李瑞欣 王超 李歡

安徽江淮汽車技術(shù)中心發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)院 安徽省合肥市 230000

1 引言

隨著我國(guó)法律的不斷健全，排放法規(guī)在現(xiàn)今時(shí)代的發(fā)展中越來(lái)越明確、嚴(yán)格，節(jié)約能源是現(xiàn)今時(shí)代中最為主流的發(fā)展意識(shí)，這一意識(shí)在發(fā)動(dòng)機(jī)的性能研究中也成為了未來(lái)發(fā)展的主要方向。點(diǎn)火提前角是發(fā)動(dòng)機(jī)電控部分的重要控制參數(shù)，點(diǎn)火提前角過(guò)大，則燃燒過(guò)程提前，缸內(nèi)最高爆發(fā)壓力變大，發(fā)動(dòng)機(jī)易出現(xiàn)爆震現(xiàn)象，點(diǎn)火提前角過(guò)小，則燃燒過(guò)程持續(xù)到膨脹階段，缸內(nèi)最高爆發(fā)壓力降低，傳熱量增加，導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性不斷下滑。故而，改善發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火提前角以及相關(guān)性能顯得尤為重要。本文首先利用臺(tái)架試驗(yàn)得到發(fā)動(dòng)機(jī)功率、扭矩、油耗率、初始點(diǎn)火MAP圖和噴油MAP圖；之后采用AVL BOOST軟件建立了單缸四沖程電控發(fā)動(dòng)機(jī)仿真模型，對(duì)其缸內(nèi)工作過(guò)程進(jìn)行了模擬，初步分析了點(diǎn)火提前角對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)功率、缸內(nèi)平均有效壓力、殘余廢氣系數(shù)、充氣效率的影響；最后，將ISIGHT與BOOST聯(lián)合，在ISIGHT環(huán)境下，以功率最大為優(yōu)化目標(biāo)，對(duì)點(diǎn)火提前角進(jìn)行了優(yōu)化。

2 試驗(yàn)儀器及發(fā)動(dòng)機(jī)基本參數(shù)

CB125發(fā)動(dòng)機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中的基本參數(shù)，如表1所示。

經(jīng)試驗(yàn)得到不同轉(zhuǎn)速、不同節(jié)氣門(mén)開(kāi)度下CB125發(fā)動(dòng)機(jī)初始點(diǎn)火時(shí)刻MAP圖，如圖1所示。從圖中知隨著轉(zhuǎn)速的升高，發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火時(shí)刻逐漸提前，這是因?yàn)檗D(zhuǎn)速越高，則發(fā)動(dòng)機(jī)每循環(huán)所用時(shí)間相對(duì)越短，在燃燒過(guò)程一致時(shí)，需增加點(diǎn)火提前角，使燃燒過(guò)程提前，保證輸出功率。隨著節(jié)氣門(mén)開(kāi)度的增大，點(diǎn)火時(shí)刻變化較小。

表1 CB125發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行過(guò)程中的參數(shù)值

圖2為試驗(yàn)過(guò)程中，測(cè)得的發(fā)動(dòng)機(jī)不同工況下噴油脈寬。在高轉(zhuǎn)速大節(jié)氣門(mén)開(kāi)度下，噴油量較高，這是因?yàn)樵摪l(fā)動(dòng)機(jī)在高轉(zhuǎn)速時(shí)扭矩達(dá)到最大值，在高轉(zhuǎn)速下為了保證發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)外輸出功率最大，故需增加噴油量。根據(jù)試驗(yàn)得到的噴油脈寬值和初始點(diǎn)火數(shù)值，為之后BOOST模型建立提供了數(shù)據(jù)。

3 BOOST電噴發(fā)動(dòng)機(jī)模型建立及性能仿真

3.1 參數(shù)設(shè)置及模型建立

圖3為所建BOOST電噴發(fā)動(dòng)機(jī)模型。其中邊界模擬發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際進(jìn)排氣工作環(huán)境，進(jìn)氣溫度為298K，進(jìn)氣壓力為1.01bar，排氣管末端溫度400K，排氣壓力1.03bar。節(jié)氣門(mén)采用節(jié)流閥模擬節(jié)氣門(mén)，流量系數(shù)和節(jié)氣門(mén)開(kāi)度對(duì)應(yīng)關(guān)系根據(jù)試驗(yàn)測(cè)得的進(jìn)氣壓力和理論公式計(jì)算得到[2，3]。燃燒模型采用準(zhǔn)維燃燒[2]，傳熱模型采用Woschni 1978（伏西尼公式）。其中節(jié)氣門(mén)全開(kāi)時(shí)，缸內(nèi)各個(gè)燃燒模型參數(shù)值見(jiàn)表1。

