0引言
近年来，柴油机作为车用动力已占有越来越重要的地位，与此同时，人们对柴油机的动力性、经济型和排放性能有着越来越高的要求，通过优化配气相位对于提高发动机的性能则是一个研究方向[1]。
柴油机以压缩燃烧的方式，从燃料喷入燃烧室，到燃烧产物排出气缸是一个极为复杂的物理和化学变化过程。
燃料在接近压缩终了时喷入气缸，经过一个很短的滞燃期后即开始着火[2]，而燃料与空气的混合对柴油机的缸内燃烧的影响至关重要。
在柴油机工作循环中，进排气门的开启和关闭时刻直接关系到换气过程，进而影响柴油机的燃烧，所以合理的配气相位有助于改善缸内燃烧，对提高柴油机的动力性，
燃油经济性和降低排放有着重要作用[3]。
本文以一款4缸D19TCI柴油机为研究对象，根据不同的配气相位设计试验方案，进行外特性、14工况部分负荷以及万有特性试验，对比发动机的动力性、经济性以及排放结果的差异，分析发动机在不同的进排气门开启和关闭时刻的性能表现。
1试验方案与研究方法
根据不同的配气相位设计试验方案，并进行更换凸轮轴方案后的相位检查，即进排气门相对于上止点的开启和关闭角度、排气门相对于下止点的开启和关闭角度，不同方案的配气相位如表1所示。
2更换凸轮轴方案的相位检查
三种方案下凸轮轴与曲轴信号的关系如图1-图3所示。
3结果与分析
3.1充气效率
换气过程要尽可能在阻力较小的时候进气和排气，进排气门的开启和关闭时刻主要是使空气尽可能多的进入气缸，即有效的利用气体的运动提高充气效率[4]，进而影响发动机的动力输出，燃油消耗和排放性能。
从图4中的充气效率曲线可以看出，总体上的充气效率：现有方案>方案1>方案2，因为现有方案的气门重叠角最大：现有方案>方案1>方案2，所以现有方案的进气量要大于方案1和方案2。
3.2外特性对比
从图5中可以看出，现有方案的功率和扭矩以及过量空气系数均大于方案1和方案2，而燃油消耗率和烟度总
配气相位对发动机性能的影响分析
李思宇;谭永进
（天津中恒动力研究院有限公司，天津300304）
摘要:建立不同的进排气门相位的方案,通过试验分析不同的配气相位对发动机动力,经济以及排放性能的影响。
试验结果表明:较大的进气门开启角和排气门关闭角,较小的进气门关闭角和排气门开启角,发动机有更大的扭矩输出、较低的比油耗表现以及更低的烟度,CO,HC等排放表现;而较小的进气门开启角和排气门关闭角,较大的进气门关闭角和排气门开启角,发动机的NOx排放值更低。
关键词:柴油机;进排气门;气门正时;气门重叠角;燃烧
进气门相位排气门相位
现有方案
进气门开启角：
上止点24.8°
进气门关闭角：
下止点41.2°
排气门开启角：
下止点39.3°
排气门关闭角：
上止点30.7°
方案2
进气门开启角：
上止点22.8°
进气门关闭角：
下止点43.2°
排气门开启角：
下止点42.3°
排气门关闭角：
上止点27.7°
方案3
进气门开启角：
上止点20.8°
进气门关闭角:
下止点45.2°
排气门开启角：
下止点45.3°
排气门关闭角：
上止点24.7°
表1不同配气相位的试验方案
图23塑性应力振幅评估
最小计算安全系数SFA:1.43（R）/1.63（σm）
某双燃料发动机所有的目标参数都实现的情况下，此
设计开发缸盖是安全的，可以满足某双燃料发动机的性能
需求，不需要采取进一步优化设计。
参考文献:
[1]李俊，陈群，等.车用柴油机冷却系统的CFD分析[J].柴油
机学报，2003，21（2）：125-129.
[2]关跃，刘铁文，等.发动机缸盖的CFD-CAD设计方法.
[3]Kevin L,Susan Brasmer.The Use of Flow Visualization and
Computational Fluid Mechanics in Cylinder Head Cooling Jacket
Development.SAE891897.1989.
[4]廖日东，左正兴，等.对高速大功率柴油机用气缸盖机械负
荷有限元分析边界条件施加方式的探讨[J].兵工学报，2001（1）：
5-10.
Internal Combustion Engine &Parts
体上则是现有方案<方案1<方案2。
不同的配气相位对发动机的充气效率有较大影响，进气量的变化从而影响到发动机的动力性和经济性[5]。
3.314工况部分负荷排放对比
在3种不同配气相位的方案下，模拟整车驾驶循环结
果，选取14个工况点进行对比试验，对比各方案的排放情况，主要对比碳烟（soot ），氮氧化物（NOx ），碳氢化合物（HC ）以及一氧化碳（CO ）和二氧化碳（CO 2）等排放污染物。
（表2）
从计算结果与图6中可以看出，总体上对于选取的14个工况点，现有方案的碳烟soot 、HC 及CO 的排放最低，方案2最大；而NOx 的排放则为现有方案最大，方案2最低。
与方案2的配气相位相比较，现有方案的进气门开启角大4°，排气门关闭角大6°，进气门关闭角小4°，排气门开启角小6°，同时soot 的排放要
低8.9%，HC 低38%，
CO
图5外特性曲线
图4外特性点充气效率
图3
方案
2凸轮轴与曲轴信号关系
图2方案
1凸轮轴与曲轴信号关系
图1现有方案凸轮轴与曲轴信号关系
图7油耗
率
图8氮氧化物(NOx
)
图9碳烟(soot )
低29%，但是NOx 的排放则要高15%。
4外特性对比在3种方案下，对比除排放循环以外的其他部分负荷点的情况，主要对比油耗、碳烟（soot ）以及氮氧化物（NOx ）。
从图7-图9中可以看出，在EGR 工作区域，由于EGR 的控制，进气量保持一致，所以油耗率，氮氧化物（NOx ）和碳烟（soot ）都比较接近；而在高速非EGR 区域，由于进气效率的上升，即现有方案的有较好的油耗表现且碳烟（soot ）比较小，但是氮氧化物（NOx ）比较大；在非EGR 区域，现有方案NOx 较大的区域相对往偏左的低速段，方案1和方案2则相对偏右。
5结论
①配气相位对发动机的各性能均有较大的影响；②较大的进气门开启角和排气门关闭角，较小的进气门关闭角和排气门开启角，发动机有较大的动力输出，较低的碳烟，HC ，CO 的排放以及更低的油耗表现；③较小的进气门开启角和排气门关闭角，较大的进气门关闭角和排气门开启角，发动机氮氧化物（NOx ）的排放较低。
参考文献:
[1]范明强.电液式全可变配气系统MultAir 面面观上[J].汽车维修与保养，2011.
[2]周龙保.内燃机学[M ].北京：机械工业出版社，2010.[3]马红英，宗明建.汽车发动机的可变进气系统[J].科技信息[学术版]，2006.
[4]全兴信（韩），李钟福，等.内燃机学[M ].北京：机械工业出版社，2015.
[5]韦锦易，姚博炜.如何提高发动机充气效率[J].科技资讯，2011（15）.
Current Scenario
Scenario 1Scenario 2Soot （g/kM ）NOx （g/kM ）HC （g/kM ）CO （
g/kM
）CO 2（g/kM ）
0.0610.1340.1091.150144.21
0.0670.1350.1231.209140.97
0.0670.1140.1761.622146.35
表214工况计算结果
图614工况部分负荷排放值对比。