降低，发动机的经济性和排放特性也都得到了不同程度的改善。相比之下，进气门正时耦合稀燃对发动机经济性的改善范围变大；排气门正时耦合稀燃对NOx排放的改善程度更大。　　6.利用现有的可变气门升程机构，探究稀燃和可变气门技术联合调控可实现的CAI燃烧范围。发现在可实现的CAI负荷范围内，在排气门关闭时刻较靠前且进气门开启时刻相对靠后时，实现CAI燃烧对过量空气系数的依赖性较低，并且压力升高率和放热率峰值降低，实现的IMEP范围更大，燃烧始点靠后且燃烧持续期较长，BSFC和NOx排放更低。
作者：	孟祥龙
专业：	动力工程及工程热物理
导师：	解方喜
授予学位：	硕士
授予学位单位：	吉林大学
学位年度：	2023