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        基于CAE仿真的某發(fā)動機(jī)進(jìn)氣歧管設(shè)計(jì)

        2015-08-17 06:46:59賈美霞雷蕾
        汽車零部件 2015年6期
        關(guān)鍵詞:增壓器壓氣機(jī)充氣

        賈美霞,雷蕾

        (江淮汽車股份有限公司,安徽合肥 230000)

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        基于CAE仿真的某發(fā)動機(jī)進(jìn)氣歧管設(shè)計(jì)

        賈美霞,雷蕾

        (江淮汽車股份有限公司,安徽合肥 230000)

        以某款增壓型汽油發(fā)動機(jī)的進(jìn)氣歧管為研究對象,運(yùn)用CAE仿真軟件搭建發(fā)動機(jī)仿真分析模型,分析比較不同進(jìn)氣歧管方案下的發(fā)動機(jī)性能,給出最有利于發(fā)動機(jī)性能的進(jìn)氣歧管結(jié)構(gòu)尺寸。文中的研究可用來指導(dǎo)發(fā)動機(jī)進(jìn)氣歧管設(shè)計(jì)階段的正向開發(fā)工作,并為后期優(yōu)化改善工作提出了一定的思路和方法。

        進(jìn)氣歧管;發(fā)動機(jī);數(shù)值仿真;熱力學(xué)

        0 引言

        眾所周知,發(fā)動機(jī)是汽車的核心動力源,其各項(xiàng)性能的優(yōu)劣往往決定了整車的性能。而發(fā)動機(jī)的進(jìn)氣換氣過程又直接影響其動力性、經(jīng)濟(jì)性以及排放性能[1]。因此,作為進(jìn)氣系統(tǒng)重要組成部分的進(jìn)氣歧管對發(fā)動機(jī)性能非常重要,良好的進(jìn)氣歧管設(shè)計(jì)對改善發(fā)動機(jī)性能具有重要意義[2]。

        目前進(jìn)氣歧管的開發(fā)主要分為試驗(yàn)測試和CAE仿真。前者需要較多的試驗(yàn)設(shè)備、人員等,且開發(fā)周期長、試驗(yàn)費(fèi)用大;而后者則具有開發(fā)周期短、成本低、準(zhǔn)確度高等優(yōu)點(diǎn),能夠快速完成進(jìn)氣歧管正向開發(fā)設(shè)計(jì)工作,被廣泛應(yīng)用到科學(xué)研究和工程項(xiàng)目中[3]。

        運(yùn)用CAE仿真軟件搭建發(fā)動機(jī)仿真分析模型,分析比較不同進(jìn)氣歧管方案下的發(fā)動機(jī)性能,給出最有利于發(fā)動機(jī)性能的進(jìn)氣歧管結(jié)構(gòu)尺寸。

        1 技術(shù)原理及方案

        結(jié)構(gòu)和布置合理的進(jìn)氣歧管可以改善發(fā)動機(jī)換氣過程,充分掃氣可降低氣缸內(nèi)的泵氣損失和殘余廢氣,提高充氣效率,從而提高發(fā)動機(jī)的動力性、經(jīng)濟(jì)性[4]。而進(jìn)氣歧管的設(shè)計(jì)主要包括布置形式、管道直徑、管道長度3個(gè)方面。

        由于受制于發(fā)動機(jī)在機(jī)艙內(nèi)的布置空間,文中主要針對進(jìn)氣歧管結(jié)構(gòu)尺寸進(jìn)行分析。圖1為進(jìn)氣歧管結(jié)構(gòu)三維圖。

        經(jīng)多目標(biāo)優(yōu)化軟件分析并結(jié)合供應(yīng)商生產(chǎn)工藝要求,進(jìn)氣歧管管道長度分為92.5、185、246.6、370mm等4種方案,管道直徑均為等效水力直徑,進(jìn)口大出口小。以上方案具體數(shù)據(jù)可參見表1、表2。

