基于Boost仿真的某汽油机凸轮型线优化

常耀红，季明微，邢国雨，钟磊



基于Boost仿真的某汽油机凸轮型线优化

常耀红，季明微，邢国雨，钟磊

（安徽江淮汽车集团股份有限公司，安徽 合肥 230601）

针对某款汽油机进行性能提升和低端动力性潜力发掘，开展凸轮轴型线的优化设计研究；运用CAE仿真软件优化凸轮轴型线，比较各方案对动力性、经济性等方面的影响，预测各方案的动力性和经济性，给出凸轮轴建议方案，对指导设计和减少试验开发周期及工作量具有重要指导作用。

汽油机；凸轮型线；仿真

引言

近几年内燃机水平高速发展，在性能指标上追求更强劲的动力性和更实惠的经济性。在发动机设计开发中，如何进一步提高性能一直是热门研究课题。发动机配气机构的核心组成部分包括凸轮、气门、阀系运动件等，其中凸轮轴是驱动气门工作的动力件，其直接影响发动机充气效率、泵气损失以及内EGR率。因此，选择合理的凸轮型线对于发动机动力性和经济性性能有着极为重要的作用[1-3]。

运用CAE仿真分析方法设计开发凸轮方案，发掘发动机动力性和经济性的潜力，降低后期试验开发周期和工作量，是可实现且可信的。本文依据发动机性能优化方向对凸轮型线进行设计，并给出优化方案。

1 仿真模型标定

仿真预测的基础是仿真模型的准确度和真实物理状态还原度。对于发动机性能仿真而言，模型仿真数值与台架测试数据差值应控制在一定范围内（4%以内），而某些精准度较高的模型各项参数均控制在2%以内。因此，仿真模型的标定是非常必要且及其重要的[4]。

图1所示为发动机扭矩、功率、比油耗曲线。红色曲线为仿真数据、绿色曲线为试验测试值，两者趋势及曲线波峰波谷基本一致。数值上差值小于4%，因此判定该模型标定准确，能可用于后期性能预测和多个方案对比分析。

2 凸轮型线优化

本文凸轮优化目标是以提高低端动力性为主，同时尽可能降低油耗。利用软件对凸轮型线参数进行修改设计，具体方案如下进气门关闭侧缩小10°、开启侧保持不变，排气门开启侧增加10°、关闭侧保持不变。

图1 仿真模型标定结果

图2 凸轮优化方案

3 计算结果

优化方案与原方案性能对比结果见图3（红色曲线为原方案发动机性能、绿色曲线为凸轮优化方案发动机性能）。从结果不难发现，优化后凸轮轴方案发动机性能在中低转速下动力性改善较为显著。其中，转速1000rpm工况，优化方案较原方案扭矩提高约19N.m，提升比例约8%。

从仿真结果来看，优化后的凸轮型线能够满足提升低端性能动力性的设计开发目标。

图3 不同凸轮型线发动机性能对比结果

4 结论

（1）针对发动机低端性能提升的目标，通过运用CAE仿真分析方法对发动机的凸轮轴型线优化，达到设计开发预期目标。

（2）优化后的凸轮型线虽然满足发动机性能提升需求，但凸轮轴变化可能会导致发动机阀系运动学和动力学发生改变，需要进一步校核该凸轮轴方案是否能够满足工程应用。

（3）优化方案虽然带来了中低转速动力性提升，但是同时增加了整个转速区域的油耗。

（4）本文仿真预测了发动机不同凸轮轴方案动力性和经济性，给出凸轮轴建议方案，对指导设计和减少试验开发周期及工作量具有重要指导作用。

[1] 刘惟信.机械最优化设计(第2版)(M).北京:清华大学出版社,1994. 39-226,280-287.

[2] 肖合林,李小毅[J]气油机凸轮型线的计算机优化设计[J].内燃机. 2004,20(3):5-6,20.

[3] 张桂昌.柴油机配气机构动力学分析及凸轮型线优化设计[D].天津大学.2009.

[4] 赵琦等.低温对发动机启动的影响[J].柴油机. 2003.34(2).

Based on BOOST cam engine optimization simulation

Chang Yaohong, Ji Mingwei, Xing Guoyu, Zhong Lei

( Anhui Jiang huai Automobile group Co. Ltd, Anhui Hefei 230601 )

In order to investigation gasoline engine with Atkinson Cycle, this paper develops the design of cam, Using AVL- Boost software to build thermodynamic analysis model, predicts and contrast the effection of all cases on WOT, part load，Start behavior and turbocharger matching, then suggests the appropriate cam case.

Gasoline engine; cam profile; simulation

B

1671-7988(2018)24-41-02

U464.171

B

1671-7988(2018)24-41-02

U464.171

常耀红（1983-），男，就职于安徽江淮汽车技术中心。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2018.24.013