吉林大学学报(工学版) ›› 2024, Vol. 54 ›› Issue (1): 55-65.doi: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb.20220253

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气门控制策略对无节气门发动机性能的影响

周遊1,2(),洪伟1,2,解方喜1,2(),刘宇1,2,宫洵3,李小平1,2   

  1. 1.吉林大学 汽车仿真与控制国家重点实验室，长春 130022
    2.吉林大学 汽车工程学院，长春 130022
    3.吉林大学 人工智能学院，长春 130012
  • 收稿日期:2022-03-15 出版日期:2024-01-30 发布日期:2024-03-28
  • 通讯作者: 解方喜 E-mail:13339550222@163.com;jluxfx@126.com
  • 作者简介:周遊（1995-），女，博士研究生. 研究方向：内燃机工作过程优化与控制.E-mail：13339550222@163.com
  • 基金资助:
    国家自然科学基金项目(51876079);吉林省科技发展计划项目(20200403150SF);吉林省教育厅科学技术研究项目(JJKH20211086KJ);吉林大学学科交叉融合创新项目(JLUXKJC2020202);中央高校基本科研业务费专项资金项目;吉林大学科技成果概念验证项目(2023GN015);吉林省科技发展计划项目(20230508047RC)

Influence of valve control strategy to improve un⁃throttle engine performance

You ZHOU1,2(),Wei HONG1,2,Fang-xi XIE1,2(),Yu LIU1,2,Xun GONG3,Xiao-ping LI1,2   

  1. 1.State Key Laboratory of Automotive Simulation and Control，Jilin University，Changchun 130022，China
    2.College of Automotive Engineering，Jilin University，Changchun 130022，China
    3.College of Artificial Intelligence，Jilin University，Changchun 130012，China
  • Received:2022-03-15 Online:2024-01-30 Published:2024-03-28
  • Contact: Fang-xi XIE E-mail:13339550222@163.com;jluxfx@126.com

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摘要：

为了实现发动机高效清洁燃烧，利用自行开发的可变气门升程机构，在无节气门条件下研究了进气门调整策略（VIV）、排气门调整策略（VEV）和进排气门耦合调整策略（VICE）对发动机性能的影响。结果表明，与原发动机相比，3种气门控制策略都可以降低有效燃油消耗率（BSFC）并提高热效率（ITE）；其中，VICE策略的效果最为突出，与原发动机相比BSFC和ITE最多可优化28%和6%；VIV策略和VICE策略都可以减小发动机泵气损失，尤其是VIV策略，与原发动机相比最多可以将泵气损失减少36%；3种策略都可以降低NO x 排放，其中VEV策略表现最优异；当NMEP超过0.3 MPa后，不同气门策略对THC排放的影响较小。

关键词: 内燃机, 可变进排气门, 气门控制策略, 无节气门发动机, 泵气损失, 有效燃油消耗率, NO x 排放

Abstract:

In order to achieve efficient and clean combustion， the influence of variable intake valve strategy （VIV）， variable exhaust valve strategy （VEV） and variable intake valve combine exhaust valve strategy （VICE） on the un-throttle engine performance was studied based on a self-developed variable valve lift actuation. The results show that， compared with the original engine， the three valve control strategies all can effectively improve brake specific fuel consumption（BSFC） and indicated thermal efficiency（ITE）. The VICE strategy showed the most optimal results， for example， BSFC and ITE were optimized by up to 28% and 6% compared to the original engine. Both VIV strategy and VICE strategy can reduce pumping loss， especially for VIV strategy， which can reduce pumping loss up to 36% compared with the original engine. All three strategies can reduce NO x emissions， among which VEV strategy performed best. Different valve strategies showed few effects on THC emissions when NMEP exceeded 0.3 MPa.

Key words: internal combustion engine, variable intake and exhaust valves, valve control strategy, un-throttle engine, pumping loss, brake specific fuel consumption, NO x emissions

中图分类号: 

  • TK411

图1

可变气门机构原理图"

图2

气门升程调节范围"

图3

发动机台架示意图"

表1

试验设备详细信息"

仪器型号精度
发动机控制单元Haltech Sprint500/
缸压传感器6114B， Kistler±0.1%
燃烧分析仪AVL 602-6020/
角标仪AVL 398Z01±0.5°CA
氧传感器LS6305 Bosch/
油耗仪FX-3400 Onosokki±0.1% F.S.
排放分析仪A-8020 AVL±0.1% F.S
Lambda仪LA4， ETAS±0.001

图4

可实现的NMEP和BSFC范围"

图5

NMEP为0.6 MPa时不同燃烧模式的放热率"

图6

不同气门控制策略下BSFC的变化"

图7

不同发动机状态的换气过程差异"

图8

不同气门控制策略下换气过程P-V图"

图9

不同气门控制策略对PMEP/IMEP的影响"

图10

不同气门控制策略下缸压变化"

图11

不同气门控制策略下的缸内最高温度"

图12

不同气门控制策略下的排气温度"

图13

不同气门控制策略下的指示热效率"

图14

不同气门控制策略下的NO x 排放"

图15

不同气门控制策略下的THC排放"

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