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汽车技师论文汽车技师论文范文:基于GT-POWER的混合动力汽车用发动机的数值研究
汽车技师论文汽车技师论文范文:
基于GT-POWER的混合动力汽车用发动机的数值研究
摘要:发动机的性能好坏直接影响到混合动力汽车整车的动力性和经济性,基于此,本文在Atkinson循环的理论指导下,运用GT-POWER仿真软件对国内某混合动力汽车用发动机进行了数值研究,研究了压缩比与进气门关闭角对发动机性能的影响,并提出了改善经济性的优化设计方案。仿真结果表明,采用优化的设计方案以后,发动机在中高转速时的有效燃油消耗率得到很大改善。本文的研究成果可为混合动力汽车用发动机的设计及优化提供理论和实际参考价值。
关键词:Atkinson循环GT-POWER软件混合动力
随着能源短缺问题的日益加剧,采用传统的Otto循环发动机已经不能满足混合动力汽车的需要了,开发更低的燃油消耗率的发动机已经成为现在研究的热点。Atkinson循环发动机具有高效率的优点,但存在着低速低负荷下功率偏低的缺点,因为一直以来得不到重视。随着混合动力汽车成为行业的重要研究对象,国外又重新开始了对Atkinson循环的研究。Atkinson循环发动机与混合动力汽车的结合,不仅能够充分利用Atkinson循环高效率的优点,达到降低整车燃油消耗的目的,同时不会影响整车的动力性能。国外在这方面已经做了不少的研究。日本丰田公司研发出了应用于Prius混合动力汽车的1.5LAtkinson循环发动机,该发动机在9.5kW功率输出时效率高达34%[1-3]。
随着计算机技术的发展,以及预测模型的不断完善,数值模拟方法在发动机研制和开发中得到广泛的应用,并大幅度缩短了研制周期[4]。本文在Atkinson循环的理论指导下,运用GT-POWER仿真软件对国内某混合动力汽车用发动机进行了数值仿真研究,研究了压缩比与进气门关闭角对发动机性能的影响,并提出了改善经济性的设计方案,为混合动力汽车用发动机的设计及优化提供理论指导和实际参考。
1模型的建立
1.1发动机基本参数
所研究的样机的基本参数如表1所示。
1.2计算机模型建立
计算模型的建立依据厂家提供的相关图纸及实验数据建立发动机工作过程仿真模型。GT-POWER整机分析仿真模型主要由进气系统、喷油组件、气缸、曲轴箱和排气系统
2.2MPa~3MPa之间,该汽油机原机的最高压缩上止点压力
为2.5MPa。因此以2.5MPa为压缩上止点压力的限制条件,确定了压缩比与进气门关闭角的对应关系如表2所示。
由于压缩比与进气门关闭角绑定,以下研究中均只提压缩比。
2.2压缩比对发动机性能的影响
在确定了压缩比与进气门关闭角的对应关系以后,研究各转速下不同的压缩比对发动机性能的影响,可得到图5~图7。
由图5可知随着压缩比的增加,发动机的有效燃油消耗率呈下降趋势。这是由于压缩比的增加,提高了工质的燃烧温度,扩大了循环温度梯度,使得循环热效率升高,油耗降低。5000r/min时,当压缩比从10变化到13时,发动机油耗有5%左右的降低[5]。
从图6中可知发动机扭矩随着压缩比的增加而降低。这是因为随着压缩比的增加伴随着进气关闭角的延迟,使得混合气回流至进气道,进入气缸的实际混合气量减小,从而使得发动机扭矩下降。扭矩低速降低较明显,
高速降低略小。2000r/min时当压缩比从10变化到13,扭矩从108N.m降低至97.3N.m,降低幅度接近10%。
从图7可以得知,随着压缩比的增加最高爆发压力呈升高的趋势。这是因为压缩比的增加,提高了高转速下的压缩起始点压力,因而使得高转速下发动机爆发压力提高。压缩比大于12以后发动机最大爆发压力过高,尤其是在压缩比取13以后,发动机最大爆发压力已经明显高于7.6MPa,而压缩比取12时,各转速最大爆发压力均低于7.3MPa。
通过以上的分析,本文以最高压缩压力7.5MPa作为限制条件,确定最佳压缩比确定为12,进气门关闭角为618°CA,即下止点后78°CA为Atkinson循环发动机的优化设计方案。
2.3综合评价
采用经过优化后的压缩比与进气门关闭角后,计算发动机各性能参数并与原机进行对比,结果如图8~图9所示。
从图8~9可知,压缩比取12时,发动机的扭矩在中低转速降低较明显,但在3000~4500r/min转速范围内扭矩仍高于110N.m。发动机的燃油消耗率在2000~5500r/min转速范围内降低效果比较明显,而且转速越高降低效果越明显。在5500r/min时,发动机的有效燃油消耗率有将近20g(/kW.h)的油耗降低。
3结论
本文运用GT-POWER仿真软件对国内某混合动力汽车用发动机进行了数值研究,得到如下结论:
(1)气缸的压缩上止点压力随着进气门关闭角的推迟而降
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