劉全美++王杰++莫壽存++陳萌

DOI：10.16660/j.cnki.1674-098X.2017.14.155

摘 要：隨著科技的發(fā)展，社會的進步，汽車已經(jīng)成為人們必要的代步工具，然而隨著汽車保有量的不斷增加，汽車尾氣帶來的大氣污染問題越來越嚴重。為了有效驗證汽車尾氣帶來的污染程度，該文首利用GT-power模擬計算出了在沒有經(jīng)過消聲器時的汽車尾氣濃度，說明了在經(jīng)過三元催化轉(zhuǎn)化器后汽車尾氣濃度較高，仍有必要設(shè)計凈化手段。

關(guān)鍵詞：汽車尾氣 濃度 模擬計算

中圖分類號：TG249 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）05（b）-0155-02

隨著社會的發(fā)展，汽車現(xiàn)已成為人們?nèi)粘３鲂械某Ｓ霉ぞ?，預計2020年將達到13103萬輛。但隨著汽車保有量的增加，汽車在給人們的生活帶來便利的同時也帶來了嚴重的社會問題，其中就包括大氣污染等等。為了驗證汽車尾氣排放的污染程度，該文特采用GT-power模擬計算出了在沒有經(jīng)過消聲器時的汽車尾氣濃度，計算過程如下。

1 所建模型的發(fā)動機基本參數(shù)

本設(shè)計以一款中小型車用發(fā)動機模型為基礎(chǔ)，進行了物理模型的建立。通過對該發(fā)動機所建立的物理模型進行模擬運行，可以計算出發(fā)動機的扭矩、功率、濃度和噪聲等性能參數(shù)，為后期在不同工況下汽車尾氣的擴散和汽車主消聲器的設(shè)計提供理論依據(jù)。該發(fā)動機的基本參數(shù)如表1所示。

2 建模過程

GT-power軟件有一個自己的零件模型庫，里邊包含如氣缸、曲軸、各種管結(jié)構(gòu)、管接頭、濾清器、氣門、噴油器等機械結(jié)構(gòu)，各種燃燒模型、噴射模型、傳熱模型和氣體流動模型等。我們可以根據(jù)自身需要選取所需機械結(jié)構(gòu)模塊及各種模型，并進行相應的參數(shù)設(shè)置，最后將各個機構(gòu)連接起來構(gòu)成最終的發(fā)動機模型。具體建模過程如下。

（1）定義外部環(huán)境參數(shù)。

（2）進氣支管。

（3）進氣道。

（4）進排氣門。

（5）氣缸。

（6）噴油器。

（7）排氣道與排氣支管。

（8）整體模型。

3 模型校驗

建立完成發(fā)動機模型后，并不能確定軟件建立模型對真實發(fā)動機運行過程是否能夠做到準確真實的反映，因此需要進行驗證。運行該模型的工作流程，將所得實驗數(shù)據(jù)輸入GT-post與所建模型仿真結(jié)果比較。扭矩誤差與功率誤差均在5%以內(nèi)，由此可以證明所建模型是準確的。

4 結(jié)果分析

通過以上過程，得到了在不同工況下汽車尾氣中NOx、CO和碳氫化合物等污染物的排放曲線，考慮到該文主要是針對NOx進行凈化方法的設(shè)計，所以以NOx為例分析其濃度曲線圖。其結(jié)果如圖1所示。

由仿真實驗結(jié)果分析可知如下幾點。

（1）汽車尾氣中的NOx主要是NO，根據(jù)高溫NO的生成機理，產(chǎn)生NO的三要素是溫度、氧濃度和反應時間，即在足夠的氧濃度條件下，溫度越高和反應時間越長，則NO的生成量越大。

（2）在發(fā)動機轉(zhuǎn)速為3000r/min左右時，由于汽車空燃比的變化和燃燒溫度的變化NO的排放濃度較高。之后，隨著發(fā)動機轉(zhuǎn)速的提高，NOx的濃度有所降低，這是因為隨著轉(zhuǎn)速的提高供油提前角一定時，提前噴油的實際時間縮短，使參加混合燃燒的燃油量變少，初期放熱量和放熱峰值降低，從而使最高燃燒溫度降低。高轉(zhuǎn)速時缸內(nèi)高溫的持續(xù)時間縮短，這兩個因素都促成在高速時NOx的生成和排放濃度下降。

（3）經(jīng)過三元催化轉(zhuǎn)化器后，汽車尾氣中NOx度仍然較高，面對如今越加嚴重的大氣污染問題，我們有必要研究汽車尾氣在大氣中的擴散情況，并且在經(jīng)過三元催化轉(zhuǎn)化器后有必要采取更多的凈化手段來降低排放到大氣中的污染物的濃度。

5 結(jié)語

該文闡述了在GT-power中建立發(fā)動機模型的過程，利用GT-power模擬計算出了1.6L發(fā)動機在不同轉(zhuǎn)速下的尾氣排放濃度，證明了發(fā)動機排放的廢氣在經(jīng)過三元催化轉(zhuǎn)化器后仍然有必要采取一定的凈化手段來降低其排放濃度，從而為后續(xù)在消聲器中增加凈化功能奠定理論基礎(chǔ)。

參考文獻

[1] 王銀燕，杜劍維，王賀春，等.基于GT-power與Simulink的發(fā)動機及其控制系統(tǒng)仿真[J].系統(tǒng)仿真學報，2008（16）：4379-4381，4386.

[2] 陳韶舒，李志軍，劉磊，等.基于GT-POWER的NOx吸附還原催化器建模研究[J].汽車工程，2015（4）：387-390.

[3] 耿永生.汽車尾氣污染及其控制技術(shù)[J].環(huán)境科學導刊，2010（6）：62-69.

[4] 盧元燕.基于GT-Power分析運用的排氣系統(tǒng)優(yōu)化[J].機械工程師.2014（9）：120-122.

[5] 馬雪皎.基GT-Power軟件的汽車排氣系統(tǒng)消聲器的設(shè)計[J].機械工程與自動化.2011（6）：64-65.

[6] 湯鴻明，楊永平，胡孝明，等.基于GT-Power的消聲器聲學性能分析計算[J].裝備制造技術(shù).2015（11）：30-32.

[7] 張瑤，張鴻雁，崔海航，等.機動車單車揚塵濃度分布規(guī)律的模擬[J].環(huán)境工程學報.2013（8）：3094-9098.

[8] 黃漢明，劉慕仁，韓仲志，等.城市交通汽車尾氣擴散與分布建模仿真[J].云南大學學報（自然科學版）. 2005（S2）：256-261.

[9] 王嘉松，黃震.城市街區(qū)大氣流動與汽車尾氣擴散的三維數(shù)值模擬[J].上海環(huán)境科學.2003（4）：227-229.

[10] 武周虎，賈洪玉.傾斜岸河流和水庫水面污染帶下的污染物質(zhì)量濃度分布[J].水利水電科技進展.2012，32（6）：1-5.