付建勤,舒 俊,劉敬平,趙智超,段雄波

(1.湖南大學(xué)，汽車車身先進(jìn)設(shè)計(jì)制造國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，長(zhǎng)沙 410082； 2.湖南大學(xué)先進(jìn)動(dòng)力總成技術(shù)研究中心，長(zhǎng)沙 410082)

2016159

汽油機(jī)瞬變工況各缸差異性的試驗(yàn)研究*

付建勤,舒 俊,劉敬平,趙智超,段雄波

(1.湖南大學(xué)，汽車車身先進(jìn)設(shè)計(jì)制造國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，長(zhǎng)沙 410082； 2.湖南大學(xué)先進(jìn)動(dòng)力總成技術(shù)研究中心，長(zhǎng)沙 410082)

采用動(dòng)態(tài)壓力實(shí)測(cè)與數(shù)值模擬相結(jié)合的方法，對(duì)一臺(tái)車用汽油機(jī)各缸參數(shù)瞬變值進(jìn)行連續(xù)檢測(cè)，得到各缸參數(shù)的變化范圍、變化規(guī)律和各缸差異程度。通過(guò)對(duì)比分析得出各缸差異性的影響因素及其對(duì)汽油機(jī)瞬變狀態(tài)下熱功轉(zhuǎn)換過(guò)程的影響。結(jié)果表明：在瞬變工況下，各缸充氣效率相對(duì)偏差在±5%以內(nèi)，在中低轉(zhuǎn)速時(shí)主要受進(jìn)氣平均壓力影響，高轉(zhuǎn)速時(shí)主要受壓力波和缸內(nèi)殘余廢氣量影響；各缸R(shí)GF和充氣效率的差異性呈現(xiàn)對(duì)稱關(guān)系；在中低轉(zhuǎn)速時(shí)，各缸PMEP差異性主要受進(jìn)氣平均壓力影響，而在高轉(zhuǎn)速時(shí)則主要受RGF影響；IMEP相對(duì)偏差是充氣效率和RGF等參數(shù)綜合影響的結(jié)果，最大值達(dá)到±30%以上。以上規(guī)律為縮小多缸汽油機(jī)瞬變工況下各缸差異性提供了依據(jù)。

汽油機(jī)；瞬變工況；各缸差異性；殘余廢氣系數(shù)；充氣系數(shù)；進(jìn)氣平均壓力

前言

各缸工作性能的差異性(或不均勻性)是評(píng)價(jià)多缸發(fā)動(dòng)機(jī)性能的一個(gè)重要指標(biāo)。由于進(jìn)氣系統(tǒng)結(jié)構(gòu)不規(guī)則、進(jìn)排氣過(guò)程存在壓力波動(dòng)和λ閉環(huán)控制只能反映各缸過(guò)量空氣系數(shù)的平均值等原因，既使是在穩(wěn)態(tài)工況下多缸發(fā)動(dòng)機(jī)各缸的進(jìn)氣量、空燃比和殘余廢氣分量(residual gas fraction, RGF)等參數(shù)也會(huì)不可避免地出現(xiàn)差異性[1-2]。在瞬變工況下，發(fā)動(dòng)機(jī)工況的無(wú)規(guī)則變化加劇了進(jìn)排氣系統(tǒng)內(nèi)的壓力波動(dòng)，導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)各缸參數(shù)差異性增大，從而影響發(fā)動(dòng)機(jī)性能和工作穩(wěn)定性，還會(huì)影響后處理系統(tǒng)的催化轉(zhuǎn)化效率[3-4]。進(jìn)氣不均勻性對(duì)直噴汽油機(jī)稀薄燃燒的影響尤為嚴(yán)重，導(dǎo)致排放惡化(HC和NOx增多)，且降低燃燒效率[5]。

