前言

根据某MPV车型排放摸底结果，带颗粒捕集器GPF状态下，PN排放仍然超过国6b限值。为了应对国6排放法规的实施，需要对原发动机进行技术升级，优化燃烧降低原始排放，尤其是降低PN的排放。大量研究表明，提高滚流比可以增加压缩终了时的湍流强度，从而可以大大加快火焰传播速度，抑制爆燃，提高燃烧速率，降低PN排放。本文将以某2.0 L涡轮增压气道喷射汽油发动机为研究对象，通过提高气道滚流比，研究滚流比对PN排放的影响。

气道评价方法

进气道流动特性一般指流通能力和产生涡流（或滚流）的能力。为对比不同形状和尺寸的气道流动性能，采用在稳流试验台上测得的无量纲流量系数和滚流比来评价气道性能。对气道的评价方法，通常采用Ricardo、FEV、AVL和SwRI等方法，本文采用了AVL评价方法。

气道稳流试验及试验结果对比

1.气道稳流试验设备

表1为试验发动机的主要技术参数，表2为气道稳流试验设备的主要技术参数。为了研究滚流比对PN排放的影响，需要制作3种滚流比的气道，并需要先进行气道性能测试。

2.气道修磨方案

如图1所示，方案1为现有气道；方案2是在现有气道上通过在气道出口位置填充材料，改变进气流走向，增加气流撞击旋转，从而提高滚流比；方案3是在方案2的基础上对气门座圈外部和气道两侧进行修磨，以增加流量系数。

 3.气道性能对比

表3给出了3种气道方案性能测试结果。可以看出，方案2平均滚流比提高25%，平均流量系数下降18%，各缸滚流比和流量系数一致性偏差较小；方案3平均滚流比提高24%，平均流量系数下降11%，各缸滚流比一致性偏差较大。

气道选型结果及分析

1.气道选型试验方案

为了研究滚流比对PN排放的影响，需要对3种状态缸盖进行发动机台架测试，表4和表5给出了具体测试工况。

2.外特性工况试验结果及分析

图2表明，在外特性工况下，以PN最低为选点原则时，方案2的PN值最低，PN降低幅度为20%～40%，PM、THC和CO也有不同程度的降低。图3表明，在外特性工况下，以PN最低为选点原则时，由于方案2平均流量系数下降18%，进气量降低，因此转矩有10～20 N・m降低；同理，方案3转矩也有5～10 N・m降低；外特性油耗由于大滚流比缸盖空燃比可以减稀的原因，两个大滚流比缸盖较原缸盖油耗有所降低。

图4表明，在外特性工况下，以转矩最大为选点原则时，两个大滚流比缸盖转矩下降幅度都不大，在5 N・m左右，但是PN值个别点会恶化,因此，结合图3可以得出降低PN需要牺牲一部分动力性。为了研究滚流比对燃烧速率的影响，采取从3个方案中各选取1缸，具体参数见表6。图5表明，从燃烧速度看，方案2第1缸滚流比最大，相应燃烧持续期最短，燃烧速度最快，燃烧速度变快有利于降低PN；方案3第2缸燃烧速度无提升。    

3.部分负荷工况试验结果分析

图6表明，在部分负荷工况下，方案2的PN值最低，200 N・m以上工况点降低幅度为10%～30%，150 N・m以下由于原始排放量比较少，无降低效果；PM相应也是最小的，NOx个别工况有上升趋势，CO与THC由于都在理论空燃比状态，变化不明显。图7表明，在部分负荷工况下（单缸滚流比参数见表6），方案2第1缸滚流比最大，相应燃烧持续期最短，对PN降低是有利的；方案3第2缸滚流比提升较小，燃烧速度在大负荷区域没有加快，PN无改善。

结论  

本文重点研究了滚流比对气道喷射汽油机PN排放的影响，根据本文的试验结果，可以得出如下结论：（1）提高滚流比，可以缩短燃烧持续期，提高燃烧速率，有利于降低PN排放；（2）在外特性工况下，以PN最低为选点原则时，方案2的PN值最低，PN降低幅度为20%～40%，但转矩会下降10～20 N・m；部分负荷工况下，200 N・m以上工况点降低幅度为10%～30%，150 N・m以下因原始排放量较少，无降低效果。因此，提高滚流比可以降低PN，但也会导致流量系数下降，造成发动机进气量和最大转矩下降，所以必须要根据实际情况合理选择滚流比和流量系数，在排放和动力性之间找到平衡点。

（3）方案2和方案3平均滚流比接近，但方案3整体降PN效果不明显，方案3各缸滚流比一致性较差。因此，必须严格控制各缸滚流比的一致性。