正交设计法在涡轮增压发动机开发中的应用

基于一台2.0 L四缸涡轮增压汽油机,在设定的转速和负荷工况下,通过调节进气门提前角(VVTi,Variable Valve Timing-in)、排气门推迟角(VVTo,Variable Valve Timing-out)、废气再循环(EGR,Exhaust Gas Recirculation)率、点火提前角(SA,Spark advanced Angle)和空燃比(AFR,Air Fuel Ratio),进行涡轮增压发动机的性能开发,实现最佳的缸内燃烧和最低的燃油消耗与排放;同时,利用正交设计法分别对VVTi、VVTo以及EGR率排列组合进行优化设计,并进一步试验。结果表明:对于3因子4水平的系统试验,利用正交设计法可以减少50%~75%的试验次数。在发动机转速为2000 r/min,制动平均有效压力(BMEP,Brake Mean Effective Pressure)为500 k Pa,理论空燃比和最大制动转矩(MBT,Maximum Brake Torque)点火角工况下,与正交设计法中的试验组相比,当VVTi为40°CA,VVTo为30°CA,EGR率为8%时,发动机的燃油经济性最佳,此时的燃油消耗率为265.39 g/(k×Wh),但燃烧稳定性会受到一定影响,同时燃烧持续期会延长。此时,HC排放有所增加,CO和NO_x排放降低。