針對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)各缸工作差異性，許多學(xué)者開(kāi)展了相關(guān)的研究。文獻(xiàn)[6]中通過(guò)實(shí)測(cè)多缸柴油機(jī)各缸壓力，分析了柴油機(jī)各缸工作不均勻性對(duì)NOx排放的影響。文獻(xiàn)[7]中測(cè)量了多缸柴油機(jī)瞬態(tài)壓力和瞬時(shí)轉(zhuǎn)速波動(dòng)，分析了瞬時(shí)轉(zhuǎn)速波動(dòng)和各缸燃燒不均勻性的相關(guān)性。文獻(xiàn)[8]中提出了一種利用曲軸瞬時(shí)角加速度波動(dòng)的不均勻性來(lái)表征多缸發(fā)動(dòng)機(jī)工作不均勻性。但現(xiàn)有的研究大多是針對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)穩(wěn)態(tài)工況，主要依賴實(shí)測(cè)缸壓而進(jìn)行分析，沒(méi)有對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣參數(shù)、缸內(nèi)RGF等參數(shù)進(jìn)行耦合研究。本文中采用動(dòng)態(tài)壓力實(shí)測(cè)與數(shù)值模擬相結(jié)合的方法，對(duì)一臺(tái)車用多缸汽油機(jī)各缸參數(shù)瞬變過(guò)程進(jìn)行連續(xù)檢測(cè)，在此基礎(chǔ)上開(kāi)展對(duì)瞬變工況汽油機(jī)各缸工作參數(shù)差異性的研究。

1 多缸發(fā)動(dòng)機(jī)各缸差異性理論基礎(chǔ)

為便于對(duì)多缸發(fā)動(dòng)機(jī)各缸工作性能的差異性進(jìn)行研究，有必要建立一套評(píng)價(jià)體系和標(biāo)準(zhǔn)。本文中引入相對(duì)偏差量作為評(píng)價(jià)參數(shù)，來(lái)對(duì)諸參數(shù)在不同缸之間的差異性進(jìn)行評(píng)價(jià)，其定義為一個(gè)工作循環(huán)中，某一缸的參數(shù)α相對(duì)于各缸平均值的偏差與各缸平均值的比值，即

(1)

(2)

2 瞬變工況下發(fā)動(dòng)機(jī)缸內(nèi)參數(shù)檢測(cè)

2.1 檢測(cè)方法介紹

本文中采用的基于動(dòng)態(tài)壓力實(shí)測(cè)與數(shù)值模擬相結(jié)合的瞬變狀態(tài)下發(fā)動(dòng)機(jī)多參數(shù)連續(xù)檢測(cè)方法，詳見(jiàn)文獻(xiàn)[9]和文獻(xiàn)[10]。其基本原理為：將進(jìn)排氣道的流動(dòng)過(guò)程以1維氣體動(dòng)力學(xué)模擬，缸內(nèi)工作過(guò)程以0維熱力學(xué)模擬；通過(guò)實(shí)測(cè)進(jìn)排氣道和缸內(nèi)動(dòng)態(tài)壓力，為數(shù)值模擬提供邊界條件，從而實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)瞬態(tài)工作過(guò)程的數(shù)值模擬。圖1為采用該方法對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)瞬變過(guò)程各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行實(shí)測(cè)時(shí)各種傳感器的布置示意。

2.2 汽油機(jī)瞬變工況測(cè)試

以一臺(tái)4缸、氣道噴射、雙VVT的乘用車汽油機(jī)為研究對(duì)象，該汽油機(jī)的主要參數(shù)如表1所示。對(duì)搭載該汽油機(jī)的乘用車進(jìn)行道路試驗(yàn)，測(cè)試發(fā)動(dòng)機(jī)各參數(shù)的連續(xù)變化。測(cè)試儀器的信息如表2所示。此外，還實(shí)測(cè)了每個(gè)循環(huán)的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、進(jìn)排氣閥VVT位置、點(diǎn)火提前角、噴油量和瞬態(tài)空燃比等參數(shù)。將實(shí)測(cè)的進(jìn)排氣動(dòng)態(tài)壓力和缸內(nèi)動(dòng)態(tài)壓力作為數(shù)值計(jì)算的邊界條件，輸入到自行開(kāi)發(fā)的數(shù)值求解器中進(jìn)行求解[10]，得到發(fā)動(dòng)機(jī)各缸瞬變過(guò)程的狀態(tài)與性能參數(shù)。

