EVCT對(duì)直噴汽油機(jī)燃燒和微粒排放的影響*

解方喜，孟祥龍，劉 宇，李曉娜，張玉林，馮海洲

（1. 吉林大學(xué)，汽車仿真與控制國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，長(zhǎng)春 130022；2. 一汽鑄造有限公司規(guī)劃與市場(chǎng)部，長(zhǎng)春 130062）

前言

隨著全球能源危機(jī)和環(huán)境污染日益嚴(yán)重，現(xiàn)代內(nèi)燃機(jī)必須朝著更加節(jié)能環(huán)保的方向發(fā)展。 眾所周知，與進(jìn)氣道噴射方式（PFI）相比，缸內(nèi)直噴（GDI）發(fā)動(dòng)機(jī)以其更高的壓縮比、更高的進(jìn)氣效率和更低的油耗逐漸占領(lǐng)市場(chǎng)。缸內(nèi)直噴技術(shù)被認(rèn)為是未來(lái)汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的主流技術(shù)。不過(guò)，缸內(nèi)直噴技術(shù)雖然可以取得良好的節(jié)能效果，但仍然無(wú)法滿足日益嚴(yán)峻的油耗和二氧化碳排放法規(guī)，急需進(jìn)一步發(fā)展。同時(shí)，缸內(nèi)直噴技術(shù)還面臨其他挑戰(zhàn)，油氣混合時(shí)間變短并且燃油噴射在缸壁等位置造成燃燒不充分，大多數(shù)GDI發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的微粒排放量是PFI的一倍或兩倍。因此，降低缸內(nèi)直噴汽油機(jī)的微粒排放，進(jìn)一步提高燃油消耗率（BSFC），成為未來(lái)發(fā)展高效、清潔的GDI汽油機(jī)必須攻克的技術(shù)難題。

為優(yōu)化汽油機(jī)的性能，增壓技術(shù)、燃油噴射方式、可變氣門(mén)正時(shí)（VVT）等技術(shù)被廣泛應(yīng)用?？勺儦忾T(mén)正時(shí)（VVT）被認(rèn)為是一種重要的手段，可以改變發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行過(guò)程中進(jìn)排氣門(mén)的開(kāi)啟或關(guān)閉正時(shí)。Cao 等表明進(jìn)氣門(mén)開(kāi)啟（IVO）和進(jìn)氣門(mén)關(guān)閉（IVC）正時(shí)對(duì)換氣過(guò)程和混合過(guò)程有很大影響，進(jìn)而影響發(fā)動(dòng)機(jī)的性能和排放。Li 等研究了米勒循環(huán)對(duì)直噴汽油機(jī)的影響，研究結(jié)果表明，在低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，進(jìn)氣門(mén)晚關(guān)（LIVC）和進(jìn)氣門(mén)早關(guān)（EIVC）可分別提高燃油經(jīng)濟(jì)性6.8%和7.4%。Michael等研究了進(jìn)氣門(mén)開(kāi)啟時(shí)刻對(duì)GDI發(fā)動(dòng)機(jī)微粒排放的影響。結(jié)果表明，當(dāng)氣門(mén)重疊角度在20-25°CA 變化時(shí)，微粒數(shù)量增加了近200%。Nora 表示更長(zhǎng)排氣門(mén)開(kāi)啟持續(xù)時(shí)間增加了大負(fù)荷和高轉(zhuǎn)速下的轉(zhuǎn)矩，進(jìn)氣效率與排氣門(mén)開(kāi)啟持續(xù)時(shí)間有很大的關(guān)系。研究證明，隨著排氣門(mén)關(guān)閉時(shí)刻延遲，氣門(mén)正重疊角增加，缸內(nèi)殘留廢氣也會(huì)增加。排氣可變氣門(mén)正時(shí)與進(jìn)氣可變氣門(mén)正時(shí)相比，可能會(huì)在缸內(nèi)引入更高溫度的殘余廢氣，從而使燃燒性能和排放性能更好。Xie 等發(fā)現(xiàn)與冷EGR 相比，使用熱EGR 可以實(shí)現(xiàn)更好的BSFC、NO排放和微粒排放。

