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[发动机] 基于BOOST的VVT发动机模型验证计算

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发表于 2016-1-22 04:27:08 | 显示全部楼层 |阅读模式

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基于BOOST的VVT发动机模型验证计算

基于BOOST的VVT发动机模型验证计算

        图1  机械磨擦损失特性

        本文运用AVL BOOST软件对某款汽油发动机模型进行验证分析,为后期变型产品的开发和优化提供了准确的模型。
        随着近几年国际石油价格的暴涨,大部分消费者纷纷改换省油、排量小的环保型车辆。根据市场的需求,我公司开发了某小排量汽油发动机,该发动机采用新制造工艺、模块化和轻量化设计,并采用VVT等新技术,在动力性和经济性方面具有一定优势。
       

基于BOOST的VVT发动机模型验证计算

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        图2  进、排气流量系数

        BOOST软件在发动机概念设计阶段和性能改进阶段对基本设计参数的确定发挥了重要的作用。在国内的发动机和整车行业,为了满足多变的市场需求,很少会启动一个全新发动机的设计项目,而是对现有发动机进行改型和优化。如果要对现有的发动机性能进行合理的改进,在应用BOOST软件模拟计算的时候,首先要保证计算模型的计算结果与实测结果一致,即计算模型的设置参数是在正确的前提下进行设计参数的优化。本文针对某款发动机模型参数进行合理的调整,从而使得模拟结果与实验结果相一致。
       

基于BOOST的VVT发动机模型验证计算

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        图3   输入的缸压曲线

        发动机模型修正
        本文讨论的发动机设计阶段的性能预测热力学模型,其某些输入参数是参考相似机型,因此计算结果与试验开发的结果存在着一些差异。为了完善原始热力学模型,提供准确的模型,为后续的变型产品开发及优化工作提供数据,进一步提高计算结果的精度和准确性,我们通过采集试验开发过程中的一些环境、发动机等参数作为数据输入,对原热力学模型进行“标定”。
       

基于BOOST的VVT发动机模型验证计算

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        图4   输出的燃烧放热率曲线

        1.摩擦功的设置
        运用燃烧分析仪,用测得的总功减去泵气功得到净功率,然后再用净功率减掉指示功就得到我们所需要的机械摩擦功了,用公式可以表示为:FMEP=(IMEPH-IMEPL)-BMEP。图1显示了该发动机的机械摩擦损失。
       

基于BOOST的VVT发动机模型验证计算

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        图5   计算与试验转矩对比

        2.流量系数的设置
        气道端口的流通能力是影响发动机性能的重要参数之一,流通能力是由气道的流动系数以及参考面积(如缸内气门座的面积)与气缸截面积之比共同决定的。因为额定转速时换气时间较短,对流通能力的影响较大,进气端口的流动品质主要影响充量系数,而排气端口只影响换气功和燃油消耗率。气道的流通特性需要通过气道稳流试验台架进行测量,实际测量得到的流量和压差通过换算转换成流量系数。图2为通过气道试验测得的进、排气道的流量系数。
       

基于BOOST的VVT发动机模型验证计算

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        图6   计算与试验功率对比

        3.燃烧放热率曲线设置
        随着发动机工况的改变,燃烧放热规律也随着变化,并且燃烧特性的好坏对发动机性能有很重要的影响。热力学循环计算需要输入燃烧热量释放率曲线。燃烧参数的设置是通过燃烧分析仪测量缸压曲线,再利用BOOST程序中的BURN功能,计算出放热率曲线,将计算得到的这条放热率曲线作为输入值可以进行燃烧规律的定义。图3表示某转速下燃烧分析仪记录的缸压数据,图4为通过BURN计算得到的燃烧放热率曲线。
       

基于BOOST的VVT发动机模型验证计算

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        图7   计算与试验比油耗对比

        4.VVT角度的设置
        VVT技术是提高发动机性能的重要手段之一,它可以适当提高低端转矩和高速端功率,同时保证这些工况下的燃油消耗。该技术不能改变气门开启的持续期以及控制气门升程,只能对气门的开启和关闭时刻进行控制。气门提前开启有利于低转速的动力性提高,而较迟的IVC能够提高高速端的充气效率从而得到较大的功率。模拟计算中我们比较关注VVT对转矩、功率和油耗的影响,从而选择最终的开启角,试验标定中不仅要考虑以上因素,还要对排放、爆振等进行更综合的考虑,从而更能准确地反映出发动机的状态。表1为本进气VVT发动机台架标定后的最终开启角度。
       

基于BOOST的VVT发动机模型验证计算

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        5.其他参数的定义
        除了上面介绍的几个主要参数的影响外,实际空燃比和大气压力、温度的修正能够使模型更加准确。直接通过在排气侧安装的氧传感器读取实际空燃比,取代原来ECU中输入值;在进气端安装温度和压力传感器来测量环境温度和压力;同时对最大排气背压和空滤压力损失等进行了修正,保证基本与试验值相同。表2分别记录了试验中实际空燃比、大气温度和压力。
       

基于BOOST的VVT发动机模型验证计算

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        仿真计算与试验结果对比
        一般认为,对于汽油机BOOST模型,分析结果与试验结果差值在4%以内、关键点在2%以内是合格的。修正模型后发动机性能主要参数即转矩、功率和比油耗与试验数据对比如图5、图6、图7和表3所示。
       

基于BOOST的VVT发动机模型验证计算

基于BOOST的VVT发动机模型验证计算

        由图5、图6、图7和表3对比结果可知,修正后BOOST模型计算结果与试验结果在数值上与曲线形状上吻合性均较好,各主要性能指标误差均低于限值4%,关键点低于2%。
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