姚紅飛

摘 要：發(fā)動機的開發(fā)是一個非常復(fù)雜的過程，涉及到的零件很多，對性能的要求也很高。在設(shè)計開發(fā)的過程中，需要考慮的參數(shù)也很多，比如排放性、經(jīng)濟性、動力性、可靠性、結(jié)構(gòu)的美觀性，要盡可能地輕量化等。在一切為零的基礎(chǔ)上開發(fā)一款發(fā)動機時，要借鑒以往發(fā)動機型的技術(shù)經(jīng)驗，并運用AVL-BOOST之類軟件做前期模擬，之后再進行實體機型的試制，這樣可以大大節(jié)約成本，縮短開發(fā)周期，提高開發(fā)效率。

關(guān)鍵詞：發(fā)動機；AVL-BOOST軟件；成本；開發(fā)周期

中圖分類號：TK412 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.15.017

文章編號：2095-6835（2015）15-0017-02

近年來，不論是國內(nèi)還是國際乘用和商用車市場，自主品牌的汽車都呈現(xiàn)出了蓬勃發(fā)展的態(tài)勢。由于發(fā)動機本身的特性，其更新?lián)Q代越來越快，國內(nèi)與國際先進發(fā)動機的差距也越來越小，甚至出現(xiàn)了反超。隨之而來的市場化競爭也越來越激烈，因此，作為企業(yè)，誰能緊跟市場需求，高效率、快步伐、低成本地開發(fā)出市場所需的發(fā)動機，誰就能在市場的大潮中站穩(wěn)腳跟。作為關(guān)鍵產(chǎn)品的發(fā)動機，優(yōu)化其設(shè)計開發(fā)流程是非常重要的。

1 發(fā)動機的開發(fā)過程

一般發(fā)動機的開發(fā)過程如圖1所示。

圖1 發(fā)動機的開發(fā)過程示意圖

1.1 機型指標

開發(fā)前期，根據(jù)客戶的需求或市場情況提出開發(fā)指標，主要包括發(fā)動機的動力性、經(jīng)濟性和排放性，而主要數(shù)據(jù)為功率、扭矩、排放指標和油耗等。

1.2 概念設(shè)計

先要確定發(fā)動機的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)，然后對零部件按系統(tǒng)或功能進行模塊化。確定缸體形式、氣缸數(shù)、缸徑、沖程、 缸心距、連桿長度、活塞壓縮高度和爆發(fā)壓力等熱力學(xué)相關(guān)參數(shù)，根據(jù)這些參數(shù)確定缸體高度、缸心距、前端面、后端面、寬度、主蓋螺栓和缸蓋螺栓的位置等參數(shù)，從而確定發(fā)動機的總體尺寸和布置情況。

1.3 布置設(shè)計

完成發(fā)動機整體概念設(shè)計后，進入發(fā)動機布置設(shè)計階段，細化設(shè)計的相關(guān)參數(shù)，主要包括：①發(fā)動機具體零部件結(jié)構(gòu)和參數(shù)設(shè)計，即前端面、后端面、進氣管、排氣管、油底殼、連桿、曲軸等和缸體相關(guān)件的具體結(jié)構(gòu)、尺寸設(shè)計。②布置設(shè)計，例如缸蓋和缸體的設(shè)計，尤其是在缸體上布置的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和參數(shù)設(shè)計，具體包括：冷卻系統(tǒng)水泵、水路；潤滑系統(tǒng)機油泵、油路；正時導(dǎo)軌、漲緊器的油路；通風(fēng)系統(tǒng)回油、通風(fēng)、竄氣等；附件系統(tǒng)使用凸臺或支架、起動機、變速器等或懸置。

