汽車技師論文汽車技師論文范文：基于GT-POWER的混合動力汽車用發(fā)動機的數(shù)值研究

汽車技師論文汽車技師論文范文：基于GT-POWER的混合動力汽車用發(fā)動機的數(shù)值研究汽車技師論文汽車技師論文范文：基于GT-POWER的混合動力汽車用發(fā)動機的數(shù)值研究摘要：發(fā)動機的性能好壞直接影響到混合動力汽車整車的動力性和經(jīng)濟性，基于此，本文在Atkinson循環(huán)的理論指導下，運用GT-POWER仿真軟件對國內某混合動力汽車用發(fā)動機進行了數(shù)值研究，研究了壓縮比與進氣門關閉角對發(fā)動機性能的影響，并提出了改善經(jīng)濟性的優(yōu)化設計方案。仿真結果表明，采用優(yōu)化的設計方案以后，發(fā)動機在中高轉速時的有效燃油消耗率得到很大改善。本文的研究成果可為混合動力汽車用發(fā)動機的設計及優(yōu)化提供理論和實際參考價值。關鍵詞：Atkinson循環(huán)GT-POWER軟件混合動力隨著能源短缺問題的日益加劇，采用傳統(tǒng)的Otto循環(huán)發(fā)動機已經(jīng)不能滿足混合動力汽車的需要了，開發(fā)更低的燃油消耗率的發(fā)動機已經(jīng)成為現(xiàn)在研究的熱點。Atkinson循環(huán)發(fā)動機具有高效率的優(yōu)點，但存在著低速低負荷下功率偏低的缺點，因為一直以來得不到重視。隨著混合動力汽車成為行業(yè)的重要研究對象，國外又重新開始了對Atkinson循環(huán)的研究。Atkinson循環(huán)發(fā)動機與混合動力汽車的結合，不僅能夠充分利用Atkinson循環(huán)高效率的優(yōu)點，達到降低整車燃油消耗的目的，同時不會影響整車的動力性能。國外在這方面已經(jīng)做了不少的研究。日本豐田公司研發(fā)出了應用于Prius混合動力汽車的1.5LAtkinson循環(huán)發(fā)動機，該發(fā)動機在9.5kW功率輸出時效率高達34%[1-3]。隨著計算機技術的發(fā)展，以及預測模型的不斷完善，數(shù)值模擬方法在發(fā)動機研制和開發(fā)中得到廣泛的應用，并大幅度縮短了研制周期[4]。本文在Atkinson循環(huán)的理論指導下，運用GT-POWER仿真軟件對國內某混合動力汽車用發(fā)動機進行了數(shù)值仿真研究，研究了壓縮比與進氣門關閉角對發(fā)動機性能的影響，并提出了改善經(jīng)濟性的設計方案,為混合動力汽車用發(fā)動機的設計及優(yōu)化提供理論指導和實際參考。1模型的建立1.1發(fā)動機基本參數(shù)所研究的樣機的基本參數(shù)如表1所示。1.2計算機模型建立計算模型的建立依據(jù)廠家提供的相關圖紙及實驗數(shù)據(jù)建立發(fā)動機工作過程仿真模型。GT-POWER整機分析仿真模型主要由進氣系統(tǒng)、噴油組件、氣缸、曲軸箱和排氣系統(tǒng)2.2MPa~3MPa之間，該汽油機原機的最高壓縮上止點壓力為2.5MPa。因此以2.5MPa為壓縮上止點壓力的限制條件，確定了壓縮比與進氣門關閉角的對應關系如表2所示。由于壓縮比與進氣門關閉角綁定，以下研究中均只提壓縮比。2.2壓縮比對發(fā)動機性能的影響在確定了壓縮比與進氣門關閉角的對應關系以后，研究各轉速下不同的壓縮比對發(fā)動機性能的影響，可得到圖5~圖7。由圖5可知隨著壓縮比的增加，發(fā)動機的有效燃油消耗率呈下降趨勢。這是由于壓縮比的增加，提高了工質的燃燒溫度，擴大了循環(huán)溫度梯度，使得循環(huán)熱效率升高，油耗降低。5000r/min時，當壓縮比從10變化到13時，發(fā)動機油耗有5%左右的降低[5]。從圖6中可知發(fā)動機扭矩隨著壓縮比的增加而降低。這是因為隨著壓縮比的增加伴隨著進氣關閉角的延遲，使得混合氣回流至進氣道，進入氣缸的實際混合氣量減小，從而使得發(fā)動機扭矩下降。扭矩低速降低較明顯，高速降低略小。2000r/min時當壓縮比從10變化到13，扭矩從108N.m降低至97.3N.m，降低幅度接近10%。從圖7可以得知，隨著壓縮比的增加最高爆發(fā)壓力呈升高的趨勢。這是因為壓縮比的增加，提高了高轉速下的壓縮起始點壓力，因而使得高轉速下發(fā)動機爆發(fā)壓力提高。壓縮比大于12以后發(fā)動機最大爆發(fā)壓力過高，尤其是在壓縮比取13以后，發(fā)動機最大爆發(fā)壓力已經(jīng)明顯高于7.6MPa，而壓縮比取12時，各轉速最大爆發(fā)壓力均低于7.3MPa。通過以上的分析，本文以最高壓縮壓力7.5MPa作為限制條件，確定最佳壓縮比確定為12，進氣門關閉角為618°CA，即下止點后78°CA為Atkinson循環(huán)發(fā)動機的優(yōu)化設計方案。2.3綜合評價采用經(jīng)過優(yōu)化后的壓縮比與進氣門關閉角后，計算發(fā)動機各性能參數(shù)并與原機進行對比，結果如圖8~圖9所示。從圖8~9可知，壓縮比取12時，發(fā)動機的扭矩在中低轉速降低較明顯，但在3000~4500r/min轉速范圍內扭矩仍高于110N.m。發(fā)動機的燃油消耗率在2000~5500r/min轉速范圍內降低效果比較明顯，而且轉速越高降低效果越明顯。在5500r/min時，發(fā)動機的有效燃油消耗率有將近20g（/kW.h）的油耗降低。3結論本文運用GT-POWER仿真軟件對國內某混合動力汽車用發(fā)動機進行了數(shù)值研究，得到如下結論：（1）氣缸的壓縮上止點壓力隨著進氣門關閉角的推遲而降低，并且降低速率逐漸增大；氣缸的壓縮上止點壓力隨著壓縮比的增大而增加，并且增加速率逐漸增大。在確定的壓縮比與進氣門關閉角對應關系情況下，隨著壓縮比的增加，發(fā)動機的扭矩下降比較明顯，功率呈稍微下降趨勢，而發(fā)動機的燃油消耗率則隨著壓縮比的增加而減小。壓縮比大于12.5以后，發(fā)動機最大爆發(fā)壓力已經(jīng)高于7.5MPa。壓縮比取12以后，發(fā)動機的扭矩在中低轉速降低較明顯，但在3000~4500r/min轉速范圍內扭矩仍高于110N.m。中高轉速下燃油消耗率得到很大改善。參考文獻[1]田永祥,杜愛民,陳禮璠.混合動力汽車用Atkinson循環(huán)發(fā)動機的探討[J].汽車科技,2007,7（4）.[2]HongweiGao,YiminGao,MehrdadEhsani.DesignIssuesoftheSwitchedReluctanceMotorDriveforPropulsionandRegenerativeBrakinginEVandHEV[J].SAEpaper:2001-01-2526.[3]YingruZhao,JincanChen.Performanceanal-ysisandparametricoptimumCriteriaofanirrevers-ibleAtkins