綜上所述，排氣可變氣門(mén)技術(shù)有望實(shí)現(xiàn)更好的節(jié)能減排，但關(guān)于排氣可變正時(shí)對(duì)GDI 發(fā)動(dòng)機(jī)性能和排放的改善，尤其是微粒排放改進(jìn)方面的獨(dú)立研究較少。因此，本文旨在研究排氣可變正時(shí)結(jié)合點(diǎn)火正時(shí)策略對(duì)GDI 發(fā)動(dòng)機(jī)微粒排放及性能的改善潛力。

1 試驗(yàn)臺(tái)架和試驗(yàn)方法

1.1 試驗(yàn)平臺(tái)

試驗(yàn)在具有獨(dú)立排氣門(mén)正時(shí)機(jī)構(gòu)的汽油GDI發(fā)動(dòng)機(jī)上進(jìn)行，進(jìn)氣門(mén)和排氣門(mén)的開(kāi)啟持續(xù)時(shí)間分別為230和220°CA。試驗(yàn)中使用的發(fā)動(dòng)機(jī)的參數(shù)如表1 所示。該發(fā)動(dòng)機(jī)采用開(kāi)放式電子控制單元INCA（ECU），因此IT 和可變氣門(mén)正時(shí)等控制參數(shù)可以手動(dòng)調(diào)整。發(fā)動(dòng)機(jī)配備了轉(zhuǎn)速精度為±0.2%的測(cè)功機(jī)，它可以維持恒定轉(zhuǎn)速以測(cè)量發(fā)動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩。AVL 電荷放大器對(duì)電壓信號(hào)進(jìn)行處理和放大，最后將信號(hào)送到數(shù)據(jù)采集卡。安裝精度范圍為±0.1%的寬范圍lambda 傳感器，并且在INCA 上可以實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)。燃油噴射系統(tǒng)由電子控制單元控制。使用ZF42壓力傳感器、DF-2420油耗儀、LF-72BM-C05E角標(biāo)儀、AVL ZF42燃燒分析儀。發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液由閉環(huán)控制系統(tǒng)控制在80±5 ℃。排放測(cè)量采用MEXA-7100D EGR 氣體分析儀。DMS500 快速氣溶膠電遷移粒徑譜儀分析微粒濃度和微粒尺寸分布，DMS500提供4.87—1 000 nm微粒的尺寸譜。發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)臺(tái)架如圖1所示。

表1 發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)參數(shù)

圖1 發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架示意圖

1.2 運(yùn)行工況

在城市駕駛工況中，汽車發(fā)動(dòng)機(jī)大部分都在中小負(fù)荷區(qū)域運(yùn)行，因此，本文研究工況選擇中小負(fù)荷。本文研究發(fā)動(dòng)機(jī)預(yù)熱后在不同工況下，不同排氣門(mén)關(guān)閉正時(shí)和點(diǎn)火提前角對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)性能和排放的影響，如表2 所示。試驗(yàn)中，所有工況均保持過(guò)量空氣系數(shù)（Lambda）為1。試驗(yàn)燃料為商用汽油，辛烷值為95。在不同的工況下，壓縮上止點(diǎn)后363.25°CA為原始排氣門(mén)關(guān)閉正時(shí)，每隔5°CA 延后排氣門(mén)關(guān)閉時(shí)刻到403.25°CA，以研究排氣門(mén)關(guān)閉時(shí)刻的影響。點(diǎn)火提前角以壓縮上止點(diǎn)前15°CA 為基準(zhǔn)，間隔3°CA 提前至36°CA。當(dāng)在各工況下改變排氣門(mén)關(guān)閉正時(shí)或點(diǎn)火正時(shí)時(shí)，進(jìn)氣門(mén)開(kāi)啟正時(shí)保持不變。運(yùn)行工況見(jiàn)表2。

