第5期（总第232期） 2017年10月
车用发动机 VEHICLE ENGINE
No 5 (Serial No 232)
Oct 2017
Atkinson循环发动机配气机构改进分析
任翠翠”，张毅”，杨靖”，赵璐璐”，唐坚”，罗亚妮
（1湖南大学机械与运载工程学院，先进动力总成技术研究中心，湖南长沙410082；
2湖北三江航天红阳机电有限公司，湖北孝感432000）
摘要：基于发动机燃油经济性升级需求,将传统的Otto循环发动机改为阿特金森（Atkinson)循环发动机，其
中，配气机构的改进是完成循环改型的关键。对某汽油机配气机构建立模型，并进行运动学和动力学计算分析，进而对凸轮型线进行优化设计，对配气正时进行再设计研究。利用进排气凸轮轴的双VVT机构，在不同转速和负荷下对改型后的发动机进行了双VVT的优化控制设计。台架试验结果表明，发动机成功地完成了Akinson循环的转换，最低燃油消耗率由原机的250g/(kW·h)降低到232g/(kW·h）,且低油耗区向常用发动机工况移动，验证了配气机构设计方法的正确性和有效性。
关键词：Atkinson循环；凸轮型线；配气正时；可变配气机构 DOI: 10 3969 /j issn 1001-2222 2017 05 004
中图分类号：TK4134
文献标志码：B
文章编号：1001-2222(2017)05-0016-05
目前，能源短缺和环境污染威胁着人类社会发展，节能减排已成为了各国政府的工作重点。At-kinson循环通过可变气门正时并增大几何压缩比的方法，减少泵气损失，提高膨胀效率，进而提高发动机的燃油经济性1]。Atkinson循环发动机有较高的执效率，但功率偏低，与传统汽油机相比混合动力车用发动机只需在中低转速和负荷区域内工作，即在高效经济区内工作。混合动力车若采用“蓄电池十电动机"或电机直接驱动，则避开了Atkin son循环发动机功率下降的弱点[2」，而相对于电动车也降低了对电机和电池的负担。
Atkinson循环发动机是一个复杂的多变量系统，凸轮型线和配气正时是Atkinson循环发动机的技术核心。目前，国内Atkinson循环发动机技术基本仍处于探索阶段。王德伦等了只改变配气相位和几何压缩比实现Atkinson循环；朱国辉等+}通过增加进气凸轮工作包角推退进气阀关闭时刻，增大几何压缩比来实现Atkinson循环。本研究一方面对传统汽油机凸轮型线进行优化设计，增加进气凸轮包角推退进气阀关闭时刻，减小排气凸轮包角推迟排气阀开启时刻，另一方面，对发动机各个运行工况下的特性进行分析研究，结合双VT和改变活塞
收稿日期：2017-06-27；修回日期：2017-10-18
形状提高几何压缩比的设计方案，实现发动机Otto
循环向Atkinson循环的转变。 1Atkinson循环基本原理
膨胀比大于压缩比是Atkinson循环发动机最大的特点。通过推退进气阀关闭来实现Atkinson 循环，而进气阀关闭时刻也可用于控制负荷变化。
图1为两种循环的示意图，1—2—3—4—1为 Atkinson循环，1—2—3—4—1'为Otto循环。图中，1一2为绝热压缩过程，2一3为定容加热过程， 3—4为绝热膨胀过程，4—1为定压放热过程，1—2 为绝热压缩过程，4一1'为定容放热过程5]。
图1Atkinson循环和Otto循环示意
理想的Atkinson循环与Otto循环的差别在于： 1）Atkinson循环发动机进气门晚关使得实际
基金项目：国家高新技术研究发展计划("863"计划)项目(2012AA111703）
作者简介：任翠翠（1990—），女，硕士，主要研究方向为发动机配气机构优化；reneuicui1217@126com，
通讯作者：杨清（1957一），女，教授，博士生导师，研究方向为发动机性能优化与匹配tyangjing10@vipsinaeom。