可变进排气正时汽油机的性能仿真与优化

摘要

为了达到更好的动力性和经济性，满足日益严格的排放法规要求，不断地有各式各样的发动机新技术涌现出来，缸内直喷、稀薄燃烧和可变气门是汽油机的三项核心技术。 近二十年来，可变气门技术得到了越来越广泛的应用。从最初的改变凸轮相位角机构，逐步发展到现在的全可变气门机构，甚至无凸轮驱动机构，VVT技术对发动机的影响越来越明显，较好地解决了高转速与低转速、大负荷与小负荷下动力性与经济性的矛盾，同时在一定程度上改善了废气排放。 随着内燃机性能的不断提高，产品更新的周期不断缩短，采用常规热力计算进行经验设计，已经远远满足不了现代高性能内燃机研究工作的需要。计算机的模拟仿真技术为内燃机的设计提供了一种高效有用的手段。采用先进的计算机仿真技术来提高生产效率，降低生产成本，提高产品质量等已经成为诸发动机生产厂商和工作者所认同的科学途径。本文以发动机性能仿真软件GT-POWER 为基础，建立了两款汽油机计算模型，其中用到的双区燃烧模型经过与试验数据的对比被证明是有效可靠的。 不同的可变气门机构，其可变气门控制策略各有不同，并且随着机构复杂性增加，可控变量的增多，控制策略也变得愈加复杂。对于更复杂的机构，必须采用适当的优化算法来帮助控制策略的确定。通过优化软件与GT的耦合实现了发动机性能仿真计算与优化算法的结合，本文正是根据此方法重新优化设计了一款4 缸1.6L 汽油机的凸轮型线，对于优化结果还进行了动力学验证，优化的凸轮用于实际的发动机，使原机功率提高了3kW，与计算预测的效果十分吻合。这种耦合优化方法为凸轮型线设计提供了一条新方法。 这种优化方法还被用于针对两款汽油机计算、比较了一系列可变气门方案对发动机性能的影响，使用该方法，可以大大减少发动机开发过程中的工作量。