下载文档原格式
某车型发动机热平衡能力优化及试验验证发布时间：2021-07-20T03:19:16.711Z 来源：《中国科技人才》2021年第10期作者：苏志亮[导读] 随着整车排放标准的日益提高，发动机国六排放技术、EGR、缸盖集成式排气歧管等技术的引入，大大增加了散热系统的热负荷，这就对整车热平衡性提出更高的要求，热平衡能力提升无疑是巨大的挑战。
北京汽车集团越野车有限公司北京 101300摘要：整车热平衡性能是汽车热管理的一项重要内容，也是汽车重要的性能开发项目。
某款发动机热平衡不理想，冷却液温度不能达到稳定状态，一直上升，从而触发发动机的热保护而切断空调、更甚者发动机限扭，或者即便稳定，但发动机的冷却液不能处于最佳的工作状态，空调切断乘员舒适性很差。
通过仿真分析并经过试验验证，改进优化提高散热能力，有效的降低了发动机冷却液温度，满足了设计及使用要求。
关键词：热平衡；试验；冷却温度；一、概述1.1整车热平衡汽车热平衡定义：即汽车各系统、总成、零部件的温度与环境温度的差值达到稳定，使汽车各部分均在合理或理想的工作温度环境中运转。
整车热平衡性能是越野车的一个很重要性能指标，涉及众多因素，包括发动机热管理系统、整车空调系统、动力总成冷却系统等各系统的匹配，同时还需兼顾内外饰造型、空气动力学等，是越野车发挥越野能力的重要保障。
随着整车排放标准的日益提高，发动机国六排放技术、EGR、缸盖集成式排气歧管等技术的引入，大大增加了散热系统的热负荷，这就对整车热平衡性提出更高的要求，热平衡能力提升无疑是巨大的挑战。
随着车辆综合性能不断提高，发动机舱热管理的优化设计技术已经成为当前汽车空气动力学数值分析领域的重点和难点之一。
要使整车性能得到充分发挥，就要保证发动机在所有工况下处于最适宜的温度范围内工作。
既要防止发动机过热，又要防止发动机过冷。
针对整车热平衡试验，发动机过热的危害主要包括以下内容：1：发动机温度过高，充气效率降低，发动机功率下降，动力不足；2：发动机温度过高，加大早燃和爆燃的倾向趋势；3：发动机温度过高，运动件易损毁，磨损加剧；4：发动机温度过高，车辆润滑恶化，加剧磨损；5：发动机温度过高，零部件机械性能降低；影响发动机热平衡能力或者影响发动机冷却系统温度过高的原因及主要因素：1：前期的仿真计算发动机的发热量高于实车：发动机自身热量的释放、排气系统的热量、EGR 和变速箱油冷发热量较高等；2：发动机冷却水流量不足：发动机冷却水泵扬程偏小，散热器及管路流阻偏大；3：散热器散热能力不足：散热器芯体散热量不足，水阻和风阻大，有效散热面积偏小；4：进风量不足：进气格栅开口比不足，前端冷却模块布置结构不合理，前端密封不足有热回流等；5：冷却风扇：冷却风量不足，冷却风扇风机功率不足；在车辆满载、恶劣工况情况下，散热系统必须满足最大热负荷工况散热的需要，这就需要解决最大散热量与散热水泵，散热器及散热风扇的匹配问题，并在最有匹配条件下进行零部件的统一设计，目前此类热平衡问题的普遍解决的方法如下：1：提高散热器散热能力：加大散热器散热面积，加大水箱。
车辆动力系统的优化设计与实验研究在当今社会，车辆作为人们出行和运输的重要工具，其性能的优劣直接影响着用户的体验和经济效益。
而车辆动力系统作为车辆的核心部分，对于车辆的动力性、经济性和排放性能等方面起着决定性的作用。
因此，对车辆动力系统进行优化设计和实验研究具有重要的现实意义。
车辆动力系统主要由发动机、变速器、传动轴、驱动桥等部件组成。
发动机作为动力源，其性能的好坏直接决定了车辆的动力性和经济性。
传统的燃油发动机在燃烧过程中会产生大量的废气排放，对环境造成污染。
随着环保要求的日益严格，新能源动力系统，如电动汽车和混合动力汽车，逐渐成为研究的热点。
在车辆动力系统的优化设计中，首先需要考虑的是发动机的优化。
通过改进发动机的进气系统、燃油喷射系统和燃烧过程，可以提高发动机的燃烧效率和功率输出。
例如，采用涡轮增压技术可以增加进气量，提高发动机的动力性能；采用缸内直喷技术可以使燃油更加均匀地喷射到气缸内，提高燃烧效率。
此外，优化发动机的配气机构和气门正时系统，也可以改善发动机的换气过程，提高发动机的性能。
变速器是车辆动力系统中的另一个重要部件，其作用是根据车辆的行驶工况，将发动机的动力合理地传递到驱动轮上。
对于手动变速器，通过优化齿轮比和换挡策略，可以提高换挡的平顺性和动力传递效率。
