柴油价格表应用BOOST进行发动机热力学仿真
杨万里许敏辛军杨俊伟
奇瑞汽车有限公司汽车工程研究院，安徽 芜湖  241009
摘  要：在进气歧管上采用滑阀或蝶阀，通过阀门的开启和关闭对发动机的燃烧速率进行控制，从而，在部分负荷时通过高EGR率降低汽油机的节流损失。在配气机构中采用独立的进排气相位调节器，通过控制凸轮轴的相对转角调整各工况下的配气相位，确定最优配气相位。基于发动机性能、经济性等指标，结合上述两种技术，通过AVL-BOOST仿真软件获得发动机各项关键参数，指导下一步发动机热力学开发试验。同时，采用BOOST软件对现有发动机进行了改型和性能提升分析，通过变排量和增压技术，设计出高性能的低排量汽油发动机。
关键词：汽油机；可变气门正时；热力学仿真；BOOST软件
中图分类号：文献标识码：
Engine Thermodynamic Simulation with A VL-Boost Software
Yang Wanli  Xu Min  Xin Jun  Yang Junwei
Automobile Engineering Research Institute, Chery Automobile Co., Ltd, Wuhu, 241009, China
Abstract: The flaps and slider has been employed in the intake manifold and the combustion rate has been controlled by opening and closing them. The throttle losses can accordingly be reduced by high EGR rate at part load. The independent intake and exhaust camphase adjusters have been used in the valve train and the best cam phase can be obtained by controlling the relative angle. The important parameters has been obtained by simulation based on the engine performance, economy target and so on and combing the CBU and VVT technology. These parameters has been used to design the engine and guide the thermodynamic development test. At the same time, the BOOST software has been used to improve the performance of the gasoline engine. The small displacement engine with excellent performance has been designed by changing the displacement and supercharger.
Key words: Gasoline Engine; Variable Valve Timing; Thermodynamic Simulation; BOOST Software
1 前言
随着不可再生能源的日益枯竭和环境污染的日益严重，必须快速推出节能、环保、高效发动机。设计和分析技术必须保证发动机满足各种苛刻的目标值，包括：功率、扭矩、油耗、噪声和排放等【1】。
发动机新技术的使用是解决能源短缺的最有效手段，这些新技术包括：可控燃烧率技术（CBR）、可变气门定时技术（VVT）、按需排量技术（DOD）、缸内直喷技术（GDI）以及电控技术等。此外，开发电动汽车和寻替代燃料是解决能源短缺的另一个重要手段，但是，由于开发技术和基础设施问题，汽油和柴油仍然是最主要的动力源。
本文描述了采用BOOST热力学在概念设计阶段对结合可控燃烧率技术和可变气门定时技术发动机的热力学仿真过程，同时，BOOST软件还被广泛用于实验开发阶段和量产发动机的性能提升和改型分析。通过该软件并结合实验经验，可以得到精确的仿真结果，发动机开发结果验证了该软件热力学性能预测的准确性。
２ CBR VVT发动机热力学仿真
CBR VVT发动机热力学仿真是该型发动机设计的最重要辅助工程，发动机许多重要参数将在该阶段确定。为了达到优秀的性能和经济性指标，在设计发动机时采用了CBR和VVT技术。
发动机任何工况都存在一个最佳的IVC和EVO时间，气阀正时影响发动机的充气效率、指示效率及泵气损失等，是发动机最重要的设计参数之一。CBR发动机的进排气凸轮轴上安装有凸轮相位调节装置，可根据工况对进气和排气相位进行调整，图1图示了模拟的进排气阀升程曲线和正时相位，从图中可以看出，进气相位在一定范围内调整。
图1 气门升程和配气相位
通过VVT技术可以达到内部EGR和Miller循环的目的，从而改善发动机的排放和部分负荷的燃油经济性。首先，在考虑各种可能的EVO、IVC和不同转速下，进排气阀不同开启持续角下发动机的性能，从而确定最佳的气门开启持续角，图2图示了该发动机某转速下，气门不同开启持续角时发动机的BMEP值。
图2 某转速下气门不同开启持续角发动机BMEP
气门开启持续角确定后，进行不同转速下发动机全负荷分析，确定发动机各转速下的最佳IVC和EVO。同时，还需要进行部分负荷分析，确定在不同负荷不同转度下发动机的最佳IVC和EVO。图3图示了某转速下，不同IVC和EVO时刻，发动机的平均有效压力。
图3 某转速下发动机平均有效压力
开发过程中，还对进排气歧管长度、半径和走向；稳压腔、空滤器容积大小；进气压损和排气背压；
连接管尺寸等进行了优化。仿真数据达到或者超过目标设定值。图4图示了发动机全负荷各转速下的气门正时。
图4 全负荷各转速的IVC和EVO
同时，在发动机中采用了CBR技术，CBR技术的采用可以达到等λ的稀薄燃烧效果，对燃油经济性、发动机排放有很大的帮助。仿真数据达到了目标设定值。图5～图7图示了发动机性能的部分结果。
图5  发动机全负荷平均有效压力
豪车标志大全图6 发动机全负荷功率
图7 发动机油耗东风铁甲
性价比最高suv自动挡轿车3 增压汽油发动机模拟
采用BOOST对当前某排量发动机进行增压改进，从而提供发动机的动力性和经济性，并改善发动机的排放。首先，搭建原发动机运行的BOOST 热力学模型，根据试验数据修正该模型的各项参数，特别是燃烧函数和摩擦功；然后，在原机热力学模型基础上进行机械增压器匹配。图8为搭建的增压发动机热力学分析模型，图9为三个模型的平均有效压力模拟值，图10为三个模型的功率模拟值。
图8  增压发动机热力学分析模型
图9  发动机平均有效压力
图10 发动机功率
北京绅宝
从图9和图10中可以看出，增压后发动机的功率提高了61％（额定功率点），扭矩提高了41％（最大扭矩点）。
4 结论
1 采用热力学分析软件BOOST是发动机概念设计、性能提升的重要分析工具，采用该软件可以对发动机进行定性和定量分析；
2 可以将A VL系列性能分析软件如BOOST、FIRE、CRUISE等结合起来进行联合仿真，从而，将一维三维流场以及发动机与整车性能结合起来，使得分
析结果更加精确，数据具有更好的工程价值。
参考文献
[1] 刘峥，王建昕，汽车发动机原理教程，北京：清华大学出版社，2001.9