渦輪增壓和進(jìn)/排氣雙可變氣門正時(shí)(VVT)的組合已成為當(dāng)前汽油機(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)的主流配置。但這些技術(shù)的引入增大了進(jìn)氣系統(tǒng)的復(fù)雜度，不但缸內(nèi)充量的影響因素變得更多，進(jìn)氣壓力和缸內(nèi)新鮮充量之間的關(guān)系也不再呈線性，使缸內(nèi)新鮮充量計(jì)算變得更加困難。而準(zhǔn)確計(jì)算缸內(nèi)新鮮空氣量是汽油機(jī)當(dāng)量燃燒控制的基礎(chǔ)，是空燃比精確閉環(huán)控制、改善原始排放、實(shí)現(xiàn)“缸內(nèi)凈化”并保證排放達(dá)標(biāo)的重要前提，因而探索精度高、易于工程實(shí)現(xiàn)的建模方法和計(jì)算手段十分必要?；诖?，筆者通過理論推導(dǎo)并結(jié)合試驗(yàn)分析，提出一種機(jī)理與數(shù)據(jù)圖表相結(jié)合的增壓雙VVT 直噴汽油機(jī)充量建模方法，用于計(jì)算缸內(nèi)新鮮空氣量，在掃氣工況下可計(jì)算出掃氣量。

01、試驗(yàn)條件

試驗(yàn)基于某配有進(jìn)/排氣雙VVT 的3缸缸內(nèi)直噴廢氣渦輪增壓汽油發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行，圖1 為試驗(yàn)用發(fā)動(dòng)機(jī)及臺(tái)架附加傳感器測(cè)點(diǎn)示意。詳細(xì)的實(shí)驗(yàn)條件見參考文獻(xiàn)[1]。

圖1 發(fā)動(dòng)機(jī)及臺(tái)架測(cè)點(diǎn)示意

02、基本概念及模型建立

工程中通常將氣門升程為1mm 作為氣門打開/關(guān)閉臨界點(diǎn)。進(jìn)氣門初始相位IPin定義為進(jìn)氣凸輪軸處于初始位置時(shí)，進(jìn)氣門上升過程中升程為1mm 處相對(duì)于排氣上止點(diǎn)的角度。排氣門初始相位IPex定義為排氣凸輪軸處于初始位置時(shí)，排氣門下降過程中升程為1mm 處相對(duì)于排氣上止點(diǎn)的角度。進(jìn)氣VVT角度Ain 為進(jìn)氣凸輪軸相對(duì)于其初始相位的絕對(duì)角度。排氣VVT 角度Aex 為排氣凸輪軸相對(duì)于其初始相位的絕對(duì)角度。VVT 重疊角Ain＋Aex 定義為進(jìn)氣門移動(dòng)角度和排氣門移動(dòng)角度之和。當(dāng)(Ain＋Aex)≥(IPin－IPex)時(shí)，由于進(jìn)氣門提前開啟和排氣門遲后關(guān)閉而造成進(jìn)/排氣門同時(shí)開啟，即發(fā)生了氣門疊開，反之則認(rèn)為無氣門重疊。對(duì)于試驗(yàn)用發(fā)動(dòng)機(jī)，IPin＝29° CA，IPex＝-29° CA，即VVT 重疊角(Ain＋Aex)≥58° CA 時(shí)發(fā)生氣門疊開，如圖2 所示。此外，還引入了充量構(gòu)成的概念。筆者基于缸內(nèi)相對(duì)氣體總量、相對(duì)滯留廢氣、相對(duì)回流廢氣、缸內(nèi)相對(duì)新鮮空氣量這幾個(gè)參數(shù)搭建了發(fā)動(dòng)機(jī)全工況模型，其詳細(xì)的建模方法見參考文獻(xiàn)[1]。

圖2 VVT重疊角示意

03、模型標(biāo)定及驗(yàn)證

3.1 全因子數(shù)據(jù)掃描及標(biāo)定

利用數(shù)據(jù)處理工具對(duì)模型中的圖表進(jìn)行標(biāo)定，圖3為標(biāo)定結(jié)果，標(biāo)定完成后將圖表的數(shù)值寫入發(fā)動(dòng)機(jī)控制器。

圖3 各影響因子陣列標(biāo)定結(jié)果

3.2 全因子掃描驗(yàn)證和目標(biāo)VVT點(diǎn)驗(yàn)證

圖4 為充量計(jì)算模型驗(yàn)證結(jié)果。其中圖4a～4c為缸內(nèi)相對(duì)新鮮空氣量的驗(yàn)證結(jié)果，誤差在±5%之內(nèi)的數(shù)據(jù)點(diǎn)248 組(總共259 組數(shù)據(jù))，超差的點(diǎn)集中出現(xiàn)在小負(fù)荷區(qū)域；計(jì)算的相對(duì)滯留廢氣和回流廢氣如圖4d～4e 所示，隨著進(jìn)/排氣壓比的增大，回流廢氣不斷減小，進(jìn)/排氣壓比大于0.87 后進(jìn)入臨界掃氣區(qū)，缸內(nèi)廢氣占比隨著進(jìn)/排氣壓比和重疊角的增大而不斷減??；圖4g～4i 為掃氣量的驗(yàn)證結(jié)果，計(jì)算掃氣量的絕對(duì)誤差全部在±5%之內(nèi)。

圖4 轉(zhuǎn)速為1 500 r/min下充量計(jì)算模型的驗(yàn)證結(jié)果

04、結(jié) 論

(1) 分析了增壓雙VVT 復(fù)雜進(jìn)氣系統(tǒng)進(jìn)氣充量非線性的原因，提出了VVT 權(quán)重因子的概念，并對(duì)其給出了數(shù)學(xué)定義；基于VVT 權(quán)重因子，通過機(jī)理-數(shù)據(jù)混合方法對(duì)缸內(nèi)充量進(jìn)行了工程建模；并根據(jù)不同工況的充量構(gòu)成和換氣過程推導(dǎo)出缸內(nèi)相對(duì)新鮮空氣量和相對(duì)掃氣量的計(jì)算公式。

(2) 面向某配有進(jìn)/排氣雙VVT 的3 缸缸內(nèi)直噴廢氣渦輪增壓汽油發(fā)動(dòng)機(jī)，采用基于SPC564A80單片機(jī)的某發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元，進(jìn)行了算法建模、代碼實(shí)現(xiàn)、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析、參數(shù)標(biāo)定和充分試驗(yàn)驗(yàn)證；臺(tái)架試驗(yàn)表明，所建立的充量計(jì)算模型在發(fā)動(dòng)機(jī)全工況范圍內(nèi)適用，且計(jì)算值與試驗(yàn)數(shù)據(jù)的誤差精度滿足實(shí)際使用需求。

05、參考文獻(xiàn)

[1]孫鵬遠(yuǎn),王強(qiáng),蒼賀成,等.增壓雙VVT汽油機(jī)缸內(nèi)充量工程化建模方法[J].內(nèi)燃機(jī)學(xué)報(bào),2022,(04):314-321.