对于自动变速器，采用先进的控制策略和换挡逻辑，可以实现更加快速和平顺的换挡过程。
此外，无级变速器（CVT）由于其连续可变的传动比，可以使发动机始终工作在最佳工况点，从而提高车辆的燃油经济性。
除了发动机和变速器的优化，传动轴和驱动桥的设计也对车辆动力系统的性能有着重要影响。
合理设计传动轴的长度、直径和材料，可以减少传动过程中的能量损失；优化驱动桥的齿轮传动比和差速器结构，可以提高车辆的驱动力和通过性能。
在进行车辆动力系统的优化设计后，还需要进行实验研究来验证设计的效果。
实验研究通常包括台架实验和道路实验。
台架实验可以在实验室环境下对发动机、变速器等部件进行单独测试，获取其性能参数和工作特性。
排气系统与车身匹配优化研究黄东杰【摘要】排气系统是汽车振动的重要来源.排气系统设计的好坏会关系到汽车的NVH性能.其中,橡胶悬置是将排气系统连接到车身最重要的部分,将直接影响排气系统传递到车身的振动以及能量的多少.从振动传递的角度阐述排气系统吊点位置的重要性,利用平均驱动自由度位移方法来确定排气系统的悬挂位置.通过平均驱动自由度位移方法确定排气系统吊点位置的仿真结果,能够在汽车开发前期给出指导性的建议,并在后续车型改进方面给予方向性修改指导.【期刊名称】《汽车零部件》【年(卷),期】2016(000)006【总页数】3页(P17-19)【关键词】排气系统;平均驱动自由度位移方法;模态分析;吊点位置优化【作者】黄东杰【作者单位】东风柳州汽车有限公司乘用车技术中心,广西柳州545000【正文语种】中文【中图分类】U464.134+.4随着人们生活水平的提高，汽车越来越普及，人们对汽车有越来越严格的要求。
在汽车满足安全性能的前提下，消费者越来越重视车辆的乘坐舒适性，因此，就需要汽车有优良的NVH (Noise，Vibration，Harshness)性能。
排气系统是汽车主要的振动来源，排气系统的振动在整车的振动中是一个很重要的部分。
汽车排气系统性能的好坏对整车的NVH性能有着相当重要的影响。
通过针对排气系统吊耳位置的分析，来减少排气系统传递到车身的振动。
之所以要进行排气系统吊点位置布置，是为了将排气系统吊点布置到排气系统振动较小的位置，最终减小传递到车身的振动。
虽然理论上把排气系统吊点布置在排气系统的节点位置是最理想的状态，但是由于空间以及工艺的因素导致无法将吊点布置到节点位置。
就目前所用的方法来说，平均驱动自由度位移方法是最直观、最有效的排气系统吊点布置方法。
平均驱动自由度位移方法是在排气系统自由模态的基础上进行的，通过模态分析计算出排气系统0～200 Hz的全部自由模态，通过平均驱动自由度位移(Average Driving Degrees of Freedom Displacement,ADDOFD)方法的公式加权得到平均驱动自由度位移值。
河北工业大学毕业论文作者：学号：110322学院：系(专业)：车辆工程题目：大学生方程式赛车气动性优化设计指导者：讲师(姓名) (专业技术职务)评阅者：(姓名) (专业技术职务)2015年 05月 21 日目录1.绪论 (1)1.1课题研究的背景及意义 (1)1.2车身气动性研究现状 (2)1.3研究内容 (3)1.3.1 使用UG对车身进行建模 (5)1.3.2 前期处理 (6)1.3.3 边界条件设定 (6)1.3.4 FLUENT计算结果 (6)2.赛车空气动力学特性 (6)2.1负升力产生原理 (8)2.2空气动力学附加装置 (8)2.2.1前负升力翼 (9)2.2.2后负升力翼 (10)3 空气动力组件与车身的CAD初步模型................... 错误！未定义书签。
4 空气动力组件与车身的前期处理 (13)4.1 模型检查 (15)4.2 设置网格参数 (16)4.3 网格划分并检查质量 (17)5 空气动力组件与车身的流体分析 (17)5.1边界条件 (18)5.2 外流场分析 (19)结论 (24)参考文献 (24)致谢 (27)1. 绪论1.1课题研究的背景及意义车身流体力学是车体与周围空气相对运动的研究时产生的相互作用和运动。
气动性的优劣直接影响汽车上的经济性，动力性能，乘坐舒适性和操纵稳定性。
汽车气动性的优化设计是目前汽车车身设计的一个重要方向，这直接影响的汽车的性能。
