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摘 要：近年来，交通状况越来越复杂，发动机越来越多的工作在偏离标定转速的中低速范围内，使得传统的进气系统和配气正时与发动机的实际工况不匹配，导致发动机的性能指标降低，甚至在某些工况恶化。该论文对484汽油机改装可变进气支管长度和可变配气相位进行仿真研究，以便为后期的试验工作提供依据。仿真结果表明：改装后，原机在油耗基本保持不变的情况下，功率和扭矩均有所提高，平均功率增加了4.932%；平均扭矩增加了4.946%，并且最大扭矩的转速降低了500，使汽油机的扭矩特性更好。
关键词：汽油机 可变配气正时 可变进气支管长度 性能仿真
中图分类号：U464 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）06（c）-0000-0093-02
传统发动机的进气系统和配气正时是固定的，只能保证发动机在某一转速下的换气效果最佳，不能兼顾发动机在其他转速下对进气的需求。近年来，随着城市机动车的保有量越来越多，交通状况越来越复杂，发动机越来越多的工作在偏离标定转速的中低速范围内，使得传统的进气系统和配气正时与发动机的实际工况不匹配，导致发动机的性能指标降低，甚至在某些工况恶化。目前，改善发动机性能的措施，主要包括：增压技术和可变进气技术。由于增压技术存在低速转矩不足、高速反应滞后等一系列问题，可变进气支管长度和可变配气相位，因其对原机的改动小，易实现，工作可靠，控制精度高，受到国内外研究者的重视。但因试验条件，研发成本等诸多因素的限制，在设计的前期，主要借助计算机仿真的手段来实现[1-5]。论文以GT-Power软件为平台，对484汽油机改装可变进气系统后的性能进行仿真，以便为后期的试验工作提供依据。
1 484汽油机仿真模型的建立
484汽油机的基本技术参数：缸径：84 mm；行程：84 mm；连杆长度：140 mm；压缩比：9。根据484汽油机的原机模型建立其仿真模型。为了评价仿真模型的可靠性，对该汽油机的外特性进行仿真，并与原机进行比较，如表1所示。从表中可以看出：所有工况点的功率、扭矩和油耗的误差均在5%以内，满足工程计算所允许的误差，可用来对原机改装可变进气支管长度和可变配气相位后的外特性进行研究。
2 可变进气支管长度的确定
在仿真模型中，分别设定进气歧管长度为100 mm、200 mm、300 mm、400 mm、700 mm、1000 mm，并对仿真结果进行对比，发现：进气歧管长度为100 mm时，由于压力波传播路径太短，振幅较低，几乎没有产生明显的谐振效应。而歧管长度为1000 mm时，虽然中低速段谐振效果明显，但随着转速的增加，充气效率下降明显。综合而言，长管在中低转速的谐振效应较好，短管在高转速的谐振效应较好。考虑到发动机的空间尺寸，本设计采用三级可变进气歧管长度。转速低于4000 rpm时歧管长度设定为700 mm，4000～5000 rpm时歧管长度设定为400 mm，高于5000 rpm时歧管长度设定为200mm。
3 可变配气相位的确定
综合国内外的参考文献，可变配气正时技术选取：仅改变气门的开启时刻的方案。利用GT-Power软件，对484汽油机全负荷工况下的最佳配气相位进行标定。原机的进气提前角：28°CA，排气提前角48°CA，标定后：1000～2500 r/min，最佳进气提前角：32°CA，排气提前角47°CA；3000～4000 r/min，最佳进气提前角：28°CA，排气提前角52°CA；4000～6000 r/min，最佳进气提前角：22°CA，排气提前角54°CA。采用可变进气支管长度和可变配气相位优化后，发动机容积效率的对比如图1所示。从图中可以看出：所有转速下的容积效率均有所增加，平均容积效率增加5.1%。
4 优化前后汽油机性能的对比分析
在采用可变进气支管长度和可变配气正时的基础上，对484汽油机的动力性、经济性进行仿真，得到优化前后其功率、扭矩、油耗的对比曲线，分别如图：1.2、1.3、1.4所示。平均功率增加了4.932%（2.660 kW），最大功率增加了2.933%（2.488 kW）；平均扭矩增加了4.946%（7.201 N·m），最大扭矩增加了9.462%（14.805 N·m），并且出现最大扭矩的转速降低了500，使汽油机的扭矩特性更好；而平均燃油消耗率增加了0.0023%（0.673[g/kW·h]），也可以说，在功率和扭矩增加的情况下，油耗基本保持不变。
5 结语
所建的484汽油机的仿真模型，较真实的再现了484汽油机的实际运行状态，其精度满足工程上的要求，能用来对该发动机进行变参数的优化设计。采用可变进气支管长度和可变配气正时后，原机在油耗基本保持不变的情况下，功率和扭矩均有所提高。
参考文献
[1] 班兵.汽油机可变配气正时控制策略研究[D].西安：长安大学，2012.
[2] 姬芬竹，谷可帅.汽油机进气歧管流通性和均匀性数值模拟[J].北京航空航天大学学报，2014（2）：154-159.
