汽车技师论文汽车技师论文范文基于GTPOWER的混合动力汽车用发动机的数值研究Word下载.docx

1、随着能源短缺问题的日益加剧，采用传统的Otto循环发动机已经不能满足混合动力汽车的需要了，开发更低的燃油消耗率的发动机已经成为现在研究的热点。Atkinson循环发动机具有高效率的优点，但存在着低速低负荷下功率偏低的缺点，因为一直以来得不到重视。随着混合动力汽车成为行业的重要研究对象，国外又重新开始了对Atkinson循环的研究。Atkinson循环发动机与混合动力汽车的结合，不仅能够充分利用Atkinson循环高效率的优点，达到降低整车燃油消耗的目的，同时不会影响整车的动力性能。国外在这方面已经做了不少的研究。日本丰田公司研发出了应用于Prius混合动力汽车的1.5LAtkinson循环发动

2、机，该发动机在9.5kW功率输出时效率高达34%1-3。随着计算机技术的发展，以及预测模型的不断完善，数值模拟方法在发动机研制和开发中得到广泛的应用，并大幅度缩短了研制周期4。本文在Atkinson循环的理论指导下，运用GT-POWER仿真软件对国内某混合动力汽车用发动机进行了数值仿真研究，研究了压缩比与进气门关闭角对发动机性能的影响，并提出了改善经济性的设计方案,为混合动力汽车用发动机的设计及优化提供理论指导和实际参考。1模型的建立1.1发动机基本参数所研究的样机的基本参数如表1所示。1.2计算机模型建立计算模型的建立依据厂家提供的相关图纸及实验数据建立发动机工作过程仿真模型。GT-POWE

3、R整机分析仿真模型主要由进气系统、喷油组件、气缸、曲轴箱和排气系统组成，如图1所示。在保证数值计算精度不产生很大影响的前提下，对实体结构进行一些等效简化处理，这样节约了大量的计算时间。1.3模型验证为了验证所建立的GT-POWER模型的准确性，将模型从1000r/min到5500 r/min，每隔500转为间隔（另外加上4300 r/min），进行11个转速下的仿真运算，得到模型的全负荷速度特性曲线，并将该曲线与试验所得的全负荷速度特性曲线进行了对比。图2列出部分校准后的模型计算结果与试验结果，由对比结果知，计算结果与试验结果的最大误差不超过5%，误差在允许范围内，验证了模型的可靠性。计算模型

4、可作为后续优化工作的依据。2优化结果与分析2.1压缩比与进气关闭角对压缩压力的影响发动机气缸纯压缩过程的压缩上止点压力是影响发动机的最大爆发压力和功率的主要因素之一。压缩上止点压力过高会导致发动机的最大爆发压力过高；压缩上止点压力过低会导致发动机的功率的降低。由于采用Atkinson循环需要提高发动机压缩比以及改变进气门关闭角，会改变发动机气缸的压缩上止点压力。为了避免引起发动机爆震或者发动机功率的过多降低，需要选择一个合适的压缩比与进气门关闭角的搭配关系。以压缩比与进气门关闭角（IVC）为变量，计算2500r/min转速下的压缩上止点压力。其中压缩比以0.5为间隔从11取到14，进气门关闭角

5、以10CA为间隔从下止点后50CA（在GT-POWER中对应为590CA）取到下止点160CA（在GT-POWER中对应为700CA）。图3、图4为2500r/min转速下发动机的压缩比与进气门关闭角对压缩压力的影响。由图3可知在进气门关闭角不变的情况下，气缸的压缩上止点压力随着压缩比的增大而增加，并且增加速率逐渐增大。这是因为发动机压缩比增大，压缩上止点时气缸的剩余容积减小，在混合气量相同的情况下气缸压缩上止点的压力就会增大。并且由于发动机气缸压缩过程为绝热过程，压缩过程压力P与V满足：PVn=常数关系，其中n为多变指数，一般大于1。使得压缩上止点压力P与压缩比的呈指数变化关系。因此压缩比越

