2015年第4期
国外内燃机
换气可变性在轿车柴油机上的潜力【德】S.HonardarK.DeppenkemperM.Nijs S.Pischinger
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摘要：可用于轿车柴油机的可变气门机构是全球热议的能降低原始排放及满足当今和未来废气排放限值要求的技术。在内燃机研究联合会的研究计划范图内，RWTHAachen大学对可变气门机构在轿车柴油机上的潜力进行模拟和试验研究，并最终对其作出评价，研究结果可用于进一步改善废气温度管理和瞬态性能（加速响应性能和废气排放）。
关键词：轿车柴油机可变气门机构进排气门升程
颗粒物排放
1研究背景
当今发动机的开发要求是减少有害物和CO 排放，以满足未来废气排放法规对公司平均限值的要求。因存在即将实施其他认证循环的可能性（例如全球统一的轻型载货车试验规范），开发人员将面临更大的挑战。这种行驶循环要求进行持续的废气温度管理，尤其是对于低部分负荷和冷起动运行工况，以便能使排气后处理系统高效运行。
减少CO，排放会降低废气温度，特别是在低部分负荷范围内，会导致氧化催化转化器(DOC)中碳氢化合物（HC)和CO的转化率明显降低，如废气温度低于DOC的起燃温度，那么，降低机内CO和HC 排放就显得更为重要。通过应用可变气门机构开辟空气系统新的自由度，以显著提高废气温度：同时不存在废气排放达到临界范围的重大缺陷，例如在维持燃烧稳定性的同时，在低部分负荷范围内进行柴油机颗粒捕集器（DPF）再生或降低氨氧化物（NO，）排放。此外，通过调整配气正时，提高气缸中的残余废气含量，在低NO，水平下进行DPF再生，从而获得低的再生系数（KI系数）。通过使用可变气门机构，影响气缸中充量的流动特性和非稳态运行性能。
2研究策略及实施
在单缸试验机和部分整机上进行发动机试验研
究，单缸试验机是从整机演变而来的。2种发动机均采用最高喷油压力为200MPa的共轨喷油系统，为了确保获得足够的气缸充气和最佳的充量运动，进气道被分别设计成充气气道和切向进气道，而且2 个进气门上都有座面涡流倒棱，以优化充量运动。
万方数据
通过减小压缩比、提高最高气缸压力和喷油压力，以及改善冷却废气再循环（EGR），将颗粒（PM)排放降至最低，因而无须采取主动的降NO，措施，就能达到欧6排放标准要求。表1列出了这两种发动机的特性参数。
1HECS燃烧过程的特性参数表1
项目发动机类型排量/mL 行程/mm 缸径/mm 压缩比每缸气门数
最高气缸压力/MPa 喷油系统
最高喷油压力/MPa
单缸试验机 390 88.3 75.0 15.0 4 22
参数
多缸机 1560 88.3 75.0 15.5 4 20
Bosch压电式共轨喷油系统
200
200
将4个运行工况点作为试验研究的基础，其中， 3个运行工况点位于惯性质量1590kg等级车辆在新欧洲行驶循环（NEDC)中具有重要意义的特性曲线场范围内，各运行工况点的预喷射持续期、预喷射与主喷射之间的间距、进气管压力、增压空气中冷器后的温度和燃烧重心保持不变，并按欧6排放标准进行标定，与主喷射的喷油量和喷油时刻相匹配，以调整到所需的负荷和燃烧重心，保持燃烧重心位置，避免因燃烧重心位置不同而使燃油耗发生变化，从而使废气排放的偏差直接与气门机构的可变性相关，而不会导致不良的燃烧过程。表2列出了各负荷工况点的标定情况。