2.3 檢測(cè)結(jié)果精度驗(yàn)證

圖2給出了應(yīng)用本檢測(cè)方法連續(xù)“跟蹤”發(fā)動(dòng)機(jī)瞬變工況2 000個(gè)工作循環(huán)的缸內(nèi)新鮮充量檢測(cè)結(jié)果(模擬計(jì)算)與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的對(duì)比。需要指出的是，實(shí)測(cè)的缸內(nèi)新鮮充量是通過(guò)實(shí)測(cè)的過(guò)量空氣系數(shù)(由氧傳感器的實(shí)測(cè)值通過(guò)過(guò)量空氣系數(shù)分析儀轉(zhuǎn)換得到)與從發(fā)動(dòng)機(jī)ECU讀出的循環(huán)噴油量間接得到。從圖中可以看到，采用該檢測(cè)方法得到的結(jié)果(模擬計(jì)算)與實(shí)測(cè)結(jié)果吻合較好。由此可見(jiàn)，采用該檢測(cè)方法對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)瞬變工況下運(yùn)行與性能參數(shù)進(jìn)行連續(xù)檢測(cè)具有較高的精度，完全滿足研究和工程應(yīng)用的要求。

表1 發(fā)動(dòng)機(jī)基本參數(shù)

表2 主要的測(cè)試儀器

3 試驗(yàn)結(jié)果分析

3.1 各缸充氣效率差異性

圖3給出了瞬變工況下發(fā)動(dòng)機(jī)各缸充氣效率隨循環(huán)數(shù)的變化。可以看到，在0～1 780個(gè)循環(huán)內(nèi)，各缸充氣效率比較接近；但在1 781～2 000個(gè)循環(huán)，1缸和4缸的充氣效率與2缸和3缸的充氣效率相差較大。從圖4可知，在第1 781～2 000個(gè)循環(huán)對(duì)應(yīng)的高速(轉(zhuǎn)速大于4 000r/min)、高負(fù)荷(NMEP大于1.1MPa)工況下，進(jìn)氣量較大，各缸進(jìn)氣歧管壓力波的不均勻性也較大，導(dǎo)致各缸充氣效率偏差較大。由于進(jìn)氣歧管布置形式具有對(duì)稱性，故2缸和3缸進(jìn)氣壓力和充氣效率相似，1缸和4缸也相似。圖5給出了各缸充氣效率相對(duì)偏差隨循環(huán)數(shù)的變化。由圖可見(jiàn)，在絕大多數(shù)工作循環(huán)，各缸充氣效率相對(duì)偏差在±5%以內(nèi)。在中低轉(zhuǎn)速區(qū)域，1缸和4缸的充氣效率稍低于各缸平均值，2缸和3缸的充氣效率高于各缸平均值。在高轉(zhuǎn)速工況下，情況剛好相反?？偟膩?lái)說(shuō)，第3缸的進(jìn)氣均勻性最差，不僅表現(xiàn)在充氣效率相對(duì)偏差的變化范圍較大(個(gè)別循環(huán)相對(duì)偏差超過(guò)10%)，而且前后循環(huán)之間充氣效率相對(duì)偏差不連續(xù)性較大。

