内燃机仿真(共5页)

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1、精选优质文档-倾情为你奉上进气谐振器的容积对汽油机进气性能的影响周超 武汉理工大学能源与动力工程学院，能动zy1101班，学号：01The Effects of the Volume of an Intake Resonator on VolumetricEfficiency of a Gasoline EngineZhou ChaoSchool of Energy and Power Engineering, Wuhan University of Technology, 01摘要：本文利用AVL-BOOST软件建立了原型480的汽油机的仿真模型，在不同的转速下改变谐振器的容积来进行仿真计算

2、。仿真计算表明：（1）发动机的最大充量系数点基本保持不变，并且最大充量系数点与谐振转速点有一定的差异。（2）谐振器的容积的大小对进气性能有很重要的影响，适当改变谐振器容积最多可以提高原机1.4%充量系数。（3）针对这款480的汽油机，谐振器的容积最好选择在0.6-1.0L之间。不同的机型需要根据计算进行合理选择。关键词 进气谐振器，容积，充量系数，仿真，Abstract：Prototype is built up by using AVL - BOSST software simulation model of 480 gasoline engine at different speed, c

3、hange the volume of the resonator for the simulation calculation. The simulation calculation shows that: (1) the maximum charge coefficient of engine some basic remains the same, and maximum filling coefficient and the resonance speed points have certain differences.(2) the size of the volume of res

4、onator on the inlet performance has very important influence, the most appropriate change resonator volume coefficient of original 1.4% machine can improve the filling quantity.(3) for the 480 gasoline engine, the volume of resonator had better choose between 0.6 to 1.0L.Different models need to be

5、calculated according to the reasonable choice.Key Words: Intake Resonator，volume，volumetric efficiency，simulation中图分类号：TK46+4 文献标识码：A专心-专注-专业0. 前言随着能源的日益短缺和人们对环境污染问题的日益关注，要求新一代的发动机具有更高的动力性、经济性和环保性能1。相同大小的气缸容积，在相同的进气状态下若能吸入更多的新鲜空气，则可以容许喷入更多的燃料，在同样的燃烧条件下可以获得多的有用功因此可以通过提高充气效率来提高发动机的动力性2。进气谐振是提高发动的充气效率的

6、有效措施，目前利用进气谐振改善进气的方法有改变进气管长度、采用串联谐振器及并联谐振器。一般车用发动机多采用可变进气管长度及串联谐振的方式来改善发动机的充气效率 3.发动机节气门与进气歧管中间相连的那段就是谐振器4，它在整个发动机进气过程中起着非常重要的作用。顾名思义，谐振器是实现发动机谐振进气的重要组成部件，它与进气歧管匹配通过进气谐振作用增加发动机充气量。由于进气波动合成波在进气道来回反射必然要经过谐振腔，所以谐振腔容积的大小会对合成波造成一定影响5。因此，根据发动机设计合适容积的谐振器有着重要的意义。AVL-BOOST是AVL公司开发的汽车、发动机系列模拟软件的一个模块，主要针对发动机气体

7、交换和热力性能的分析。AVL BOOST可以对发动机进行模拟仿真，通过建模去模拟一个实际存在或正在设计中的真实系统，以再现（可视化）或分析（数值计算）真实系统的本质特征，可节省大量人力和物力6。本文就利用BOOST建立的四缸的汽油机模型，通过选择不同的谐振器来研究谐振器的容积对进气性能的影响。1. 进气谐振器容积的计算1.1本次研究所采用的机型如表一所示表一 发动机的基本参数型式直列四冲程缸数4缸径（mm）80活塞行程(mm)78压缩比11.9总排量（L）1.6进气相位开启：上止点前17CA，关闭：下止点后47CA额定转速（n/min）6000点火方式1-2-4-3根据多缸机共用一谐振箱系统的

