可变进气歧管及VVT技术在发动机上的应用

2014-09-20王军雷蕾张超王宏大路明

汽车零部件 2014年6期

关键词：凸轮轴气门卵巢癌

王军，雷蕾，张超，王宏大，路明

(安徽江淮汽车股份有限公司，安徽合肥 230601)

可变进气歧管及VVT技术在发动机上的应用

王军，雷蕾，张超，王宏大，路明

(安徽江淮汽车股份有限公司，安徽合肥 230601)

以AVL BOOST 和EXCITE Timing Drive等软件为平台，对某汽油机进行了优化设计，完成了可变进气歧管匹配/凸轮及正时优化，达到了设计目标。

可变进气歧管；VVT；优化设计

Abstract:Taking AVL BOOST and EXCITE Timing Drive software as a platform, optimization design for a gasoline engine was carried out. The matching of the variable intake manifold, and optimizztion of the cam and timing were finished. The design goals are achieved.

Keywords:Variable intake manifold; VVT; Optimization design

0 引言

随着国家节能政策越来越严格，提高动力性的同时要很好地关注经济性，为此某公司在某型号发动机上加装可变进气歧管及VVT装置，以更好地提升动力性和经济性，为消费者提供驾乘乐趣的同时节省更多的成本。

由于在进气过程具有间歇性和周期性，使进气歧管内产生一定幅度的压力波，此压力波以声速在进气系统内传播和往返反射。可变进气歧管就是充分利用进气波动效应和尽量缩小发动机在高、低转速下的进气速度的差别，从而达到改善发动机经济性及动力性的目的，因此要求发动机在高速、大负荷时用粗短的进气歧管，在中低转速和中小负荷用较长的进气歧管。

发动机可变气门正时技术是根据发动机的运行情况，调整进排气的量和气门开合时间、角度，使进入的空气量达到最佳，提高燃烧效率及燃油经济性。

文中主要介绍了某公司正在开发的一款发动机，运用可变进气歧管很好地提升中低速动力性及运用VVT技术提高燃油经济性。

1 计算模型的建立

1.1 模型搭建

图1是发动机的BOOST的计算模型。环境气体从边界SB1吸入，通过管1到稳压腔PL4再经管26到空滤器CL1，再通过管27后分两路，一路通过管28连接到稳压腔PL25，一路通过管25进入节气门R1，出来再通过管2接入进气歧管的谐振腔，进气歧管的谐振腔用PL1代替。管子3—10代表进气歧管和气道，通过气道将气引到气缸C1—C4。

考虑排气歧管较短，将排气歧管和排气道简化成11—18，交界处分别用R2—R5连接，缸1、4和缸2、3通过管15、18及管16、17交于J1和J2，再通过管19、20汇集到J3，然后经过管21连接到CAT1，再通过管道22连到谐振腔PL2，出来经管23连接到PL3，最后由管24通向大气边界SB2。

1.2 边界条件的确定

1.2.1 压力损失

为了发动机达到更好的性能，进气系统的压力损失、排气背压要尽可能地小。

在计算模拟中，假设了下列的压力损失(一般发动机应可以达到)：

进气系统的压力降：<4 kPa(标定点);

排气背压：<50 kPa(标定点)。

1.2.2 发动机的摩擦

pIME为指示平均有效压力，考虑了热量损失、泵气损失。

pBME为制动平均有效压力。

三者的关系为：pBME=pIME-pFME

pFME可以通过测量pIME和pBME来得到。在下列计算中采用了试验测得的发动机摩擦水平，并对发动机的换气进行优化，即使有一定偏差，也不会影响优化结果[2]。

1.2.3 气道流量系数

流量系数μσ是指实际流量和理论流量的比值，量纲为一。

实际流量mmean是在指定压降下，测量在不同气门升程下的流量。

卵巢癌为妇科常见恶性肿瘤之一，其死亡率位于妇科恶性肿瘤之首[1]，随着年龄的增长，发病率明显增高，严重威胁妇女健康，卵巢癌的预后同临床分期紧密联系，由于各种因素影响，至今缺乏有效的诊断方法，发现的卵巢癌多数已经处于晚期[2]，存活率仍较低，卵巢癌及早诊治能明显提高患者的生存率，因此早期诊断卵巢癌对于患者预后的改善得尤为重要。

理论流量mth是通过理论计算得到在不同气门面积下的流量。

μσ=mmean/mth

式中：mmean单位为kg/s；mth单位为kg/s；Av为气门座面积(m2)；Δp为压力降(Pa)；ρm为平均密度(kg/m3)。

气道的流通特性需要通过气道稳流试验台架进行测量，实际测量得到的流量和压差通过换算转换成流量系数。如果没有试验测量手段，当气道的形状与一个已知流通特性的气道结构相似时，也可以根据相似原理，采用量纲一的气门升程定义方法，对气道的流通特性进行定义。当然，也可以通过CFD分析软件，通过三维建模分析方法计算得到气道的流量系数。进、排气道的流量系数μσ作为循环模拟计算输入值，会影响到充气效率和泵气损失。

1.2.4 气门升程曲线

发动机VVT技术已成为提高发动机性能的必要手段之一，VVT技术的应用可适当解决如何保证低转速的扭矩输出和高转速时的功率输出及在这些工况下的燃油消耗问题。该技术的特点是可变气门正时不能改变气门开启持续时间，只能控制气门提前打开或者推迟关闭的时刻。但这种技术结构简单，所以应用比较广泛。

气门正时影响充气效率，从而影响扭矩特性、高压循环的指示效率和发动机的泵气损失。IVC迟关有利于充分利用气体运动动量，提升充气效率，但过迟会发生倒流。EVO迟开有利于充分利用气体膨胀功能量，但同时会增加泵气损失功。所以正时是优化发动机性能的重要参数[3]。

1.2.5 燃烧数据

随着发动机工况的改变，燃烧放热规律也是随着变化的，并且燃烧特性的好坏对发动机性能有很重要的影响。热力学循环计算需要输入燃烧热量释放率曲线。在数学上，该曲线可以通过VIBE函数来模拟，VIBE函数的主要参数为燃烧区间和形状参数。燃烧热量释放率曲线影响缸内压力和温度，从而影响了循环效率、爆发压力和排气温度。