為分析各缸充氣效率產(chǎn)生差異性的原因，圖6示出了瞬變工況各缸進(jìn)氣平均壓力?？梢钥吹?，在瞬變工況下，4個(gè)缸的進(jìn)氣平均壓力差異性很小，壓力曲線基本重合。圖7進(jìn)一步展示了各缸進(jìn)氣平均壓力相對(duì)偏差隨循環(huán)數(shù)的變化。由圖可見(jiàn)，各缸進(jìn)氣平均壓力相對(duì)偏差都比較小。在大多數(shù)情況下，1缸和4缸的進(jìn)氣平均壓力低于2缸和3缸。各缸進(jìn)氣平均壓力相對(duì)偏差的較大值出現(xiàn)在進(jìn)氣平均壓力較小的區(qū)域，即發(fā)動(dòng)機(jī)低負(fù)荷工況區(qū)域。這是因?yàn)樵趫D示所有循環(huán)各缸進(jìn)氣平均壓力的絕對(duì)偏差量相差不大，于是相對(duì)偏差的峰值出現(xiàn)在進(jìn)氣平均壓力較小的工況區(qū)域。與充氣效率相對(duì)偏差截然相反，進(jìn)氣平均壓力均勻性最好出現(xiàn)在第3缸(最大相對(duì)偏差小于1%)，最差出現(xiàn)在第2缸(最大相對(duì)偏差達(dá)到3.5%)。對(duì)比圖5與圖7可知，各缸進(jìn)氣平均壓力相對(duì)偏差小于充氣效率相對(duì)偏差，在大多數(shù)情況下前者大約為后者的一半。

通過(guò)上述分析可以得出幾點(diǎn)結(jié)論：(1)總的來(lái)說(shuō)，充氣效率和進(jìn)氣平均壓力的各缸差異性都比較小，前者相對(duì)偏差在±5%以內(nèi)，后者相對(duì)偏差在±3.5%以內(nèi)；(2)在大部分工況下，進(jìn)氣平均壓力分布不均是引起各缸充氣效率差異性的主要原因之一，充氣效率相對(duì)偏差大于進(jìn)氣平均壓力相對(duì)偏差，這是因?yàn)樗沧冞^(guò)程各缸進(jìn)氣壓力波、缸內(nèi)RGF等參數(shù)的差異性也對(duì)進(jìn)氣過(guò)程產(chǎn)生影響，加劇了各缸充氣效率的不均勻性；(3)進(jìn)氣平均壓力相對(duì)偏差的最大值與充氣效率相對(duì)偏差最大值并不對(duì)應(yīng)(例如第3缸)，這說(shuō)明進(jìn)氣平均壓力對(duì)各缸充氣效率不均勻性的貢獻(xiàn)量是有限的；(4)進(jìn)氣平均壓力相對(duì)偏差的循環(huán)變動(dòng)較小，而充氣效率的循環(huán)變動(dòng)較大；(5)在高速高負(fù)荷區(qū)域，進(jìn)氣平均壓力與充氣效率的對(duì)應(yīng)關(guān)系被打破，1缸和4缸充氣效率相對(duì)偏差為正值，但是其進(jìn)氣平均壓力相對(duì)偏差為負(fù)值，2缸和3缸的情況剛好相反，這說(shuō)明高速高負(fù)荷時(shí)決定充氣效率最重要的因素不是進(jìn)氣平均壓力，在高速高負(fù)荷時(shí)，進(jìn)排氣壓力波明顯增強(qiáng)，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)換氣性能的影響更大[11]。由圖8和圖9所示的進(jìn)排氣壓力波(0為壓縮上止點(diǎn))可知，在排氣閥關(guān)閉前(氣閥疊開(kāi))，2缸和3缸的排氣壓力明顯大于1缸和4缸，于是2缸和3缸排氣倒流量也更多，最終導(dǎo)致2缸和3缸的殘余廢氣量高于1缸和4缸。雖然2缸和3缸進(jìn)氣壓力稍大，但是缸內(nèi)殘余廢氣的影響更大，也就是說(shuō)，在高速高負(fù)荷時(shí)，排氣壓力波和缸內(nèi)殘余廢氣量對(duì)充氣效率的影響更大。

另外，在各缸噴油量一致的前提下，過(guò)量空氣系數(shù)完全取決于進(jìn)氣量(充氣效率)。因此，各缸過(guò)量空氣系數(shù)相對(duì)偏差與充氣效率相對(duì)偏差的變化規(guī)律相似，后面不再進(jìn)行單獨(dú)分析。