表2 運(yùn)行工況

2 結(jié)果和討論

2.1 點(diǎn)火正時(shí)和EVCT對(duì)燃燒的影響

點(diǎn)火正時(shí)是影響發(fā)動(dòng)機(jī)性能、燃燒過(guò)程和排放特性的重要參數(shù)。調(diào)整點(diǎn)火提前角可以改善發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒過(guò)程。圖2 為在工況2 下排氣門(mén)關(guān)閉時(shí)刻為383.25°CA ATDC 對(duì)應(yīng)的缸內(nèi)壓力和放熱率曲線，隨著點(diǎn)火正時(shí)從上止點(diǎn)前24°延后到15°，缸壓和放熱率都有很明顯的下降，缸壓峰值相位也隨之推遲，因此，點(diǎn)火正時(shí)的推遲導(dǎo)致了燃燒的滯后。當(dāng)噴油時(shí)刻固定時(shí)，隨著點(diǎn)火正時(shí)的推遲，會(huì)增加混合氣混合的時(shí)間，可能導(dǎo)致混合氣過(guò)濃，不利于燃燒，致使缸內(nèi)壓力和放熱率下降。點(diǎn)火提前角為24°CA BTDC時(shí)，氣缸壓力峰值達(dá)到3.420 6 MPa，對(duì)應(yīng)的相位角為10°CA BTDC，比15°CA BTDC 點(diǎn)火正時(shí)的缸壓峰值高0.875 94 MPa，相位角提前了10°CA。峰值放熱率比15°CA BTDC 點(diǎn)火正時(shí)高11.790 8 kJ·m·（°CA），相位提前11°CA。

圖2 工況2排氣正時(shí)383.25°CA缸壓和放熱率隨點(diǎn)火正時(shí)的變化規(guī)律

定義CA5、CA50、CA90 分別為放熱量達(dá)到總放熱量5%、50%、90%時(shí)的曲軸轉(zhuǎn)角。圖3 為在工況2下排氣關(guān)閉時(shí)刻383.25°CA ATDC 時(shí)，不同點(diǎn)火正時(shí)下的燃燒相位，隨著點(diǎn)火正時(shí)的提前，CA50 也隨之提前，CA50-CA5 和CA90-CA50 都在減小，說(shuō)明隨著點(diǎn)火正時(shí)的提前，火焰?zhèn)鞑プ兛?。隨著點(diǎn)火正時(shí)的延后，燃燒持續(xù)期（CA90-CA5）變長(zhǎng)，過(guò)小的點(diǎn)火提前角，使得大部分燃料在膨脹沖程燃燒，所以CA5-CA90 增加。在排氣門(mén)關(guān)閉時(shí)刻為383.25°CA ATDC 時(shí)，點(diǎn)火正時(shí)從上止點(diǎn)前15°CA 提前到24°CA，CA50相應(yīng)提前11.65°CA。

圖3 工況2排氣正時(shí)383.25°CA時(shí)不同點(diǎn)火提前角的燃燒相位

如圖4 所示，當(dāng)EVCT 從上止點(diǎn)后363.25°CA 延遲到403.25°CA ATDC 時(shí)，峰值氣缸壓力和峰值放熱 率 分 別降低了0.584 55 MPa 和29.586 2 kJ·m·（°CA），峰值相位分別延遲了7 和10°CA。這是因?yàn)殡S著EVCT的延遲，內(nèi)部殘余廢氣增加。殘余廢氣中含有大量的惰性分子，當(dāng)殘余廢氣系數(shù)增加時(shí)，著火界限縮小，導(dǎo)致了缸壓峰值和放熱率的降低，峰值相位的滯后。

