增压和进排气正时对汽油机性能影响的研究

2 模型
2.1 设计参数 增压汽油机的主要设计参数见表 1 所示。
表1 增压发动机的设计参数
发动机形式 缸径(mm) × 冲程(mm) 压缩比
直列 4 缸 75× 73.5 9.5
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排量(L) 每缸气门数 点火顺序 2.2 模型的建立
1298 4 1-3-4-2
本文以某增压发动机为研究对象， 对发动机的增压器和进排气正时进行优化分析。 首先 利用对模型进行试验验证，证明模型正确，说明该模型与发动机实际工作状态基本吻合，可 应用到直喷发动机的实际开发中。第二，根据仿真结果，进行台架试验，发动机性能明显提 高，很好的指导了试验研究。第三，利用计算机模拟，不仅能够节省试验的时间，还能降低 试验成本。 参考文献
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图9 不同转速优化VVT图
3.3 试验验证 在模拟的基础上，对发动机进行标定，图是试验数据和模拟计算的对比，从图 10、11 中可以看出，对涡轮增压器和进排气门优化后性能具有明显提高。
图10 试验数据和模拟数值对比图
图11 试验数据和模拟数值对比图
4 结论
Research on Impact of Gasoline Engine Performance by Turbocharging and Intake and Exhaust Valve Timing
Xiaofei Wu, Chao Wang, Jingyan Hu, Yuan Shen, Yi You, Fuquan Zhao
Geely Automobile Research Institute, Xiaoshan, Hangzhou 311228
Abstract: In order to improve the performance of the turbocharging gasoline engine, turbocharger and intake and exhaust valve timing of gasoline engine were optimized. The simulation model was firstly set up, with the model verified by experiments. Turbocharger and intake and exhaust valve timing are determined by torque, power, BSFC of gasoline engine. The test was conducted base on the simulation results, with torque and power of turbocharge gasoline engine improved obviously. Key words: Gasoline Engine, Turbocharger, Valve T2匹配图
图7 压气机3匹配图
图8 涡轮机匹配图
从图 5、6、7 中可以看出，压气机 1 在低速时有的点在喘阵线外，容易发生喘振，不满 足发动机的需要；压气机 2 的匹配在低速效率和喘振风险较好，而且大部分在高效率区域， 在能够获得较好的经济性的同时还具有较高的安全性； 压气机 3 在高速时， 额定点接近阻塞 线，不满足发动机的需要。 选取压气机 2 和涡轮机进行匹配， 从图 8 中可以看出， 涡轮机在流量和效率的匹配也是 较好，说明该款涡轮增压器在压气机和涡轮机上匹配较为合适，而且响应性好，完全能够满 足发动机的需要[5]。 3.2 气门正时优化 对气门正时进行优化分析，图 9 是进排气门正时优化后的 VVT 角度，模拟计算优化涡 轮增压器和气门正时后的全负荷性能，并与试验进行对比。
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V T w 130 D 0.2 pc0.8 Tc 0.53 C 1 c m C 2 D c ,1 pc pc ,o pc ,1 Vc ,1 C1 2.28 0.308 cu / cm ；
根据该增压发动机的实机结构和元件布置， 在 AVL BOOST 模型中建立发动机的计算模 型，如图 1 所示。
图1 BOOST模型图
该发动机模型由多个模型元件构成， 其中包括 4 个气缸 （C1-C4） ； 1 个空气滤清器 （CL1） ； 一个涡轮增压器（TC1） ；一个中冷器（CO1） ；一个催化转化器（CAT1） ；2 个容积腔，PL1 是稳压腔， PL2 是消音器；2 个边界系统（SB1 和 SB2） ，SB1 是入口边界条件，SB2 是出 口边界条件；25 个连接管道（1-25） ；25 个测量点（MP1-MP25） ；1 个节气门体（R1） 。 2.3 气缸参数的选取 2.3.1 气缸基本参数及边界条件 气缸的参数为：缸径 75mm、 冲程 73.5mm、 压缩比 9.5、连杆长度 131mm、 活塞偏 心距 0.6 mm。计算边界设置主要是设定温度、压力、流量系数和空燃比 A/ F 等参数。温度 和压力根据发动机实际工作情况确定 ,进气边界条件为： 进气温度为 25 ℃、 进口压力 1bar， 出口温度 25 ℃，出口压力 1bar。 2.3.2 燃烧放热模型 本模型选用了 Vibe 2-Zone 燃烧模型，该模型需要输入燃烧开始点、燃烧持续期、形状 参数 m 和参数 a。 其中 ,形状参数 m 和参数 a 采用了 AVL BOOST 软件的推荐值 ,并根据 汽油机的运行传热模型工况对燃烧始点、燃烧持续期进行调节。 2.3.3 传热模型 本计算模型采用 AVL2000 传热模型。对于循环模拟计算 ,工质与气缸内壁之间的换热 过程不仅影响气缸内部过程的进行 ,而且也影响受热零件的热负荷和散热冷却介质的热量 , 为此必须研究燃气侧的换热系数及内表面温度[3]。换热系数的计算表达式为：
增压和进排气正时对汽油机性能影响的研究
王超，胡景彦，沈源，由毅，赵福全
吉利汽车研究院；杭州萧山 311228 摘要:为了提高某增压汽油机的性能，对汽油机的涡轮增压器和进排气正时进行优化分 析。首先建立模仿真型，并对模型的正确性进行了验证。根据汽油机的扭矩、功率和油 耗，确定涡轮增压器和对进排气正时进行优化。并根据仿真结果进行了试验研究，增压 汽油机的扭矩和功率明显提高。 关键词: 汽油机，增压器，气门正时
图2试验数据和模拟数值进气量对比图
图3 试验数据和模拟数值扭矩对比图
图4 试验数据和模拟数值对比图
3 结果分析
3.1 涡轮增压器确定 为了保证发动机能够达到设计目标， 同时增压器达到最佳的匹配效果， 对增压器进行选
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配[4]。匹配时要保证发动机在低速时要避开压气机的喘振区域，高速时在阻塞线以内，发动 机在大部分转速时应位于压气机的高效区域。
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0.8
对于 DI 发动机 C = 0.00324 ， D 气缸直径；
c m 平均活塞速度；
cu 圆周速率；
V D 每缸置换的容积； p c ,o
Tc ,1 p c ,1
发动机气缸内压力（bar） ； 进气门关闭时气缸内温度；
进气门关闭时缸内压力（bar） 。
2.3.4 模型验证 对上述已经建立模型的模拟计算得到结果， 与样机台架试验所得的结果进行对比， 从图 2、3、4 中可以看出，模拟数值和试验数据相符程度很高，证明模型正确。
1 前言
随着对发动机动力性、经济型和排放性的提高，制造商纷纷采用新技术，如气门可变正 时、废气增压再循环等[1]。这些技术需要对发动机的工作过程以及发动机缸内燃烧过程有更 深层次的认识， 目前国内开发商一般运用数值模拟技术和试验相结合进行这方面的研究， 并 取得了非常好的效果[2]。 本文以某款某增压汽油机为研究对象， 分析该发动机增压器匹配、 气门正时优化以及全 负荷性能。
[1]李岩. 万杰. B10RWD 发动机性能模拟与 MOP 优化试验研究，节能与技术，2009，11 [2] 蒋德明. 内燃机原理. 机械工业出版社 ,1986 [3] AVL - BOOST Users Guide Version 4.0.4 June 2004 [4]周龙保. 内燃机学. 机械工业出版社 ,1998 [5]朱访君. 吴坚. 内燃机工作过程数值计算及其优化. 北京:国防工业出版社 ,1997