8、实验结果和系统的结构特征，可将谐振系统视为单自由度的谐系统，用所有各气缸活塞速度某阶谐振波的依次叠加，来模拟吸气过程对系统的激发作用；同时还可将谐振箱中谐振的气体看作是一个有弹性但质量的理想弹簧，谐振管中的气体当作不可压缩气柱；并认为整个系统是绝热的7 。这样就得出图 1 所示的简化模型。AVL-Hydsim模型图；模型合理性和方案可行性分析。 当系统内气体的固有频率等于激发频率时，压力波幅值达到最大值，从而实压这时发动机的谐振增压，这是发动机的转速称为谐振转速，根据Helmholtz 谐振原理，谐振转速为7。其中，a 当地气体音速（m / s）谐振腔总体容积（ ）谐振管长度（m） 谐振管截面

9、积（ ）气缸容积 ( )由上式可以看出定的进气管参数和谐振箱容积，对应一定的谐振转速，并且现代四冲程车用内燃机中，整体系统一般只有一个谐振转速在实用转速范围内出现8。对于该机型，在进气总管不变的情况下，谐振转速约为3000-5000r/min因此在这个转速范围内进气性能的差异更能反映出谐振器的效果的好坏。1.2 谐振器容积的选择 参考以往学者大多数资料，通常把发动机排量的 55%左右9作为谐振腔容积。本机的排量为1.6L,谐振器的容积为1.0L,因此为了验证谐振器的容积对进气性能的影响，本文选择谐振器的容积范围为0.4L-1.8L。2. 计算模型的建立试验利用AVL-BOSST建立发动机工作的

10、一维模型，然后通过计算分析，从而得出结论。BOSST模型如下图：图2 BOOST模型该模型的元素参数如下表:表2模型的各参数Element Name（元素名称）Number(数量）PIPE（管）37SYSTEM_BOUNDARY（边界）2PLENUM（谐振腔）5CYLINDER（气缸）4RESTRICTION（节流）9MEASURING_POI（测量点）10AIRCLEANE（空气滤清器）1JUNCTION（三通）8CATALYST(催化剂2该模型的选择的燃烧模型为VIBE燃烧模型，换热模型选择采用Woschni1978 公式10 :式中，C1 = 2. 28 + 0. 308Cu /Cm;C

11、2 = 0. 006 22; D 为气缸直径( m) ; T 为气缸内的气体温度( K) ; T1为进气门关闭时的缸内温度( K) ; p1为进气门关闭时的缸内压力(MPa) ; Vh为发动机单缸排量( L) ; V1为进气门关闭时的气缸体积( L) ; p为发动机实际缸内压力( MPa) ; p0为发动机的气缸压力(MPa) ; w为表面换热系数( W/( m2K) ) ; Cm为活塞平均速度( m /s) ; Cu为圆周速度( m /s) ; C1为气流速度系数; C2为燃烧室形状系数。通过设定活塞、气缸盖、缸套的表面积及壁面温度，可计算工质与壁面的传热。3. 计算模型验证和结果分析3.1

12、计算模型的验证 本文中保持进气总管的长度为510mm,进气支管的长度为700mm不变，改变谐振器的容积从0.4L变化到1.8L,转速从1000r/min变化到6000r/min。计算结果如下图：图3 不同容积的谐振器在不同转速下的 充量系数3.2谐振转速对充量系数的影响由上图3可以发现，发动机充量系数总是在5000r/min左右的时候充量系数达到最大值，而随着谐振腔的容积的不同，谐振转速确实在不断变化的，并且谐振转速在3000-5000转之间变化，因此，最大充量系数点与谐振转速总是存在的差异的，但是充量系数在谐振转速附近的时候，随着谐振器容积的变化充量系数变化较为剧烈。3.3谐振器的容积对充量

