全可变气门米勒循环发动机的热力学分析与系统集成优化研究

Since there is more space for the thermal efficiency of conventional four stroke reciprocating engine to improve, a novel Miller cycle engine based on fully variable valvetrain with throttle-free load control, low compression ratio and high expansion ratio is presented in the project. The fully variable valvetrain will improve the efficiency and expand the work condition of Miller cycle engine.The thermodynamic cycle with high efficiency and low emission is researched in the project. The thermodynamic progress of Miller cycle engine with fully variable valvetrain is analyzed by theoretical analysis， numerical simulation and experiment. The influence of key factors on engine thermodynamic cycle is revealed.The air estimation model of throttle-free engine is established, and the influence of valve parameters on engine performance is researched. Then, the engine performance is optimized in all working condition, and the thermodynamic optimization solution is obtained. Achievements from the project provide theoretical basis and technical approach to the development of high efficiency and low emission Miller cycle engine. This fundamental study enriches and develops the internal combustion engine theory.

针对常规的四冲程活塞式发动机热效率较低的问题，本项目提出利用全可变气门技术实现发动机的无节气门负荷控制、低压缩比和高膨胀比的米勒循环运行方案，从而实现发动机热力循环的效率提升和米勒循环运行范围的拓展，深入研究其热力学规律和全工况高效清洁运行的特性规律。通过理论分析、数值模拟和试验相结合的方法对全可变气门米勒循环发动机进行热力学分析，认识米勒循环热功转换以及能量传递的机理和提高热力循环效率的途径，揭示影响发动机热力循环的关键因素和变化规律。建立无节气门负荷调节下的发动机进气量预测模型，以及不同气门参数组合对发动机性能的影响，总结无节气门发动机负荷调节方法。在全工况范围内对气门运行规律进行多目标多参数匹配优化，归纳全可变气门米勒循环发动机高效清洁运行的特性规律。本研究的结果将为高效清洁米勒循环发动机的开发提供理论依据和技术途径，对丰富和发展内燃机理论有重要的科学意义。

针对常规的四冲程活塞式发动机热效率较低的问题，本研究利用全可变气门技术实现发动机的无节气门负荷控制、低压缩比和高膨胀比的米勒循环运行方案，实现发动机热力循环的效率提升和米勒循环运行范围的拓展，深入研究其热力学规律和全工况高效清洁运行的特性规律。通过理论分析、数值模拟和试验相结合的方法对全可变气门米勒循环发动机进行热力学分析，阐明了米勒循环热功转换的机理以及应用电磁驱动配气机构在汽油发动机中实现米勒循环的途径，研究分析了全可变气门米勒循环发动机的热力循环规律，揭示了影响发动机性能的关键因素。阐明了无节气门负荷调节方法提升发动机性能的机理，建立了无节气门发动机负荷调节策略和米勒循环无凸轮发动机的进气量预测模型。提出了全可变气门米勒循环发动机全工况性能的系统集成优化方法，获得了达到最佳发动机性能的运行参数，在常用工况下较原机热效率提升了12%。通过项目的研究，重点突破了发动机米勒循环运行范围拓展和全工况高效清洁运行特性规律两个关键科学问题，实现了米勒循环向高负荷和低负荷运行范围的拓展以及发动机在全工况范围内的高效清洁运行，研究结果为高效清洁米勒循环发动机的开发提供了理论依据和技术途径。