BOOST联合MF软件在增压直喷发动机开发中的应用.pdf

BOOST 联合MF 软件在高性能GDI 发动机开发中的应用 韩占群、刘刚、刘亚奇、申景倩 （长城汽车动力研究院，河北省保定市朝阳南大街2299 号） 摘 要：应用计算机进行虚拟仿真是发动机开发中的重要手段之一, 本文应用 AVL_BOOST 和modeFRONTIER 软件联合仿真，通过合理设计凸轮型线与配气相位进 行了多变参与多目标任务设置，在设计验证阶段对某增压直喷汽油机进行热力学仿真计 算，通过优化使其动力性提高到满足公司设计目标。 关键词：联合仿真、多目标优化、增压、直喷汽油机、动力性 主要软件：AVL BOOST modeFRONTIER 1. 前言 当前汽油机增压直喷化技术已经成为提高乘用车发动机性能的必要手段，这种小型强化 技术的应用使得发动机具有更高的动力输出和更低的油耗及排放特性。汽油机增压后带来了 严重的爆震限制，然而由于燃油直接喷入汽缸内，蒸发过程的冷却作用增加了整机的抗爆性， 使得增压后较增压前有希望实现更高的压缩比，从而提高循环热效率，在保持动力性指标的 同时具有很好的燃油经济性。 本文以我公司一款排量为1.3L 的GDI 发动机为例，在试验验证阶段发现动力性不达标， 考虑到后期优化其换气过程代价较小，所以我们运用BOOST 与modeFRONTIER 联合仿真， 把凸轮型线和进、排气双VVT 设置为多变参并运用MMES 进化算法进行了多目标优化，优 化结果经试验验证表明发动机性能达到90Kw/L 的升功率，满足了我公司的开发目标。 2.BOOST 模型的建立与验证 根据此款发动机的主要结构参数与我公司前期通过发动机台架试验获取的试验数据搭 建了BOOST 计算模型，如图所示： 表 1 基本结构参数 发动机基本参数 缸径*行程（mm） 76*74 连杆长度（mm） 144 压缩比 10 排量（L） 1.3 图1 GDI 发动机BOOST 模型 20 11 AVL 先进模拟技术中国用户大会论文 为了保证仿真模型的准确性，我们将仿真计算结果与试验数据进行了较详细的校核，确 保各项仿真计算值与试验值的误差控制在了5% 以内如下列图所示： 图2 扭矩 图3 功率 图4 油耗率 图5 进气压力 图6 涡前压力 图7 排气背压 图8 压气机后温度 图9 中冷后温度 通过与试验值的对比，保证了仿真结果的精度控制在了 5% 之内，这为后面与 modeFRONTIER 进行的联合计算提供了可靠的保证。但是在对比压气机后温度时我们发现 模拟值较试验值在 2000rpm 以下要低，我们把压气机增压过程假设为理想气体的绝热压缩 过程，其计算温度值还是较试验值低，所以我们暂时把多余的温升视为热辐射导致。 3.BOOST 与modeFRONTIER 联合仿真 由试验结果我们发现此款机型的动力性与我公司所给的目标性能还存有一定的差距，这 就需要我们对发动机进行优化工作。公司制订的原则是尽量进行小改同时费用最低的代价来 20 11 AVL 先进模拟技术中国用户大会论文 实现目标性能，所以我们最终决定对发动机的配气相位与凸轮