484汽油機(jī)改裝可變進(jìn)氣性能仿真研究

孫勇

摘 要：近年來，交通狀況越來越復(fù)雜，發(fā)動(dòng)機(jī)越來越多的工作在偏離標(biāo)定轉(zhuǎn)速的中低速范圍內(nèi)，使得傳統(tǒng)的進(jìn)氣系統(tǒng)和配氣正時(shí)與發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)際工況不匹配，導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)的性能指標(biāo)降低，甚至在某些工況惡化。該論文對(duì)484汽油機(jī)改裝可變進(jìn)氣支管長(zhǎng)度和可變配氣相位進(jìn)行仿真研究，以便為后期的試驗(yàn)工作提供依據(jù)。仿真結(jié)果表明：改裝后，原機(jī)在油耗基本保持不變的情況下，功率和扭矩均有所提高，平均功率增加了4.932%；平均扭矩增加了4.946%，并且最大扭矩的轉(zhuǎn)速降低了500，使汽油機(jī)的扭矩特性更好。

關(guān)鍵詞：汽油機(jī) 可變配氣正時(shí) 可變進(jìn)氣支管長(zhǎng)度 性能仿真

中圖分類號(hào)：U464 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2015）06（c）-0000-0093-02

傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣系統(tǒng)和配氣正時(shí)是固定的，只能保證發(fā)動(dòng)機(jī)在某一轉(zhuǎn)速下的換氣效果最佳，不能兼顧發(fā)動(dòng)機(jī)在其他轉(zhuǎn)速下對(duì)進(jìn)氣的需求。近年來，隨著城市機(jī)動(dòng)車的保有量越來越多，交通狀況越來越復(fù)雜，發(fā)動(dòng)機(jī)越來越多的工作在偏離標(biāo)定轉(zhuǎn)速的中低速范圍內(nèi)，使得傳統(tǒng)的進(jìn)氣系統(tǒng)和配氣正時(shí)與發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)際工況不匹配，導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)的性能指標(biāo)降低，甚至在某些工況惡化。目前，改善發(fā)動(dòng)機(jī)性能的措施，主要包括：增壓技術(shù)和可變進(jìn)氣技術(shù)。由于增壓技術(shù)存在低速轉(zhuǎn)矩不足、高速反應(yīng)滯后等一系列問題，可變進(jìn)氣支管長(zhǎng)度和可變配氣相位，因其對(duì)原機(jī)的改動(dòng)小，易實(shí)現(xiàn)，工作可靠，控制精度高，受到國(guó)內(nèi)外研究者的重視。但因試驗(yàn)條件，研發(fā)成本等諸多因素的限制，在設(shè)計(jì)的前期，主要借助計(jì)算機(jī)仿真的手段來實(shí)現(xiàn)[1-5]。論文以GT-Power軟件為平臺(tái)，對(duì)484汽油機(jī)改裝可變進(jìn)氣系統(tǒng)后的性能進(jìn)行仿真，以便為后期的試驗(yàn)工作提供依據(jù)。

1 484汽油機(jī)仿真模型的建立

484汽油機(jī)的基本技術(shù)參數(shù)：缸徑：84 mm；行程：84 mm；連桿長(zhǎng)度：140 mm；壓縮比：9。根據(jù)484汽油機(jī)的原機(jī)模型建立其仿真模型。為了評(píng)價(jià)仿真模型的可靠性，對(duì)該汽油機(jī)的外特性進(jìn)行仿真，并與原機(jī)進(jìn)行比較，如表1所示。從表中可以看出：所有工況點(diǎn)的功率、扭矩和油耗的誤差均在5%以內(nèi)，滿足工程計(jì)算所允許的誤差，可用來對(duì)原機(jī)改裝可變進(jìn)氣支管長(zhǎng)度和可變配氣相位后的外特性進(jìn)行研究。

2 可變進(jìn)氣支管長(zhǎng)度的確定

在仿真模型中，分別設(shè)定進(jìn)氣歧管長(zhǎng)度為100 mm、200 mm、300 mm、400 mm、700 mm、1000 mm，并對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)：進(jìn)氣歧管長(zhǎng)度為100 mm時(shí)，由于壓力波傳播路徑太短，振幅較低，幾乎沒有產(chǎn)生明顯的諧振效應(yīng)。而歧管長(zhǎng)度為1000 mm時(shí)，雖然中低速段諧振效果明顯，但隨著轉(zhuǎn)速的增加，充氣效率下降明顯。綜合而言，長(zhǎng)管在中低轉(zhuǎn)速的諧振效應(yīng)較好，短管在高轉(zhuǎn)速的諧振效應(yīng)較好?？紤]到發(fā)動(dòng)機(jī)的空間尺寸，本設(shè)計(jì)采用三級(jí)可變進(jìn)氣歧管長(zhǎng)度。轉(zhuǎn)速低于4000 rpm時(shí)歧管長(zhǎng)度設(shè)定為700 mm，4000～5000 rpm時(shí)歧管長(zhǎng)度設(shè)定為400 mm，高于5000 rpm時(shí)歧管長(zhǎng)度設(shè)定為200mm。

3 可變配氣相位的確定

綜合國(guó)內(nèi)外的參考文獻(xiàn)，可變配氣正時(shí)技術(shù)選?。簝H改變氣門的開啟時(shí)刻的方案。利用GT-Power軟件，對(duì)484汽油機(jī)全負(fù)荷工況下的最佳配氣相位進(jìn)行標(biāo)定。原機(jī)的進(jìn)氣提前角：28°CA，排氣提前角48°CA，標(biāo)定后：1000～2500 r/min，最佳進(jìn)氣提前角：32°CA，排氣提前角47°CA；3000～4000 r/min，最佳進(jìn)氣提前角：28°CA，排氣提前角52°CA；4000～6000 r/min，最佳進(jìn)氣提前角：22°CA，排氣提前角54°CA。采用可變進(jìn)氣支管長(zhǎng)度和可變配氣相位優(yōu)化后，發(fā)動(dòng)機(jī)容積效率的對(duì)比如圖1所示。從圖中可以看出：所有轉(zhuǎn)速下的容積效率均有所增加，平均容積效率增加5.1%。

4 優(yōu)化前后汽油機(jī)性能的對(duì)比分析

在采用可變進(jìn)氣支管長(zhǎng)度和可變配氣正時(shí)的基礎(chǔ)上，對(duì)484汽油機(jī)的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行仿真，得到優(yōu)化前后其功率、扭矩、油耗的對(duì)比曲線，分別如圖：1.2、1.3、1.4所示。平均功率增加了4.932%（2.660 kW），最大功率增加了2.933%（2.488 kW）；平均扭矩增加了4.946%（7.201 N·m），最大扭矩增加了9.462%（14.805 N·m），并且出現(xiàn)最大扭矩的轉(zhuǎn)速降低了500，使汽油機(jī)的扭矩特性更好；而平均燃油消耗率增加了0.0023%（0.673[g/kW·h]），也可以說，在功率和扭矩增加的情況下，油耗基本保持不變。

5 結(jié)語

所建的484汽油機(jī)的仿真模型，較真實(shí)的再現(xiàn)了484汽油機(jī)的實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)，其精度滿足工程上的要求，能用來對(duì)該發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行變參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)。采用可變進(jìn)氣支管長(zhǎng)度和可變配氣正時(shí)后，原機(jī)在油耗基本保持不變的情況下，功率和扭矩均有所提高。

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