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日益严苛的油耗法规对传统内燃机的发展提出巨大挑战。米勒循环通过进气门早关或晚关,将发动机的膨胀比与压缩比解耦,使其在保持原有压缩比的基础上增大膨胀比,达到提高发动机热效率,改善燃油经济性的目的。近年来,米勒循环相关研究在汽车行业受到越来越广泛的关注,但相比国外车企,我国汽车企业在此方面仍处于起步阶段。基于此背景,本文对米勒循环在发动机上的应用进行了仿真和试验研究,揭示了米勒循环对发动机性能的影响规律,并为米勒循环应用到现有发动机平台提供了理论及试验数据支持,降低了米勒循环发动机开发的风险和成本。首先,基于一维和三维发动机循环仿真,分别研究了进气门早关(EIVC)和进气门晚关(LIVC)两种米勒循环形式对发动机油耗、爆震及燃烧特性的影响。结果表明:两种米勒循环形式均能有效降低全工况范围内的燃油消耗率,平均降幅约为7%。低负荷时,采用EIVC控制策略的发动机具有更大的节气门开度和进气压力,泵气损失较小,具有更好的燃油经济性。高负荷时,采用EIVC控制策略的发动机缸内滚流和压缩终了时的湍动能显著降低,燃烧变慢,CA50较LIVC滞后1.8°曲轴转角,燃油经济性和爆震抑制作用都比采用LIVC控制策略的发动机差。然后,在模拟研究的基础上对LIVC控制策略进行米勒循环发动机的改造工作以及相关性能参数和结构的确定。性能参数包括最大气门升程、气门开启持续期以及压缩比,涉及到的主要结构有进气凸轮轴、活塞以及排气管。最后,对米勒循环发动机进行了台架试验。试验结果表明:在外特性工况下发动机为了兼顾动力性,采用了近似奥托循环的循环方式,牺牲了经济性。但在结合高压缩比的情况下,外特性的扭矩输出并不比原机差;在部分负荷工况,采用米勒循环可以使发动机燃油消耗下降约7~8%。综上所述,本文对米勒循环发动机开发流程的研究工作为米勒循环应用到现有发动机平台提供了理论以及试验数据支持,降低了米勒循环发动机开发的风险和成本,具有重要的工程实际意义。