摩托车发动机VVT系统控制策略的分析

针对中小排量摩托车发动机的特点,研制了可切换双进气正时参数VVT系统．以一维CFD计算为基础,建立了摩托车发动机VVT系统的循环仿真模型。在此基础上,对发动机怠速低负荷、中等负荷、低转速高负荷、高转速高负荷不同工况条件下VVTL（Variable Valve Timing and Lifting）运行模式的控制策略进行了详细探讨．结合JH125摩托车发动机所进行的研究表明,VVT系统可以在各种不同工况下实现发动机动力性、经济性以及排放性能的有效提高．     

直喷汽油机恒转速增转矩工况燃烧与排放

在一台直喷汽油机(GDI)上,利用发动机瞬态控制和测试系统,研究恒转速增转矩工况下节气门切换幅度和切换耗时对发动机燃烧与排放动态响应的影响,并通过基于比例积分(PI)调节的过量空气系数(λ)闭环控制和节气门超调策略优化瞬态工况的燃烧和排放.试验结果表明:在恒转速增转矩工况,发动机工作参数相对于节气门的变化有一定的滞后,切换时间越长各参数与节气门变化的跟随性越好;切换幅度较大时,各参数稳定性较差;进气的响应特性是影响发动机瞬态工况下燃烧与排放的主要因素.在所研究的工况下,过量空气系数闭环控制的最优PI(比例值、积分值)组合为P=0.08/I=0.5;进气门超调策略可以更有效地减小进气响应的滞后时间,使燃烧更充分,降低颗粒物数量浓度和碳氢(HC)排放.     

Atkinson循环汽油机小负荷燃油经济性优化

为优化汽油机小负荷区域燃油经济性,通过分析进气相位对汽油机小负荷工况燃油经济性影响规律。调整进气正时参数,推迟进气晚关角,优化进气门开启持续期,实现Atkinson循环发动机耗油率的下降。研究结果表明:采用Atkinson循环的发动机,在膨胀比增加的基础上,配合VVT及进气门开启持续期的调整,可以提升燃油经济性并降低泵气损失。提高几何压缩比由10.5增加到12.0,配合调整VVT和进气门开启持续期,利用曲柄连杆运动规律控制有效压缩比到10.7。选择进气门晚关角为下止点后100 CA、进气门开启持续期为270 CA时燃油经济性达到最优,对比原发动机性能效果改善17.96%,同时泵气损失降低13.96%。因此该优化方案为发动机油耗的改善,提供了一种有效的参考。     

切换凸轮型线VVT机构的结构强度

切换凸轮型线VVT机构通过高、低速摇臂的切换来实现不同转速的气门升程控制和正时系统.采用多体动力学的方法,仿真分析高、低速摇臂在切换前后的动力学特性,并将其作为有限元分析的边界条件,施加于切换前后高、低速摇臂和活塞上,从而进行结构分析.计算结果显示,高、低速摇臂满足设计要求,切换活塞的尺寸偏差不影响VVT机构的工作.     

汽油机连续可变进气凸轮轴相位策略的数值模拟

针对486Q汽油机连续可变进气凸轮轴配气相位系统的研制,采用发动机循环模拟数值方法研究连续可变进气凸轮轴配气相位系统的相位策略。数值模拟表明486Q汽油机在高负荷中低转速工况通过进气相位提前抑制进气在气门关闭时刻向进气道的倒流可有效提高循环进气量,使中低转速工况动力输出性能提高6%～8%,其结果与随后试验测试获得进气相位变化量一致。综合考虑燃油消耗率和有害排放物生成,数值模拟中等负荷工况进气相位参数的调节优化,通过进气相位提前,示例工况缸内残余废气系数可从9%增加到20%,NO排放量低减约80%,燃油消耗     

摩托车发动机电子控制系统研究

为实现摩托车发动机从化油器技术向电控燃油喷射技术转变,满足日益严格的排放法规,在某型号摩托车单缸化油器式发动机的基础上,对原机型进气系统、点火系统以及喷油系统进行了改进,通过自行设计的摩托车发动机电子控制系统实现了发动机工作过程的电子控制.控制系统采用MC9S12XS128单片机作为主控芯片,运用模块化软件控制程序实现了传感器信号的采集与处理,对点火和喷油等执行机构进行精确控制,并利用该电子控制系统对点火时刻及空燃比参数进行了标定和优化.实验表明,采用电子控制系统后,发动机在不同工况下的动力性和经济性得到显著提高.     

FSAE赛车发动机谐振进气系统仿真及设计

采用GT-power软件建立JH600发动机模型,模拟全负荷时发动机转速与有效功率的关系,通过与试验结果对比,模拟结果与试验数据吻合良好,为进气系统的设计与仿真提供了重要依据.利用正交实验法结合GT-power软件对谐振进气系统进行匹配计算,从而确定了进气管直径、谐振腔直径和限流阀位置等参数.匹配设计结果能有效地提高发动机中高转速下的动力性,弥补了因安装限流阀而导致的赛车发动机功率损失.     

新型发动机连续可变气门装置原理及分析

为了适应发动机不同工况对进气系统的要求,提出一种新型连续可变气门装置的原理及实现方法.新装置以液压作为驱动进气门运动的动力,其特色在于采用可控转角的调相凸轮调控进气门的相位、采用可控升程的气门升程调节器调控进气门的升程,据此实现发动机配气相位及气门升程的连续无级可变.对一台采纳新型配气机构的摩托车发动机进行了数学建模及仿真分析,结果表明:发动机进气迟闭角(IVC)的调节范围可达16～44℃A,进气早开角(IvO)的调节范围可达8～14℃A,进气门升程h调节范围可达0～7.825 mm,由此将配气机构的最佳适应范围拓宽至常用工况区域,从而有利于改善摩托车在中小负荷和中低转速区的性能,并为研制无节气门汽油机奠定了设计基础.     