3.2 各缸R(shí)GF差異性

各缸R(shí)GF的不均勻性是引起各缸進(jìn)氣量、IMEP、PMEP、指示熱效率等參數(shù)出現(xiàn)差異性的重要因素。圖10為瞬變工況下各缸R(shí)GF隨循環(huán)數(shù)的變化?？梢钥吹?，各缸R(shí)GF的偏差量明顯大于進(jìn)氣平均壓力和充氣效率。RGF偏差量的最大值出現(xiàn)在高速高負(fù)荷區(qū)域。與充氣效率一樣，在高速高負(fù)荷區(qū)域，1缸與4缸的RGF比較接近，2缸與3缸的RGF比較相近。但區(qū)別在于，就充氣效率而言，1缸和4缸高于2缸和3缸；但就RGF而言，1缸和4缸低于2缸和3缸。這正好印證了前面分析的正確性。從圖11所示的各缸R(shí)GF相對(duì)偏差隨循環(huán)數(shù)的變化可以看到，在0～1 780個(gè)循環(huán)，各缸相對(duì)偏差在±10%以內(nèi)，隨循環(huán)數(shù)出現(xiàn)劇烈振蕩。在高速高負(fù)荷區(qū)域，各缸R(shí)GF相對(duì)偏差出現(xiàn)較大值：1缸和4缸的RGF相對(duì)偏差接近-20%，2缸和3缸的RGF相對(duì)偏差接近20%。原因有兩個(gè)：一方面，此時(shí)RGF的絕對(duì)偏差量較大，見(jiàn)圖10；另一方面，在該工況區(qū)域各缸R(shí)GF都非常低，于是導(dǎo)致RGF相對(duì)偏差較大。

3.3 各缸IMEP的差異性

各缸進(jìn)氣量、RGF等參數(shù)的差異，最終反映為發(fā)動(dòng)機(jī)各缸性能參數(shù)的不均勻性。圖12示出了各缸高壓循環(huán)IMEP，其中圖12(b)～圖12(e)為圖12(a)中A，B，C，D處的局部放大圖。在圖示實(shí)線方框區(qū)域(1 780～2 000個(gè)循環(huán))，各缸IMEP相差較大，尤其是當(dāng)循環(huán)數(shù)大于1 970后，各缸差異性更為明顯；在其他區(qū)域各缸IMEP絕對(duì)偏差量較小。圖13為各缸高壓循環(huán)IMEP相對(duì)偏差隨循環(huán)數(shù)的變化。由圖可見(jiàn)，在絕大多數(shù)工況下，各缸IMEP的均勻性比較好，變化范圍在±5%以內(nèi)。但在圖12(a)中4個(gè)虛線方框區(qū)域，各缸IMEP相對(duì)偏差卻很大(最大值達(dá)到±60%)。在這些區(qū)域，IMEP本身較小，于是在各缸IMEP絕對(duì)偏差量稍微增加的前提下，導(dǎo)致各缸IMEP相對(duì)偏差急劇增大。此外，在圖12(a)中4個(gè)虛線方框區(qū)域各缸IMEP隨循環(huán)數(shù)振蕩較大，導(dǎo)致各缸IMEP相對(duì)偏差隨循環(huán)數(shù)上下“跳動(dòng)”的現(xiàn)象十分明顯(正負(fù)值交替)。原因有：(1)在該工況區(qū)域，各缸IMEP比較??；(2)在低負(fù)荷時(shí)燃燒循環(huán)變動(dòng)較大，各缸不均勻性被“加劇”了。由此可見(jiàn)，燃燒不穩(wěn)定是加劇各缸不均勻性的重要原因之一。