        表1 進(jìn)氣歧管管道長度方案 mm

        表2 進(jìn)氣歧管管道直徑方案 mm

        2 仿真分析及結(jié)果

        2.1管道長度

        (1)進(jìn)氣歧管管道長度對發(fā)動機(jī)性能影響。從圖2不同管道長度對發(fā)動機(jī)BMEP(平均有效壓力)、FMEP(摩擦損失)以及PMEP(泵氣損失)的影響可以發(fā)現(xiàn):轉(zhuǎn)速2 500r/min時(shí)管道長度較長的發(fā)動機(jī)性能較好,而其他轉(zhuǎn)速基本一致。圖3為不同管道長度下的發(fā)動機(jī)充氣效率變化。歧管長度370mm的方案發(fā)動機(jī)充氣效率明顯高于其他方案。同時(shí),隨著管長的縮短和轉(zhuǎn)速的增加,充氣效率降低。因此,管長370mm的方案更符合開發(fā)要求。

        (2)進(jìn)氣歧管管道長度對增壓器影響。結(jié)合圖3,由于短

        管充氣效率較低,壓氣機(jī)必須提高壓比來補(bǔ)償因充氣效率低而損失的進(jìn)氣量。因此在圖4中,中高轉(zhuǎn)速下隨著管道長度減小,壓比逐漸增大。大壓比會造成壓氣機(jī)出口氣體溫度增加,需要中冷器冷卻能力更強(qiáng)。由此可見,從增壓器角度考慮,管長370mm的方案更為可靠。

        2.2管道直徑

        (1)不同管道直徑對發(fā)動機(jī)性能的影響。比較圖5、圖6可知:中高轉(zhuǎn)速下方案二的泵氣損失較小,因此比油耗更低,發(fā)動機(jī)經(jīng)濟(jì)性更好。

        (2)兩方案對壓氣機(jī)和渦輪機(jī)的影響。從圖7可得:兩方案壓氣機(jī)效率和壓比水平相當(dāng);而圖8中,從轉(zhuǎn)速1 800r/min開始,采用短管的方案二較方案一渦輪機(jī)效率下降較多,尤其是3 000~4 000r/min。

        結(jié)合兩方案對發(fā)動機(jī)性能和增壓器影響的比較,方案一的管道直徑更能滿足目標(biāo)。

        3 結(jié)論

        通過文中的仿真分析,得出以下結(jié)論:

        (1)采用進(jìn)氣歧管管長370mm、進(jìn)口管徑47mm、出口管徑43.6mm的方案對發(fā)動機(jī)性能和增壓器更合適。

        (2)結(jié)合分析發(fā)現(xiàn)進(jìn)氣歧管結(jié)構(gòu)尺寸會對發(fā)動機(jī)充氣效率和壓氣機(jī)壓比產(chǎn)生直接影響,因此進(jìn)一步深入研究進(jìn)氣歧管有著重要意義。

        (3)文中的研究可指導(dǎo)發(fā)動機(jī)進(jìn)氣歧管設(shè)計(jì)階段的正向開發(fā)工作,并為后期優(yōu)化改善工作提出了一定的思路和方法。

        【1】陸家祥.渦輪增壓技術(shù)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1999:67-68.

        【2】周龍寶.內(nèi)燃機(jī)學(xué)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2003:24-25.

        【3】溫壓軍,鞏錄勝,李云,等.汽油機(jī)廢氣渦輪增壓技術(shù)探析[J].企業(yè)技術(shù)開發(fā),2014,33(3):10-11.

        【4】劉永長.內(nèi)燃機(jī)原理[M].武漢:華中科技大學(xué)出版社,2001:172-179.

        DesignofExhaustManifoldofEngineBasedonCAESimulation

        JIAMeixia,LEILei

        (AnhuiJianghuaiAutomobileCo.,Ltd.,HefeiAnhui230000,China)

        Takingtheintakemanifoldofagasolineengineasresearchobject,CAEsoftwasusedtobuilditssimulationmodel,engineperformanceswithdiverseintakemanifoldswerecontrasted.Thebestsizesforintakemanifoldweregotten.Theresearchcanguidedevelopmentanddesignofintakemanifold.Itsuppliesawayforoptimization.

        Intakemanifold;Engine;Simulation;Thermodynamics

        2015-03-16

        賈美霞,女,碩士,從事汽車研發(fā)工作。

        雷蕾,E-mail:414205610@qq.com。

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