圖4 工況2點(diǎn)火正時(shí)24°CA缸壓和放熱率變化規(guī)律

如圖5 所示，隨著排氣門(mén)關(guān)閉時(shí)刻的推遲，在相同的點(diǎn)火正時(shí)下，燃燒持續(xù)期變長(zhǎng)，CA5出現(xiàn)時(shí)刻滯后，主要是缸內(nèi)廢氣變多，廢氣中的CO和HO 熱容較大，廢氣的稀釋作用和熱容作用逐漸顯著，減緩了燃燒過(guò)程，延長(zhǎng)了燃燒持續(xù)期。在相同的排氣門(mén)關(guān)閉時(shí)刻下，隨著點(diǎn)火正時(shí)的提前，燃燒持續(xù)期縮短，在EVCT 為363.25°CA ATDC，點(diǎn)火提前角為9°CA時(shí)，CA5和燃燒持續(xù)期分別減少了8.44和2.71°CA。在相同的點(diǎn)火正時(shí)下，CA50隨著排氣門(mén)關(guān)閉時(shí)刻延后同時(shí)延后。在點(diǎn)火提前角為21°CA 時(shí)，排氣門(mén)關(guān)閉時(shí)刻從363.25 延遲到403.25°CA ATDC，CA50 大約延后9.1°CA。

圖5 工況2點(diǎn)火提前角24°CA時(shí)，不同排氣正時(shí)的燃燒相位

圖6 顯示了EVCT 和IT 對(duì)最大壓力升高率（PRR）的影響?？梢钥闯?，在給定IT 下延遲EVCT使得最大壓力升高率下降，當(dāng)EVCT 延遲40°CA，IT為24°CA BTDC 時(shí)，PRR降低0.024 MPa/（°）CA。PRR的降低主要是由熱容作用造成的。因?yàn)殡S著排氣相位滯后，缸內(nèi)廢氣量變多，廢氣中的CO和HO 都具有很大的熱容，并且隨著排氣門(mén)相位滯后，缸內(nèi)可供燃燒的氧減少，減弱了火焰?zhèn)鞑?，使CA50-CA5 階段變長(zhǎng)，減弱了爆震傾向，對(duì)應(yīng)的PRR降低。隨著點(diǎn)火正時(shí)的提前，在相同的EVCT 下，PRR增加。當(dāng)EVCT 在363.25°CA ATDC 時(shí)IT 提前9°CA，PRR增加0.01 MPa/（°）CA。可以看出IT的提前會(huì)增加缸內(nèi)燃燒噪聲和爆震傾向，但EVCT延遲有利于降低缸內(nèi)燃燒噪聲和爆震傾向。

圖6 工況2最大壓力升高率隨點(diǎn)火正時(shí)和排氣正時(shí)的變化規(guī)律

IMEP 的循環(huán)變動(dòng)（COV）與發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功率密切相關(guān)，是發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒穩(wěn)定性的重要指標(biāo)。圖7 顯示了各排氣門(mén)正時(shí)下，點(diǎn)火正時(shí)對(duì)COV的影響，只有在排氣正時(shí)373.25°CA ATDC 時(shí)，COV是隨著點(diǎn)火提前角的提前而增大，其它排氣門(mén)時(shí)刻下，COV都是隨著點(diǎn)火提前角增大先減小后增大，點(diǎn)火提前角過(guò)早或者過(guò)晚都會(huì)加劇燃燒的不穩(wěn)定性，增大COV。