在圖12(a)中三角形所示區(qū)域，各缸IMEP相對(duì)偏差超過(guò)±30%。這3個(gè)區(qū)域?qū)?yīng)負(fù)荷急劇變化的工況，各缸IMEP絕對(duì)偏差量比較大，從而導(dǎo)致各缸IMEP相對(duì)偏差較大。由此可見(jiàn)，負(fù)荷急劇變化是引起各缸IMEP產(chǎn)生較大偏差的誘因之一。

由圖12(b)可知，就高壓循環(huán)IMEP而言，第1缸的參數(shù)組合產(chǎn)生的效果最佳。而由表3可見(jiàn)，與第2缸相比，第1缸的充氣效率和RGF均低于第2缸。其中，過(guò)量空氣系數(shù)(取決于充氣效率)和RGF是影響燃燒放熱過(guò)程的關(guān)鍵參數(shù)[12]，進(jìn)而影響循環(huán)熱效率。對(duì)于高壓循環(huán)，缸內(nèi)殘余廢氣對(duì)循環(huán)熱效率有兩方面的影響：一方面，殘余廢氣增加混合氣比熱，從而降低最高燃燒溫度和傳熱損失，這對(duì)燃燒做功循環(huán)有利；另一方面，殘余廢氣過(guò)多會(huì)過(guò)度減緩火焰?zhèn)鞑ニ俣龋龃笕紵掷m(xù)期，甚至使缸內(nèi)燃燒不穩(wěn)定，這對(duì)燃燒做功不利。至于最終表現(xiàn)為正面影響還是負(fù)面影響，關(guān)鍵取決于RGF的大小。在“A”區(qū)域，發(fā)動(dòng)機(jī)工作在2 000r/min、中等負(fù)荷，此時(shí)RGF過(guò)高，嚴(yán)重影響缸內(nèi)燃燒做功過(guò)程，因此第1缸較低的RGF對(duì)高壓循環(huán)熱效率是有利的。此外，第1缸的混合氣稍濃于第2缸，從經(jīng)濟(jì)性的角度來(lái)說(shuō)這是不利的。但此時(shí)混合氣稍濃可以加快燃燒速度，反而有利于提高發(fā)動(dòng)機(jī)的熱功轉(zhuǎn)換效率。

表3 各缸參數(shù)與平均值的比較

注：大于平均值用“+”表示，小于平均值用“-”表示，數(shù)據(jù)來(lái)源于區(qū)域A。

3.4 各缸PMEP的差異性

圖14為發(fā)動(dòng)機(jī)各缸PMEP隨循環(huán)數(shù)的變化。由圖可見(jiàn)，各缸PMEP絕對(duì)偏差量較小，且各缸PMEP的大小關(guān)系比較明朗。在絕大部分工況下，各缸PMEP大小順序?yàn)椋?缸≈4缸>3缸>2缸。從圖15所示的各缸PMEP相對(duì)偏差可以清晰地看出該關(guān)系。在絕大多數(shù)工況，1缸和4缸相對(duì)偏差為正值，2缸相對(duì)偏差為負(fù)值，3缸相對(duì)偏差在0附近上下波動(dòng)。各缸PMEP相對(duì)偏差與進(jìn)氣平均壓力相對(duì)偏差有很好的對(duì)應(yīng)關(guān)系(因泵氣損失代表負(fù)功，故進(jìn)氣平均壓力相對(duì)偏差為正對(duì)應(yīng)PMEP相對(duì)偏差為負(fù))。

這說(shuō)明各缸PMEP相對(duì)偏差主要由進(jìn)氣平均壓力(或進(jìn)排氣平均壓力差)決定。但仔細(xì)觀察發(fā)現(xiàn)，二者之間有一些區(qū)別：(1)各缸PMEP相對(duì)偏差大于對(duì)應(yīng)的進(jìn)氣平均壓力相對(duì)偏差(例如，第2缸進(jìn)氣平均壓力相對(duì)偏差最大為3.5%，但PMEP相對(duì)偏差最大值接近-8%)；(2)進(jìn)氣平均壓力相對(duì)偏差隨循環(huán)數(shù)變化很小(曲線光滑)，但是PMEP相對(duì)偏差振蕩較強(qiáng)，這歸結(jié)于壓力波和缸內(nèi)RGF等參數(shù)的影響；(3)在高速高負(fù)荷區(qū)域，進(jìn)氣平均壓力相對(duì)偏差很小，但此時(shí)PMEP相對(duì)偏差很大，這時(shí)引起PMEP各缸差異性的主要因素是進(jìn)排氣流動(dòng)損失、缸內(nèi)RGF等；(4)PMEP與IMEP相對(duì)偏差的變化規(guī)律相反，由此可知PMEP在一定程度上緩解了各缸指示熱效率的相對(duì)偏差。