传统汽油机改进成混合动力Atkinson循环专用发动机的节油效果

基于传统汽油机的实测数据建立GT-POWER模型;分析改进成Atkinson循环发动机的节油潜力及爆震指数。先选择3种方案并利用GT-POWER模型对部分负荷与万有特性对Atkinson循环进行计算,3种方案分别为:(1)只用可变气阀正时(VVT)技术推迟进气阀关闭时刻;(2)增加凸轮型线包角并用VVT技术推迟进气阀关闭时刻,(3)在第二方案上将压缩比由10增加到12。计算结果表明:方案三节油效果明显,在5个典型工况及全转速范围上中小负荷节油率达7%以上。再分析推迟排气阀开启时刻对实现部分负荷节油基本没有应用价值;传统汽油机改进成Atkinson循环发动机的最佳方案为增加进气凸轮型线包角使进气持续期为350o,用VVT技术推迟进气阀关闭时刻来调节负荷,再将压缩比由10增加到12,而排气凸轮型线及相位不变。     

基于Simulink的天然气发动机瞬态加速工况仿真设计

利用Simulink软件建立了天然气发动机在瞬态加速工况下的发动机模型,该模型加入了进气压力修正模块,弥补了在瞬态加速工况下压力传感器所测进气压力的不准确,实现了进气压力的准确预估,使发动机瞬态加速工况也能控制在理论空燃比附近,并通过转速闭环控制使转速能迅速稳定在目标转速附近.仿真结果表明,模型能较好地实现瞬态加速工况下的空燃比控制,达到快速稳定转速的目的,可为发动机电控单元开发提供一定参考.     

气门参数对汽油机可控自燃燃烧控制作用的数值模拟

通过可变气门机构使部分燃烧废气保留在缸内，是实现汽油机可控自燃（controlled auto—ignition，CAI）燃烧的切实可行的办法，然而多参数可调气门机构增加了控制的复杂程度。为此，利用-维循环模拟软件在Simulink环境中建立了带有进、排气门升程及定时均可控的四变量气门执行机构（4-variable valve actuating system，4VVAS）的汽油机仿真试验平台，探讨了气门各参数对循环热废气及CAI燃烧过程的控制作用及控制敏感性。研究结果表明，其他参数相同时，排气门定时对汽油机CAl燃烧的影响主要体现在缸内废气残留量及废气温度的大小，而进气门定时主要通过影响进气回流和有效压缩比来影响燃烧过程；存在一个最佳位置没有进气回流，能够取得最大负荷。在当量比燃烧时，排气门参数对发动机负荷和着火时刻的控制最为直接和有效，是汽油机CAI燃烧的重要控制参数。     

四变量气门执行机构可控自燃汽油机稳态性能及过渡过程

利用一维循环模拟软件GT-Power,在Matlab-Simulink环境中建立了带有进、排气门升程及定时都可调节的四变量气门执行机构(4VVAS)的汽油机可控自燃(CAI)燃烧仿真试验平台,对不同气门参数下4VVAS-CAI汽油机的稳态性能和过渡过程进行了预测和试验验证.研究表明,在4VVAS-CAI汽油机稳态运行过程中,不同的气门运动规律组合方式可以取得相同的汽油机负荷,但指示燃油耗(ISFC)不同.着火时刻是影响ISFC的关键因素,而在着火时刻相差不大时,进气回流和泵吸损失是影响ISFC的主要因素.在过渡过程中,合理地同时调节4VVAS的气门升程和定时更有助于实现汽油机负荷的快速过渡.     

摩托车发动机三维凸轮可变配气机构的研究

为了拓宽摩托车发动机配气机构的最佳工作区间,提出一种基于三维凸轮的发动机新型可变配气机构,该机构控制的进气门相位及升程凸轮具有连续光顺变化的三维型面,能根据发动机不同的运行工况选择与之相匹配的工作型线.研究表明,采用三维形式的进气凸轮不仅可以方便地调控进气门的启闭相位,而且还能在一定的幅值范围内调节进气门的升程,从而可将配气机构的最佳工作参数从标定工况的狭窄区域延展至发动机的常用工况区域.     

基于Matlab/WAVE的汽油机工作过程的联合仿真优化

应用内燃机性能仿真软件WAVE对462PFI(进气道喷射)汽油机工作过程进行了数值仿真计算,仿真计算结果与实验数据取得了较好的一致性.用Matlab编制了多目标、多参数非线性约束优化算法程序,通过调用仿真计算模型,改变输入参数如压缩比、空燃比、点火提前角和气门正时等的输入数值,实现了联合仿真优化.在给定权重的条件下,寻求参数的最优匹配,使得发动机动力性、经济性和排放性能综合最优.     

二次补气和配气相位对摩托车发动机怠速稳定性和动力性的影响

为分析一款摩托车发动机加装二次补气装置后怠速稳定性提升的原因,利用数值模拟方法建立原机仿真模型,通过对仿真模型标定表明该模型具有较高的模拟精度,在此模型基础上,建立二次补气发动机仿真模型。利用以上模型分析二次补气对怠速稳定性的影响,发现原机怠速不稳的主要原因为其残余废气系数过高。为解决原机怠速不稳问题,从配气相位出发,研究在对原机动力性影响较小的情况下降低残余废气系数的方法。结果表明:将排气相位整体提前可以将残余废气系数降至二次补气发动机的水平,且扭矩下降最大值不超过2%。