圖7 工況2 COVIMEP隨點(diǎn)火正時(shí)和排氣正時(shí)的變化規(guī)律

2.2 EVCT和點(diǎn)火正時(shí)對(duì)BSFC和排放的影響

圖8（a）顯示了EVCT 和IT 對(duì)工況2 下有效燃油消耗率（BSFC）的影響。從圖8（a）可以看出，在相同EVCT 下，隨著IT 的提前，BSFC 呈現(xiàn)出先減小后增大的趨勢(shì)，因此存在一個(gè)最佳點(diǎn)火提前角，稱為最佳轉(zhuǎn)矩最小點(diǎn)火提前角（MBT），和MBT 對(duì)應(yīng)的BSFC稱 為MBSFC。 以363.25°CA ATDC 的EVCT 的MBSFC 為基線的比較表明，隨著EVCT 從363.25 延遲到398.25°CA，MBT 從18 到27°CA BTDC，MBSFC下降了4.23%。也就是說(shuō)，EVCT 增加時(shí)需要增加點(diǎn)火提前角，改善燃燒以獲得更好的BSFC。當(dāng)然，EVCT 的延遲不是無(wú)限的。當(dāng)EVCT 延遲到403.25°CA 時(shí)，MBSFC 甚 至 高 于363.25°CA 時(shí) 的EVCT，因?yàn)樵诠潭ǖ呐艢忾T(mén)持續(xù)期下，EVCT的延遲降低了進(jìn)氣損失并改善了空燃混合物，但同時(shí)也增加了排氣沖程的排氣損失。當(dāng)EVCT 推遲到403.25°CA 時(shí)，推出功損失的增加導(dǎo)致泵氣損失增大并大于對(duì)混合氣的改善效果。

如圖8（a）和圖5 所示，BSFC 可能和CA50 存在微妙關(guān)系，隨著排氣門(mén)相位滯后，EGR 率增大，為了維持更好的BSFC，需要更提前的點(diǎn)火正時(shí)來(lái)維持CA50 沒(méi)有過(guò)大的偏差。幾乎每個(gè)排氣相位下，CA50隨著點(diǎn)火正時(shí)的提前都更趨近一個(gè)范圍，大致在6-9°CA。在同一個(gè)點(diǎn)火正時(shí)下，排氣門(mén)關(guān)閉時(shí)刻延遲時(shí)，因?yàn)楦嗟母變?nèi)廢氣，使得更稀薄的混合物導(dǎo)致了更低的BSFC，但是當(dāng)排氣門(mén)關(guān)閉時(shí)刻推遲到403.25°CA 時(shí)，MBSFC 對(duì)比393.25°CA 時(shí)的MBSFC顯著增大，可能因?yàn)榇藭r(shí)排氣門(mén)關(guān)閉時(shí)刻延后過(guò)多，需要的最佳點(diǎn)火提前角過(guò)于提前，導(dǎo)致更多的燃燒在壓縮行程中進(jìn)行，氣體膨脹阻礙活塞上行，氣體所做負(fù)功增加，使得BSFC改善程度下降。

圖8 BSFC和MBSFC的變化規(guī)律

圖8（b）給出了MBSFC 不同工況的趨勢(shì)。比較圖8（b）中的工況1、工況2 和工況3，可以看出它們具有相同的趨勢(shì)，即MBSFC 先減少后增加。工況1、工況2 和工況3 的MBSFC 分別最多提高了4.66%、4.24%和2.11%，對(duì)應(yīng)的MBT分別為35、35和30°CA BTDC。比較是基于EVCT 處于363.25°CA ATDC 時(shí)對(duì)應(yīng)的MBSFC。也就是說(shuō)，隨著負(fù)荷的增加，EVCT和IT 對(duì)MBSFC 的改善效果會(huì)降低。這是因?yàn)樾∝?fù)荷的缸內(nèi)燃燒條件比大負(fù)荷的要差。通過(guò)EVCT 的延遲，更容易引入高溫高熱容廢氣，改善混合燃燒過(guò)程，提高BSFC。此外，在100 N·m 的大負(fù)荷下，較大的EVCT 對(duì)排氣沖程中增加的活塞推出功的負(fù)面影響更加明顯，這就是為獲得最低的BSFC 而延遲EVCT 的原因。通過(guò)比較工況2、工況4 和工況5可以發(fā)現(xiàn)，在50 N·m 的負(fù)荷下，當(dāng)轉(zhuǎn)速?gòu)? 500增加到2 000 r·min時(shí)，MBSFC 分 別 下 降 了4.24%和2.43%。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到3 000 r·min時(shí)，最小的MBSFC出現(xiàn)在排氣正時(shí)為363.25和25°CA BTDC的點(diǎn)火正時(shí)下。這一現(xiàn)象說(shuō)明發(fā)動(dòng)機(jī)在小負(fù)荷或低轉(zhuǎn)速時(shí)對(duì)EVCT 的延遲容忍度更好，即在小負(fù)荷時(shí)對(duì)增加的殘余廢氣耐受性更強(qiáng)。