3.2 BOOST電噴發(fā)動(dòng)機(jī)模型的驗(yàn)證

為了進(jìn)一步保障所做模型能夠滿足要求，使其在后續(xù)發(fā)展中能夠精準(zhǔn)模擬發(fā)動(dòng)機(jī)的整個(gè)工作過(guò)程。本文在實(shí)驗(yàn)時(shí)對(duì)模型進(jìn)行了驗(yàn)證，圖4、圖5分別為仿真結(jié)果與樣機(jī)臺(tái)架試驗(yàn)外特性曲線和80%開(kāi)度下速度特性對(duì)比。從圖中知，在節(jié)氣門(mén)全開(kāi)時(shí)，轉(zhuǎn)速為5000r/min時(shí)試驗(yàn)與仿真扭矩誤差最大為3.5%，兩者誤差在允許誤差范圍5%之內(nèi)。兩者功率曲線較吻合。在小節(jié)氣門(mén)開(kāi)度下試驗(yàn)速度特性數(shù)據(jù)與仿真速度特性數(shù)據(jù)兩者誤差較小，皆符合要求。

表3 節(jié)氣門(mén)全開(kāi)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，轉(zhuǎn)速不同階段中準(zhǔn)維模型參數(shù)值

3.3 點(diǎn)火提前角對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)性能影響

在保證所見(jiàn)模型符合要求的情況下，采用試湊法[3]。圖6主要指的是發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火提前角的調(diào)整特性圖。從該圖中可以看出，在節(jié)氣門(mén)全開(kāi)且轉(zhuǎn)速能夠達(dá)到4000、4500、6000r·min-1時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)的功率隨著點(diǎn)火提前角的增大而不斷提升，并在一定的點(diǎn)火角度達(dá)到最大功率，隨后，不斷降低功率。根據(jù)圖表可知，任何轉(zhuǎn)速下都有一個(gè)最佳的點(diǎn)火提前角值，該值下發(fā)動(dòng)機(jī)功率最大，且轉(zhuǎn)速越高，功率達(dá)到最大值時(shí)所需點(diǎn)火提前角越大。

圖7主要指的是當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到4000r min-1時(shí)，不同點(diǎn)火提前角下，缸內(nèi)的平均有效壓力數(shù)據(jù)，因?yàn)楣β?、缸?nèi)平均有效壓力在發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)的過(guò)程中成正比關(guān)系。因此，曲線的變化趨勢(shì)應(yīng)該統(tǒng)功率的變化趨勢(shì)相同。

4 結(jié)語(yǔ)

（1）經(jīng)發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架試驗(yàn)得到發(fā)動(dòng)機(jī)不同工況下噴油脈寬和初始點(diǎn)火提前角，為之后BOOST模型標(biāo)定奠定了基礎(chǔ)，通過(guò)臺(tái)架試驗(yàn)得到的發(fā)動(dòng)機(jī)功率、扭矩、油耗率數(shù)據(jù)，驗(yàn)證了BOOST發(fā)動(dòng)機(jī)模型的正確性；經(jīng)BOOST仿真得到點(diǎn)火提前角調(diào)整特性圖，節(jié)氣門(mén)開(kāi)度一定時(shí)，隨著轉(zhuǎn)速的升高，發(fā)動(dòng)機(jī)功率在達(dá)到最大值時(shí)，點(diǎn)火提前角也隨之提升，而且無(wú)論是哪一轉(zhuǎn)速，都具備相應(yīng)的最佳點(diǎn)火數(shù)值，保障發(fā)動(dòng)機(jī)達(dá)到最大功率。點(diǎn)火提前角越大，發(fā)動(dòng)機(jī)缸內(nèi)最高爆發(fā)壓力和缸內(nèi)參與廢氣系數(shù)越大。