[3] 李紫薇.增压汽油机可变可变进气结构的数值模拟研究[D].天津：河北工业大学，2013.
[4] 袁海马，李一.某型汽油发动机低转速性能优化[J].内燃机，2013（6）：27-31，62.
[5] 裴建权.可变进、排气系统对发动机动力性作用影响分析[D].长春：吉林大学，2012.
关键词：汽油机 可变配气正时 可变进气支管长度 性能仿真
中图分类号：U464 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）06（c）-0000-0093-02
传统发动机的进气系统和配气正时是固定的，只能保证发动机在某一转速下的换气效果最佳，不能兼顾发动机在其他转速下对进气的需求。近年来，随着城市机动车的保有量越来越多，交通状况越来越复杂，发动机越来越多的工作在偏离标定转速的中低速范围内，使得传统的进气系统和配气正时与发动机的实际工况不匹配，导致发动机的性能指标降低，甚至在某些工况恶化。目前，改善发动机性能的措施，主要包括：增压技术和可变进气技术。由于增压技术存在低速转矩不足、高速反应滞后等一系列问题，可变进气支管长度和可变配气相位，因其对原机的改动小，易实现，工作可靠，控制精度高，受到国内外研究者的重视。但因试验条件，研发成本等诸多因素的限制，在设计的前期，主要借助计算机仿真的手段来实现[1-5]。论文以GT-Power软件为平台，对484汽油机改装可变进气系统后的性能进行仿真，以便为后期的试验工作提供依据。
1 484汽油机仿真模型的建立
484汽油机的基本技术参数：缸径：84 mm；行程：84 mm；连杆长度：140 mm；压缩比：9。根据484汽油机的原机模型建立其仿真模型。为了评价仿真模型的可靠性，对该汽油机的外特性进行仿真，并与原机进行比较，如表1所示。从表中可以看出：所有工况点的功率、扭矩和油耗的误差均在5%以内，满足工程计算所允许的误差，可用来对原机改装可变进气支管长度和可变配气相位后的外特性进行研究。
2 可变进气支管长度的确定
在仿真模型中，分别设定进气歧管长度为100 mm、200 mm、300 mm、400 mm、700 mm、1000 mm，并对仿真结果进行对比，发现：进气歧管长度为100 mm时，由于压力波传播路径太短，振幅较低，几乎没有产生明显的谐振效应。而歧管长度为1000 mm时，虽然中低速段谐振效果明显，但随着转速的增加，充气效率下降明显。综合而言，长管在中低转速的谐振效应较好，短管在高转速的谐振效应较好。考虑到发动机的空间尺寸，本设计采用三级可变进气歧管长度。转速低于4000 rpm时歧管长度设定为700 mm，4000～5000 rpm时歧管长度设定为400 mm，高于5000 rpm时歧管长度设定为200mm。
3 可变配气相位的确定
综合国内外的参考文献，可变配气正时技术选取：仅改变气门的开启时刻的方案。利用GT-Power软件，对484汽油机全负荷工况下的最佳配气相位进行标定。原机的进气提前角：28°CA，排气提前角48°CA，标定后：1000～2500 r/min，最佳进气提前角：32°CA，排气提前角47°CA；3000～4000 r/min，最佳进气提前角：28°CA，排气提前角52°CA；4000～6000 r/min，最佳进气提前角：22°CA，排气提前角54°CA。采用可变进气支管长度和可变配气相位优化后，发动机容积效率的对比如图1所示。从图中可以看出：所有转速下的容积效率均有所增加，平均容积效率增加5.1%。
4 优化前后汽油机性能的对比分析
在采用可变进气支管长度和可变配气正时的基础上，对484汽油机的动力性、经济性进行仿真，得到优化前后其功率、扭矩、油耗的对比曲线，分别如图：1.2、1.3、1.4所示。平均功率增加了4.932%（2.660 kW），最大功率增加了2.933%（2.488 kW）；平均扭矩增加了4.946%（7.201 N·m），最大扭矩增加了9.462%（14.805 N·m），并且出现最大扭矩的转速降低了500，使汽油机的扭矩特性更好；而平均燃油消耗率增加了0.0023%（0.673[g/kW·h]），也可以说，在功率和扭矩增加的情况下，油耗基本保持不变。
5 结语
所建的484汽油机的仿真模型，较真实的再现了484汽油机的实际运行状态，其精度满足工程上的要求，能用来对该发动机进行变参数的优化设计。采用可变进气支管长度和可变配气正时后，原机在油耗基本保持不变的情况下，功率和扭矩均有所提高。
参考文献
[1] 班兵.汽油机可变配气正时控制策略研究[D].西安：长安大学，2012.
[2] 姬芬竹，谷可帅.汽油机进气歧管流通性和均匀性数值模拟[J].北京航空航天大学学报，2014（2）：154-159.
[3] 李紫薇.增压汽油机可变可变进气结构的数值模拟研究[D].天津：河北工业大学，2013.
[4] 袁海马，李一.某型汽油发动机低转速性能优化[J].内燃机，2013（6）：27-31，62.
[5] 裴建权.可变进、排气系统对发动机动力性作用影响分析[D].长春：吉林大学，2012.