直噴汽油機(jī)微粒按粒徑大小，一般分為兩種不同形式的微粒：核態(tài)微粒（nucleation mode），粒徑小于50 nm；集聚態(tài)微粒（accumulation mode），粒徑大于50 nm。如圖9所示，分布特征主要表現(xiàn)為雙峰形式，即核態(tài)和集聚態(tài)各占一峰。核態(tài)微粒主要來(lái)源于碳?xì)浠衔锢淠纬傻囊旱?，集聚態(tài)微粒主要來(lái)源于富燃料區(qū)域形成的碳質(zhì)集聚體。

圖9（a）顯示了EVCT 為403.25°CA ATDC 時(shí)點(diǎn)火正時(shí)對(duì)粒徑分布-微粒數(shù)量濃度的影響，圖9（b）顯示了不同點(diǎn)火正時(shí)對(duì)微粒數(shù)量濃度的影響。從圖9 可以看出，點(diǎn)火時(shí)間、粒子總數(shù)、核態(tài)粒子數(shù)和集聚態(tài)粒子數(shù)均呈增加趨勢(shì)。這是因?yàn)殡S著點(diǎn)火提前角的增加，氣缸內(nèi)燃燒溫度升高會(huì)導(dǎo)致微粒成核率增加。另外，點(diǎn)火正時(shí)的提前減少了燃料和氣體的混合時(shí)間，導(dǎo)致微粒生成變多，提前點(diǎn)火正時(shí)會(huì)增加氣體峰值溫度并提高阿列紐斯成核率。提前點(diǎn)火正時(shí)也會(huì)降低膨脹和排氣沖程中的缸內(nèi)溫度，導(dǎo)致燃燒產(chǎn)生的微粒在排氣階段的氧化速度減慢。以上因素共同導(dǎo)致了更多的微粒排放。

圖9 粒徑分布和數(shù)量濃度變化規(guī)律

從圖10 可以看出，EVCT 的延遲顯著減少了微粒排放。EVCT 從363.25 推遲到403.25°CA ATDC，微?？倲?shù)、核態(tài)微粒和集聚態(tài)微粒數(shù)量明顯減少。一方面，EVCT延遲帶來(lái)的高熱容廢氣降低了燃燒溫度，導(dǎo)致燃油蒸汽熱裂解脫氫反應(yīng)形成的初級(jí)碳顆?？赡軠p少。另一方面，它改善了發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油消耗，這意味著對(duì)于給定的發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷，與基線條件相比，氣缸需要的燃料更少，從而很大程度的減少微粒的形成。

由圖10（b）可以看出，排氣門(mén)正時(shí)由363.25 延遲到383.25°CA，微粒的濃度顯著降低約82.45%，核態(tài)和集聚態(tài)微粒也顯著下降。當(dāng)排氣門(mén)關(guān)閉時(shí)刻延遲時(shí)，缸內(nèi)EGR 量變多，缸內(nèi)廢氣含有熱容較高的CO和HO，使得燃燒溫度降低，抑制了燃燒過(guò)程中高溫反應(yīng)的脫氫過(guò)程，減少碳質(zhì)聚集微粒的形成。并且在相同的點(diǎn)火正時(shí)下，隨著EGR 的增加，燃燒持續(xù)期變長(zhǎng)，為微粒的氧化提供了更多的時(shí)間。所以，熱EGR可以降低混合物的微粒濃度。

