影响发动机怠速性能的因素研究

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1、气门重叠角对汽油机怠速性能影响的试验研究0引言怠速工况是汽油机的一个重要而常用的工况，它是指发动机在不输出功的情况下以最低转速而运转的稳定工况。为了满足乘客对车辆舒适性、安全性、经济性以及国家排放法规的要求，怠速的控制目标是在低排放条件下实现最低稳定的怠速转速，且能满足迅速而平稳的过渡性能［1-2］。怠速运行稳定性是评价汽油发动机怠速工作质量的一项重要的指标，一般可以用发动机实际转速偏离B标转速的大小來衡量［3］。随着先进的电子控制技术的发展和在汽车上的广泛应川，怠速稳定性得到极大改善，但是发动机非控制参数的优化也是怠速稳定运行的一个前提。而影响怠速稳定性最重要

2、的参数就是气门重叠角，它影响缸内残余废气量进而影响燃烧的循环变动［4-6］。木文主要论述了在一台无可变气门定时机构的汽油机上，通过改变进排气相位來改变气门重叠角，研究了怠速稳定性能及进气、喷油和点火时刻的变化规律。1试验设备及方案1.1试验设备试验在一台新开发的1.3L汽油机上进行，其详细参数见表1。该发动机怠速控制方式为节气门直动式，控制模式为预控制及PID闭环控制，并且发动机启动暖机后很快进入lambda闭环控制。试验用ECU为标定ECU,使用INCA通过ES590及LambdaMeter(ETAS公司)记录汽油机怠速时的各种参数，如转速、节气门开度、进气歧

3、管绝对压力、点火时刻、进气量和充气效率及喷油脉宽等。试验过程中，发动机的空调压缩机、助力转向泵及发电机空载，发动机和AVL电涡流测功机(AVL160)联接，燃油消耗仪AVL735测量怠速时的平均油耗。1.2试验方案设计了8种不同的方案，如表2。气门重叠角从3()CA到21()CA，每调整一次配气相位后，对发动机进行充分的暖机，使艽水温保持在90±5()C,机油温度保持在100±5(t，空气滤清器前温度控制在23-28(>C。连续采集试验数据30分钟，最后结果取各自的平均值(最大点火提前角除外)。2试验结果与分析在发动机进气行程中，为了提高充量系数，进气门相对上止

4、点提前开启，排气门相对上止点延迟关闭，此时，进排气门同时打开，形成进、排气门重叠角。气门重叠角增大，有利于发动机在中、高转速范围内的换气和充气；但大的重叠角不利于扁动和怠速工况，使启动困难，怠速不稳［7］传统的固定配气相位发动机上，根据怠速稳定性及功率输出值來确定气门重叠角的大小［8］。通过调整配气相位，研宂怠速时的性能，找到其随气门重叠角变化的规律。2.1对转速波动的影响转速的波动值是测量时间内的转速最大值与最小值之差，而转速变动率是波动值的1/2与平均转速之比。从图1可以看出，转速的波动随气门重叠角改变呈非线性变化。在7UCA以下，波动值变化不大，维持在50

5、〜55rpm;气fj重叠角大于11()CA时，转速波动值大于75rpm。图2给出了3种不同的气门重叠角下选取的典型时间段内转速波动的瞬时变化情况。可以看出，气门重叠角变小，怠速转速波动减小且随时间改变这种波动比较均一；气门重叠角加大，转速波动大且波动不均一。随着气门重叠角加大，发动机怠速时，进气歧管内压力低，排气管内的一部分废气可能被吸入进气管并进入气缸，与新鲜可燃混合气混合，增加了残余废气系数，导致燃烧恶化，甚至失火，造成转速的不穂定和不均一。在气门重叠角为1OUCA左右，怠速波动值具有明显的变化幅度，可能由于气门重叠角低于10°CA,缸内残余废气系数低于某个

6、定值，此定值是导致燃烧恶化的临界值。2.2对节气门开度及最大点火提前角的影响图3给出了发动机在怠速时的节气门开度及最大点火提前角随节气门重叠角的变化趋势。在热车怠速工况下，ECU根据发动机实际转速与设定的怠速间的差值比较进行计算，通过改变点火提前角和怠速进气量对发动机怠速进行闭环控制。当发动机实际转速低于设定怠速时，ECU将通过加大点火提前角来快速控制发动机的实际怠速转速，但这种调节范围有限：冋时增大进气量来提升发动机转速，但ECU对节气门开度变化的反应较慢，调节滞后；反之亦然。因此，增加气门重叠角，怠速稳定性变差，最大点火角提前角增加，同时加大节气门的开度以调

7、节进气量，以保证怠速运行的稳定性。维持目标怠速为750rpm时，随气门重叠角的增加，节气门开度变大，进气量增多，进气歧管绝对压力增加，真空度降低，如图4所示。随气门重叠角增大，废气倒流入进气歧管的量增加，进气管真空度减小；缸内残余废气量增加，导致燃烧恶化。这一结果同文献［9］的研宄结果相一致。2.3对充气效率和进气量的影响图5显示了怠速时发动机的充气效率和进气质量流量随气门重叠角的变化趋势。从图中可以看出，在目标怠速转速为750rpm下，随气门重叠角增加，充气效率增加，进而进气量增多。在维持最低稳定怠速的情况下，充气效率越低越理想，这样进气量减小，在理论空燃比下

8、喷油量减少，从而改善燃油