6、大，压缩上止点压力的增加越来越快。由图4可知在压缩比不变的情况下，气缸的压缩上止点压力随着进气门关闭角的推迟而降低。这是因为随着进气门关闭角推迟，气缸内混合气回流至进气道的量增加，使得缸内剩余的混合气量减小从而使得压缩上止点压力降低。并且随着进气门关闭角的逐渐推迟，混合气回流至进气道的量增加越来越快，缸内剩余混合气量的减小越来越快，使得压缩上止点压力降低越来越快。一般条件下，汽油机的最高压缩上止点压力大概在2.2MPa3MPa之间，该汽油机原机的最高压缩上止点压力为2.5MPa。因此以2.5MPa为压缩上止点压力的限制条件，确定了压缩比与进气门关闭角的对应关系如表2所示。由于压缩比与进气门关闭

7、角绑定，以下研究中均只提压缩比。2.2压缩比对发动机性能的影响在确定了压缩比与进气门关闭角的对应关系以后，研究各转速下不同的压缩比对发动机性能的影响，可得到图5图7。由图5可知随着压缩比的增加，发动机的有效燃油消耗率呈下降趋势。这是由于压缩比的增加，提高了工质的燃烧温度，扩大了循环温度梯度，使得循环热效率升高，油耗降低。5000r/min时，当压缩比从10变化到13时，发动机油耗有5%左右的降低5。从图6中可知发动机扭矩随着压缩比的增加而降低。这是因为随着压缩比的增加伴随着进气关闭角的延迟，使得混合气回流至进气道，进入气缸的实际混合气量减小，从而使得发动机扭矩下降。扭矩低速降低较明显，高速降低

8、略小。2000r/min时当压缩比从10变化到13，扭矩从108N.m降低至97.3N.m，降低幅度接近10%。从图7可以得知，随着压缩比的增加最高爆发压力呈升高的趋势。这是因为压缩比的增加，提高了高转速下的压缩起始点压力，因而使得高转速下发动机爆发压力提高。压缩比大于12以后发动机最大爆发压力过高，尤其是在压缩比取13以后，发动机最大爆发压力已经明显高于7.6MPa，而压缩比取12时，各转速最大爆发压力均低于7.3 MPa。通过以上的分析，本文以最高压缩压力7.5MPa作为限制条件，确定最佳压缩比确定为12，进气门关闭角为618CA，即下止点后78CA为Atkinson循环发动机的优化设计方

9、案。2.3综合评价采用经过优化后的压缩比与进气门关闭角后，计算发动机各性能参数并与原机进行对比，结果如图8图9所示。从图89可知，压缩比取12时，发动机的扭矩在中低转速降低较明显，但在30004500r/min转速范围内扭矩仍高于110N.m。发动机的燃油消耗率在20005500r/min转速范围内降低效果比较明显，而且转速越高降低效果越明显。在5500r/min时，发动机的有效燃油消耗率有将近20g（/kW.h）的油耗降低。3结论本文运用GT-POWER仿真软件对国内某混合动力汽车用发动机进行了数值研究，得到如下结论：（1）气缸的压缩上止点压力随着进气门关闭角的推迟而降低，并且降低速率逐渐增

10、大；气缸的压缩上止点压力随着压缩比的增大而增加，并且增加速率逐渐增大。在确定的压缩比与进气门关闭角对应关系情况下，随着压缩比的增加，发动机的扭矩下降比较明显，功率呈稍微下降趋势，而发动机的燃油消耗率则随着压缩比的增加而减小。压缩比大于12.5以后，发动机最大爆发压力已经高于7.5MPa。压缩比取12以后，发动机的扭矩在中低转速降低较明显，但在30004500r/min转速范围内扭矩仍高于110N.m。中高转速下燃油消耗率得到很大改善。参考文献1田永祥,杜爱民,陈礼璠.混合动力汽车用Atkinson循环发动机的探讨J.汽车科技,2007,7（4）.2Hongwei Gao,Yimin Gao,M

11、ehrdad Ehsani.Design Issues of theSwitched Reluctance Motor Drive for Propulsion and RegenerativeBraking in EV and HEVJ.SAE paper:2001-01-2526.3Yingru Zhao,Jincan Chen.Performance anal-ysis and parametricoptimum Criteria of anirrevers-ible Atkinson heat-engineJ.Applied Energy 2006,83:789-800.4李国伟，蒋德明.内燃机气缸内三维气体流场的数值模拟J.工程热物理学报,1995（2）.5周龙保.内燃机学M.北京：机械工业出版社1998.33-42.