圖10 微粒數(shù)量濃度和直徑隨排氣正時(shí)變化規(guī)律

圖11 顯示了不同工況下總微粒數(shù)、核態(tài)微粒和集聚態(tài)微粒的改善率。以EVCT 為363.25 °CA 的MBT 為參考點(diǎn)，比較該工況下獲得最小油耗點(diǎn)的微粒排放。從圖11 可以看出，隨著轉(zhuǎn)矩的增加，相同轉(zhuǎn)速（1 500 r·min）下，總微粒數(shù)改善程度有先增后減的趨勢(shì)，分別為87%、95%和16.6%。當(dāng)負(fù)荷增加到100 N·m 時(shí)，氣缸內(nèi)燃燒溫度升高，EVCT 延遲導(dǎo)致氣缸內(nèi)氧濃度下降，這兩者都有利于燃油熱裂解和碳煙前驅(qū)物（多環(huán)芳香烴PAHs）的產(chǎn)生。比較工況2、工況4和工況5可以發(fā)現(xiàn)，在固定負(fù)荷（50 N）下，隨著轉(zhuǎn)速的增加，微?？倲?shù)的變化率分別下降了95%、84%和0%。這種現(xiàn)象可能是由于隨著發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的增加，燃料和氣體混合的時(shí)間變短，EVCT 延遲引入的高溫廢氣進(jìn)一步加劇了部分混合氣濃度不均勻。通過(guò)對(duì)工況2和工況3的比較可以發(fā)現(xiàn)，隨著負(fù)荷的進(jìn)一步增加，排氣過(guò)程中核態(tài)微粒生成變多，碰撞概率的增加也導(dǎo)致集聚態(tài)微粒數(shù)量的增加。一般來(lái)說(shuō)，EVCT的延遲結(jié)合適當(dāng)?shù)狞c(diǎn)火提前角可以實(shí)現(xiàn)低轉(zhuǎn)矩低轉(zhuǎn)速下BSFC、微粒排放的最佳改善。但當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩或轉(zhuǎn)速增加時(shí)，BSFC、微粒排放的改善程度減弱。

圖11 各工況下微粒改善程度

3 結(jié)論

本文研究了EVCT 和點(diǎn)火提前角對(duì)火花點(diǎn)火GDI 發(fā)動(dòng)機(jī)在5 種工況下的排放和性能的影響。通過(guò)對(duì)5 種工況的燃燒、油耗和排放進(jìn)行分析比較，得出以下結(jié)論。

（1）EVCT 的延遲降低了峰值氣缸壓力和放熱率，延后了CA50、燃燒持續(xù)期，導(dǎo)致燃燒滯后。然而，結(jié)合提前點(diǎn)火正時(shí)的方法可以改善由EVCT 延遲引起的燃燒滯后。

（2）BSFC 隨EVCT 的延遲先降低后升高，BSFC隨點(diǎn)火正時(shí)提前的趨勢(shì)與之相似。在工況1 條件下，BSFC可提高4.66%，在工況2條件下，BSFC提高4.21%，在工況3 條件下，BSFC 提高2.5%，所以EVCT 結(jié)合點(diǎn)火正時(shí)調(diào)整對(duì)改善發(fā)動(dòng)機(jī)油耗有顯著效果，尤其是在小負(fù)荷低轉(zhuǎn)速工況。

（3）EVCT 的延遲對(duì)微?？倲?shù)的減少有顯著影響。在最佳油耗條件下，EVCT 延遲對(duì)工況2 微粒排放的影響最大，微?？倲?shù)減少95%，核態(tài)微粒減少91%，集聚態(tài)微粒減少96%。

（4）在5 種工況下，EVCT 結(jié)合點(diǎn)火提前角對(duì)中小負(fù)荷下BSFC 和微粒排放都有較好的改善效果。隨著發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速或負(fù)荷的增加，EVCT結(jié)合點(diǎn)火正時(shí)對(duì)BSFC、微粒排放的改善程度逐漸減弱。