大学方程式赛车的研究，国内车队，空已经有了一定的研究基础，气动性的优化设计已经被各个车队所重视。
在日后更高规格的比赛中气动性的优化设计已经成了必不可少的一部分，大学方程式是一场内场场地比赛，其对轮胎和场地的要求较高，在比赛的第一部分要求讲解赛车的设计理念与过程，并展示仿真分析；在比赛的第二部分就是要展示汽车的整体性能在赛制要求下以最快的速度完成比赛，方程式赛车为了跑的更快展示更大的功率就要以牺牲车重为代价，这是增加空气动力学套件就可以解决车重过轻的问题。
汽车发动机进气系统降噪设计与优化汽车是现代交通工具的代表之一，而发动机作为汽车的核心部件之一，承担着驱动车辆的重要任务。
然而，随着汽车的普及和城市化的发展，交通噪音成为了不可忽视的问题。
其中，发动机噪音是影响汽车噪音水平的主要来源之一。
因此，如何降低汽车发动机的噪音，提升驾乘舒适性，已经成为汽车工程领域的热门研究方向之一。
现代汽车发动机通常采用内燃机的原理，其工作过程中会产生各种形式的噪音。
其中，排气噪音和进气噪音是最为显著的两种。
而进气系统的噪音主要来自空气通过进气道进入发动机时的喷胶催化燃烧和涡流噪声。
为了降低进气系统的噪音，工程师们采取了一系列的设计和优化措施。
首先，设计合理的进气道结构是降低噪音的有效方法之一。
进气道的长度、截面形状和材料的选择都会直接影响噪音的传输和衰减。
一般来说，较长的进气道可以通过增加传输路径来减弱噪音传播；不规则形状的进气道可以通过折射、散射等方式来降低噪音的能量；而选用有良好消音性能的材料，如吸音材料和隔音材料，可以有效地减少噪音的产生和传播。
其次，优化进气道的导流和流场分布可以减少涡流噪声的产生。
在进气系统中，空气流动会产生涡流，并伴随着噪音的产生。
通过优化进气道的导流结构和流场分布，可以减少涡流噪声的形成和传播。
例如，在进气道的入口处设置进气导流罩，可以使气流更加平稳地进入发动机，减少涡流的产生，从而降低噪音。
此外，选择合适的进气口形式也是降低进气系统噪音的一项重要措施。
集中式进气口和分散式进气口是常见的两种进气口形式。
前者通常采用开放式进气口，噪音较大；而后者则采用封闭式进气口，噪音较小。
通过合理选择进气口形式，可以在保证进气量的同时降低噪音。
最后，在进气系统中使用消声器是一种常见的噪音控制方法。
消声器是一种利用欧拉方程和混合音频技术来消除声音的装置。
在进气管道中安装消声器，可以通过反射、吸收和散射等方式将噪音分解和消除，从而降低发动机进气系统的噪音水平。
雪橇车发动机进排气系统模拟优化设计
赖晓丽 陈光毓 廖成云 刘 阳 (中国嘉陵工业股份有限公司技术中心)
摘 要：本文应用A VL 模拟软件对公司摩托雪橇车04号（CVT ）发动机进排气系统进行了模拟优化设计。
雪橇车发动机是在原量产02号（600CC ）发动机的基础上进行改进设计，针对雪橇车的车架和使用条件，进排气系统都需要改进，特别是消声器，在借用02消声器失败的情况下进行了全新模拟设计，模拟分析给产品的详细设计提供了有利的技术支撑，经验证，试验数据取得了和模拟分析结论一致的结果，模拟方案也得到了实际应用。
关键词：模拟 雪橇车 进排气系统 优化设计
1 前言
雪橇车是公司新开发的一款特种车型，对应发动机04是在02（600cc 发动机）的基础上进行改进设计的发动机，热机部分基本采用02发动机结构，但02发动机是针对骑式车开发的发动机，相
应的空滤器、消声器也是和骑式车车架相匹配，雪橇车和骑式车无论在车架结构、使用条件，还是在空间大小，以及零部件布置方面都有很大差异，这就需要对进排气系统进行重新设计，特别是消声器，项目组原采取借用02消声器方式，但
动机的使用要求。
2 发动机的原机性能模拟
要通过模拟来分析发动机的性能，优化进排气系统，首先要模拟出发动机原机的性能。
本文运用AVL BOOST 软件模拟，首先建立发动机的一维分析模型，在确实发动机的几何参数之后要确定发动机工作的各种边界条件，如外界及管道内各处的工作温度、压力等；特别重要的是确定实验参数值，如进排气门工作时的气道流
量系数、进排气门升程曲线、发动机摩擦损失功、空燃比、外特性等。
图1所示是发动机进排气门升程曲线，是由AVL ExciteTD 软件设计的凸轮型线计算而来。
进排气门升程
升程(-)
曲轴转角(deg)(-)
图1 进排气门升程曲线
EngineSpeed(rpm)