4 結(jié)論

在中低轉(zhuǎn)速和負(fù)荷，各缸充氣效率差異性與進(jìn)氣平均壓力差異性相似，此時(shí)充氣效率主要受進(jìn)氣平均壓力影響；在高速高負(fù)荷，引起各缸充氣效率偏差的主要因素不是進(jìn)氣平均壓力，而是排氣壓力波和缸內(nèi)殘余廢氣量。高速高負(fù)荷時(shí)壓力波(尤其是排氣壓力波)的增強(qiáng)是加劇各缸不平衡的主要誘因之一。

各缸R(shí)GF差異性和充氣效率差異性呈現(xiàn)對(duì)稱關(guān)系，說(shuō)明各缸R(shí)GF差異性的主要影響因素是進(jìn)氣量。RGF相對(duì)偏差最大值出現(xiàn)在高速高負(fù)荷區(qū)域。

各缸PMEP相對(duì)偏差大于對(duì)應(yīng)的進(jìn)氣平均壓力相對(duì)偏差，且出現(xiàn)較大振蕩。高速高負(fù)荷時(shí)PMEP各缸差異性主要影響因素不是進(jìn)氣平均壓力，而是RGF等其他因素。

各缸IMEP相對(duì)偏差是充氣效率和RGF等參數(shù)相對(duì)偏差綜合影響的結(jié)果，其值遠(yuǎn)大于二者之和，達(dá)到±30%以上。

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An Experimental Study on the Differences Between Cylinders ina Gasoline Engine Under Transient Conditions

Fu Jianqin, Shu Jun, Liu Jingping, Zhao Zhichao & Duan Xiongbo

1.HunanUniversity,StateKeyLaboratoryofAdvancedDesignandManufacturingforVehicleBody,Changsha410082;2.ResearchCenterforAdvancedPowertrainTechnologies,HunanUniversity,Changsha410082

The transient values of parameters in each cylinder of a vehicle gasoline engine are continuously measured by adopting a method of combining dynamic pressure masurement with numerical simulation, so the varying range, the law of variation of parameters in each cyliner and the degrees of their differences between cylinders are obtained. Through comparative analyses, the affecting factors of differences between cylinders and their effects on the conversion process from thermal energy to work under the transient states of gasoline engine are obtained. The results show that under transient conditions, the relative deviation of volumetric efficiency betweeen cylinders is within ±5%, and it is mainly affected by average intake pressure at low and medium speeds, while it is influenced by pressure wave and in-cylinder residual gas fraction (RGF) at high speeds. There appears a symmetry relationship between the differences in RGF and the differences in volumetric efficiency. The relative deviation of PMEP betweeen cylinders is mainly affected by average intake pressure at low and medium speeds, and is influenced by RGF at high speeds. The ralative deviation in IMEP reaches over ±30% at most and is the result of concurrent effects of volumetric efficiency and RGF etc. The law mentioned above provides a basis for reducing the discrepancy between cylinders of gasolie engine under transient conditions.

gasoline engine; transient conditions; differences between cylinders; RGF; volumetric efficiency; average intake pressure

*國(guó)家自然科學(xué)基金(51376057和51506050)和國(guó)家科技支撐計(jì)劃(2014BAG09B01)資助。

原稿收到日期為2015年6月15日，修改稿收到日期為2015年9月1日。