GT在发动机研发中的应用.doc

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1、GT-POWER在发动机研发中的应用作者：车向国　文章来源：阿尔特（中国）汽车技术有限公司　点击数：235　更新时间：新的发动机机型的开发过程及改型设计中，如何实现提高性能、缩短开发周期、降低开发成本和技术风险是研发单位关注的重点。2009年，荣获一汽大众优秀供应商的阿尔特（中国）汽车技术有限公司已经成功地利用GT-POWER软件对发动机概念机和改型机进行了可行性分析与优化设计。阿尔特（中国）汽车技术有限公司主要从事与整车、动力总成设计开发和生产试制相关的业务，是一家多元化、国际化的大型专业汽车技术公司。目前，阿尔

2、特（中国）汽车技术有限公司已经具备项目企划、总体布置、造型设计、油泥模型和虚拟设计、白车身及内外饰、发动机及动力底盘、电器、样展车制造及试验、逆向工程和CAE分析等全面的汽车设计开发实力。从成立至今，阿尔特（中国）汽车技术有限公司已经为国内外众多汽车主机厂、大型汽车零部厂商完成了大量的设计项目。本文主要介绍阿尔特（中国）汽车技术有限公司利用GT-POWER软件对于发动机概念机或改型机进行可行性分析与优化设计的过程。GT-POWER开发过程在发动机开发过程中，利用GT-POWER软件可以进行以下几个方面的仿真计算和优

3、化设计：1.发动机的性能计算，包括经济性、动力性及相关的污染物排放，在特定的设计目标下，进行多种参数优化设计。2.发动机电控系统的标定与设计优化。3.发动机进、排气系统的噪音计算与分析，以及相关消声元件的优化设计。4.不同技术方案的对比、选择及优化，在实际的生产条件下，选择最经济的方案，满足性能与成本的综合性指标。5.发动机的热负荷的计算，可以为有限元分析软件提供热边界条件。6.对发动机排气污染物的后处理进行设计与控制优化。分析算例1.边界条件设定在使用GT-POWER进行发动机的仿真计算时，需要输入特定的参数。输

4、入参数可以分为以下两大类：结构参数和场边界参数（含流场、温度场）。（1）基本结构参数如表1所示（2）场边界参数大气的边界条件：入口的气体压力，0.1Mpa；温度，23℃（3）空燃比数值（见表2）由于发动机还处于预研阶段，没有测试的试验数据支持，流量系数根据进、排气门在不同开度下根据3D模型利用CFD分析软件进行流量分析计算，计算结果如表3所示。2.节气门的流量系数选取由于只进行全负荷计算，所以只选取了全开时的流量系数，其中，节气门开启角度为0°时，流量系数为0.2；节气门开启角度为90°时，流量系数为0.87。基础

5、模型建立和分析1.计算模型建立GT-POWER软件关于管路内流动及传热的计算原理是：采用有限容积法进行一维的N-S方程的求解。求解关于X与时间T上的结果，并能自动根据流体流动的状态进行时间步长的调整。发动机机体的管路传热采用了第一类边界条件，也就是在不同工况、不同的位置下输入不同的管路壁面温度。建立气缸内的燃烧及热力学模型时，有如下的几个假设：（1）气缸中的工质是均匀的。它是由纯粹的空气和燃烧废气组成，用过量空气系数表示这种关系。（2）整个系统内，工质的状态不受空间的影响，仅随时间的变化，也就是符合定常、准稳态过程

6、。（3）不考虑气体在高温时的离散作用。缸内的燃烧模型采用Wiebe函数模型进行求解，并根据发动机的工况进行如下参数的调整：起燃点、燃烧持续期及燃烧品质，以达到准确的计算结果。缸内气体与缸壁的传热模型采用的半经验半理论模型：沃西尼（Woshni）模型。传热是温度的扩散，而温度的扩散则是在物体的“相”内或“相”间存在温度场，它与流体的流动是由于流场的存在在本质上是一样的，都存在“场”。由于此发动机的进气门是可变配气相位，而没有给出不同工况下进气门的配气相位，所以在计算中只考虑了每个转速下的使功率最大的配气相位。发动机的

7、机械损失，严格的讲应根据实际的试验结果进行输入，但由于没有相应的数据只好根据经验采用如下所示的经验公式：FMEP=0.2+(0.005*Pmaxcylinder)+(0.07*Speedmeanpiston)+（7E-4*Speedmeanpiston^2）式中：Pmaxcylinder是指缸内的最大压力；Speedmeanpiston是指活塞的平均速度。根据以上参数在GT-POWER中建立发动机模型（如图1）。2.计算分析根据实际的要求，计算的工况主要是进行从1000r/min到6000r/min的全负荷计算，并

8、求得在配气相位变化范围内寻求功率最大的配气相位值。用输入的条件及模型的基础，计算出发动机数据。功率与扭矩结果（如图2）。模型校核修正1.用第一阶段模型输出结果与参考样机试验结果进行对比分析（如图3）。由图3中功率与气体流量差值百分比所示，建立模型分析与试验数据差异比较大，功率最大差值达到5.4%，气体流量差值达到12.2%而且贴合效果不好，这需要对GT模型进