1.4 零部件圖紙設(shè)計

將所有零部件設(shè)計完成，制成工程圖紙。

1.5 樣機試制

將所有零部件加工制造，并裝配發(fā)動機實體樣機。

1.6 試驗驗證

進行發(fā)動機點火燃燒試驗時發(fā)現(xiàn)設(shè)計缺陷，驗證其是否達到初始設(shè)計的目標。

1.7 設(shè)計變更

如果發(fā)現(xiàn)存在設(shè)計缺陷，就要變更零部件的設(shè)計。如果凸輪軸的型線設(shè)計不合理，可以再次設(shè)計并加工制造。

1.8 設(shè)計變更后試驗驗證

對設(shè)計變更內(nèi)容進行再次試驗，驗證其可行性。

1.9 設(shè)計定型

通過多次試驗最終完成設(shè)計定型。

2 AVL-BOOST發(fā)動機開發(fā)軟件實際應(yīng)用

AVL-BOOST發(fā)動機開發(fā)軟件是奧地利李斯特內(nèi)燃機和測試設(shè)備公司（AVL List GmbH）開發(fā)的針對發(fā)動機整機開發(fā)前期（概念設(shè)計階段）搭建的整機模型，通過多次數(shù)值模擬計算預(yù)測整機性能，直到獲得開發(fā)目標性能（比如扭矩、功率），然后確定首輪機型的相關(guān)結(jié)構(gòu)尺寸。

2.1 BOOST軟件使用簡介

建模的基本步驟如圖2所示。

圖2 建模的基本步驟示意圖

圖3為完整的柴油發(fā)動機整機模型，每個圖示代表1個零部件，圖中標有增壓器、中冷器和空濾器等。

圖3 圖形操作（整機模型搭建）

在整個建模過程中，使用的主要元件如圖4、圖5所示。

2.2 輸入?yún)?shù)

氣缸參數(shù)如圖6所示。

氣門開閉、氣門升程參數(shù)如圖7所示。

2.3 計算模型

在模型中，計算過程監(jiān)控如圖8所示。

在整個建模中，結(jié)果分析如圖9所示。

圖4 建模過程中使用的主要元件1

圖5 建模過程中使用的主要元件2

圖6 氣缸參數(shù)

圖7 氣門開閉、氣門升程參數(shù)

圖8 計算過程監(jiān)控圖

圖9 結(jié)果分析示意圖

2.4 分析計算結(jié)果、改進模型

分析計算出的結(jié)果是否達到預(yù)期目標值，如果達不到，進改進或更改模型參數(shù)，比如進氣升程、進氣正時、進氣歧管直徑和長度、進/排氣門直徑、穩(wěn)壓腔結(jié)構(gòu)和增壓器參數(shù)等影響性能的結(jié)構(gòu)參數(shù)。

3 AVL-BOOST的應(yīng)用

在實際發(fā)動機的開發(fā)過程中，在概念設(shè)計階段，即在應(yīng)用AVL-BOOST時，模型參數(shù)的輸入越接近實際值，參數(shù)越準確，

模型計算結(jié)果越準確，越接近實體機型的性能。因此，在輸入模型參數(shù)時，最好有接近機型的參考值或者以往開發(fā)的經(jīng)驗值。這就要求在開發(fā)過程中多積累一些數(shù)據(jù)，并建立經(jīng)驗數(shù)據(jù)庫。經(jīng)驗數(shù)據(jù)值可以幫助工作人員更加準確地搭建BOOST參數(shù)，這樣可以減少計算次數(shù)，降低樣機生產(chǎn)開發(fā)的風(fēng)險。

4 結(jié)論

綜上所述，有效積累發(fā)動機開發(fā)數(shù)據(jù)，結(jié)合AVL-BOOST模擬軟件的正確應(yīng)用，在開發(fā)全新的發(fā)動機機型時，可以更準確地預(yù)測相關(guān)零部件的結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)，大大降低樣機的試制次數(shù)，提高開發(fā)的成功率，減少開發(fā)成本。因此，經(jīng)驗數(shù)據(jù)的積累和相關(guān)模擬軟件的應(yīng)用是產(chǎn)品開發(fā)過程中必不可少的。

〔編輯：白潔〕