图2 模拟与试验功率、扭矩对比曲线 从图2模拟结果和实测结果的对比可看出，模拟和试验取得了比较一致的结果，因此计算模型是可靠的，其计算精度可以满足工程的使用要求。
3 进排气系统的性能模拟分析
3．1 增大空滤器容积。
雪橇车相对骑式车而言，有更大的空滤器布
置空间，空滤器容积由02的4.65L 增大为04的5.28L ，性能发生如图3所示的变化。
从图中可知，增大空滤器容积对发动机的动力性能是有利的，并且增大空滤器容积对噪声控制也非常有效。
功率(k W )、扭矩(N .m )
EngineSpeed(rpm)
图3 空滤器容积变化的性能对比
3．2调整空滤器出口管长度。
由于空滤器的布置位置发生改变，空滤器与进气阀之间的距离发生了变化，采用加长空滤器出口管的长度的办法来适应新空滤器的位置。
受气体惯性效应和波动效应的影响，进气系统管道长度变化将直接影响发动机的进气量，图4是空滤器出口管长度从155mm 至185mm 间变化时，引起的发动机扭矩值变化。
不同的出口管长度会对应在某个转速下有最佳的充气效率，另外还要考虑空滤器的实际装配空间，最后确定适合的出口管长度为175mm 。
扭矩(N .m
)
X(rpm)
图4 空滤器出口管长度变化的扭矩对比 3． 3 改变排气管长度分析
雪橇车发动机04台架试验时原采用02消声
器，如图5所示，排气管比较长，为了在雪橇车上方便安装，项目组缩短了排气管的长度，消声
筒体部分仍借用02结果，即如图6所示的04消声器老状态消声器，该方案消声器，虽然在计算和试验性能方面都能达到设计要求，但在试验中屡次出现排气管和尾管断裂现象，项目组通过多次改进排气管和尾管长度，断裂问题仍得不到改善，所以不得不重新设计新的消声器。
图5 02消声器
图6 04老状态消声器
在排气管长度的优化设计过程中，模拟了二十多种方案，不同长度，不同管径，图7中所示是不同排气管长度下的发动机性能对比，经过对比，确定排气管长度为620mm 左右为最佳长度。
由于调整排气管长度的试验比较容易实现，项目组专门进行了试验验证，试验结果排气管长度为
624mm 时发动机性能最佳，和模拟结果一致。
扭矩(N .m )
EngineSpeed(rpm)
图7 排气管长度变化的扭矩对比
调整消声器容积模拟
雪橇车消声器的容许空间比02消声器稍大
一些，根据项目组提供的初步空间数据，对消声器的内部进行了模拟优化，采用不同的腔，不同大小的容积量，以及不同尾管长度等进行对比分析。
图8所示是采用不同的消声器容积引起的性能变化，从图中可看出，当容积达到一定值后，再增加时发动机性能变化并不是成正比提高的。
功率(k W )、扭矩(N .m )
EngineSpeed(rpm)
图8 消声器容积变化的性能对比
图9 新消声器3D 模型
经过二十多种模拟优化方案的对比，确定了两种方案进行试制，再根据试验结果，确定了可行的最终方案，如图9所示。
4 试验验证
根据项目的试验条件和要求，对不同的空滤器、消声器匹配状态进行了模拟，即02空滤器、04空滤器、04老状态消声、04新消声器，模拟结
果如图10所示：
EngineSpeed(rpm)
图10 空滤器、消声器匹配模拟性能 项目组采用04发动机对以上四种状态也进行了相应的台架匹配试验，试验结果如图11所示，
发动机转速(-)
图11 空滤器、消声器匹配试验性能 对比两图可以看出，模拟结果和试验结果趋势是一致的，采用04新消声器方案发动机性能和采用04老状态消声器性能基本不变，相对采用02空滤器而言,采用04空滤器发动机性能有所提升。
并且采用04新消声器，消声器重量由原来的10kg
左右降到了5kg 左右，大大降低了发动机工作时消声器的振动惯量，经过进一步的试验验证，消声器没有出现排气管及尾管断裂现象，其中消声器的重新设计起到了不可替代的作用。
5 结束语
通过这次分析任务，得到以下结论：
a ．通过模拟优化，设计了满足雪橇车发动机04不再出现实验时消声器断裂，同时满足发动机动力性能要求的消声器方案，并得到试验验证和应
用；
b．应用模拟技术和试验相结合进行发动机进排气系统分析设计，可以在很大程度上节约开发成本和开发时间。
参考文献1、杨光兴、叶盛焱、程善斌编写，《摩托车发动
机原理与设计》，武汉测绘科技大学出版社出版发行，1993。
2、BOOST 用户手册。
3、Excite Timing Drive 用户手册。