13、系数的影响为了更加清楚的体现出谐振器的容积对发动机充量系数的影响，可以算出发动机充量系数变化率=（变化的谐振器下的发动机充量系数-原机下的充量系数）/原机的充量系数*100%。图4(a) 3000转不同容积谐振器的充量系数及变化率图4（b）4000转不同容积谐振器的充量系数及变化率图4（c）5000转不同容积谐振器的充量系数及变化率由图4a、b、c可以很明显的发现，在相同的转速下，发动机的充量系数有着很明显的变化。在3000转时，不同的谐振器容积下的充量系数和原机的充量系数的差异在0.5%-1.5%。而在4000转时变化的范围在1.4-0.2%之间。5000转时的变化范围也在1.2%-0.2%

14、。但在低速和高速的范围内，充量系数基本没什么变化，这是由于气流阻力增加，曲线变陡 11。3.4选择合适的谐振器容积由图3可以看出，当转速在在2000-3500以及4500-6000转的时候，若谐振器的容积在0.6-0.8L之间时，发动机的充量系数都大于原机的充量系数，并且最多可以提高1.2%的充量系数。同时若容积大于1.2L时，充量系数都低于原机的充量系数，最多可能会减低1.5%。当转速在3500-4500转时，若谐振器的容积在0.6-0.8L之间时，谐振器的充量系数基本和原机相同，而若容积大于1.2L时，充量系数都会大于原机的充量系数，最多可以提高约1.4%由图5a可以看出，分别在3000转

15、0.6L和1.6L的容积进气口处的压力波动的不同。3000转时，0.6L谐振器的压力波动明显强于1.6L，谐振效果好些。因为当谐振腔的容积过大时，谐振腔就相当于一个稳压腔，基本没有什么谐振效果了。 由图b，却发现两者在进气口的压力曲线基本重合，说明谐振器的容积并不是通过谐振系统改变压力波来改变充量系数的，具体原因还有待研究。结果以图表的形式呈现（图标需题注，图5（a）3000转的情况下0.6L和1.6L的谐振器进气口处的压力波动图5（b）4000转的情况下0.6L和1.6L的谐振器进气口处的压力波动根据以上的分析，对于这款480的汽油机，谐振器的容积选择在0.6-1.0L之间都比较合适。4.

16、结论 （1）发动机的最大充量系数点基本都保持在5000转左右，与谐振转速有一定的差异。但发动机在谐振转速附近时，充量系数随着谐振器容积的变化而变化幅度较大。（2）谐振器的容积对发动机的进气性能有很重要的影响，合适的谐振器容积最多可以提高原机大约1.4%的充气效率。（3）对于这款480汽油机来说，选择容积在0.6L-1.0L之间的谐振器比较合适。而对于不同的机型，需要通过计算，选择适当容积的谐振器，充分利用进气谐振，提高进气效率。5. 参考文献1 马超，赵永娟，刘云岗，程勇, 车用发动机谐振进气系统,内燃机与动力装置2OO9年第5期2 周龙保. 内燃机学M. 北京:机械工业出版社, 20053

17、马南，刘耀武，张所金 进气管长度可变系统的研究J车用发动机， 2003， 146( 4) 4 裴健全，可变进，排气系统对发动机动力性能影响分析，吉林大学硕士学位论文5 刘近平，李 鹏, 谐振箱对 LJ465Q 发动机进气系统影响的仿真研究, 装备制造技术2011 年第 4 期6 丁维新，彭北京，邓定红，胡军峰，胡景彦，应用AVL-BOOST软件对发动机排气系统设计优化，摩托车技术7 贾丽冬. 汽油LPG 双燃料发动机谐振进气系统研究 D.洛阳：河南科技大学，20058 刘 铮，张杨军. 内燃机一维非定常流动M. 北京：清华大学出版社，20079 孙万臣. 谐振废气涡轮增压进气系统的研究D. 吉林工业大学博士学位论文库10 马宗正，程勇，进气谐振器对汽油机进气性能影响的计算分析，山东大学学报(工学版) 第41卷 第1 期11 黄豪中利用谐振进气系统改善车用柴油机性能的研究 硕士学位论文，2O02