一種增壓發(fā)動(dòng)機(jī)排氣系統(tǒng)匹配優(yōu)劣的評(píng)價(jià)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明創(chuàng)造屬于內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種增壓發(fā)動(dòng)機(jī)排氣系統(tǒng)匹配優(yōu) 劣的評(píng)價(jià)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 由于氣體的沿程阻力損失、局部阻力損失和熱阻、熱漏等不可逆因素的存在，沿著 氣體的流動(dòng)方向，氣體對(duì)渦輪的做功能力逐漸減小，因此，排氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)優(yōu)劣影響發(fā)動(dòng)機(jī) 的排氣能量傳遞和渦輪對(duì)可用能的利用程度，進(jìn)而影響整機(jī)的性能。傳統(tǒng)的排氣系統(tǒng)匹配 設(shè)計(jì)局限于只關(guān)注排氣管路與發(fā)動(dòng)機(jī)的匹配，或者增壓器與發(fā)動(dòng)機(jī)的匹配，并不能綜合評(píng) 價(jià)整個(gè)排氣系統(tǒng)的熱力學(xué)完善性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 針對(duì)傳統(tǒng)評(píng)價(jià)方法的局限性，本發(fā)明創(chuàng)造提供一種更加合理而全面的排氣系統(tǒng)匹 配優(yōu)劣的評(píng)價(jià)方法，基于計(jì)算機(jī)仿真和可用能分析，能夠在整機(jī)性能設(shè)計(jì)階段對(duì)排氣系統(tǒng) 的匹配優(yōu)劣做出評(píng)價(jià)，可以更好地指導(dǎo)排氣系統(tǒng)的選型和各部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。
[0004] 本發(fā)明創(chuàng)造提供的一種增壓發(fā)動(dòng)機(jī)排氣系統(tǒng)匹配優(yōu)劣的評(píng)價(jià)方法，包括下述步 驟：
[0005] S1:建立發(fā)動(dòng)機(jī)性能仿真模型；
[0006] S2:將實(shí)測(cè)的排氣系統(tǒng)對(duì)應(yīng)的性能參數(shù)輸入仿真模型進(jìn)行仿真迭代，并提取仿真 結(jié)果；
[0007] S3:根據(jù)提取的仿真結(jié)果分別計(jì)算排氣管系可用能傳遞效率(％A)和渦輪可用能利 用效率(％A)，并由此獲得排氣有效性指標(biāo)(K);
[0008] S4:根據(jù)排氣有效性指標(biāo)(K)的大小，或?qū)Σ煌艢庀到y(tǒng)的排氣有效性指標(biāo)(K)大 小的比較，評(píng)價(jià)增壓發(fā)動(dòng)機(jī)排氣系統(tǒng)匹配的優(yōu)劣；其中，不同排氣系統(tǒng)的排氣有效性指標(biāo) (K)可通過(guò)分別對(duì)每一排氣系統(tǒng)進(jìn)行步驟S2和S3的操作獲得。
[0009] 進(jìn)一步，所述步驟S1的發(fā)動(dòng)機(jī)性能仿真模型可采用常規(guī)的仿真模型建立手段和常 規(guī)的計(jì)算機(jī)仿真軟件建立，如采用GT-P0WER商業(yè)軟件，具體地包括下述步驟：
[0010] S1-1:確定發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)和性能參數(shù)；
[0011] S1-2:采集發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架試驗(yàn)數(shù)據(jù)；
[0012] S1-3:初步建立GT-P0WER發(fā)動(dòng)機(jī)性能仿真模型；
[0013] S1-4:對(duì)初步建立的GT-P0WER發(fā)動(dòng)機(jī)性能仿真模型進(jìn)行標(biāo)定，獲得所需的發(fā)動(dòng)機(jī) 性能仿真模型。
[0014] 進(jìn)一步，所述步驟S1-1中，所述的發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)參數(shù)包括發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸結(jié)構(gòu)參數(shù)、進(jìn)排 氣道結(jié)構(gòu)參數(shù)、進(jìn)排氣門結(jié)構(gòu)參數(shù)、進(jìn)排氣管路結(jié)構(gòu)參數(shù)、噴油器結(jié)構(gòu)參數(shù)以及發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速 和負(fù)荷，其中，進(jìn)排氣道結(jié)構(gòu)參數(shù)、進(jìn)排氣管路結(jié)構(gòu)參數(shù)通過(guò)GT-P0WER軟件自帶的GEM3D工 具將事先導(dǎo)入的Pro-E三維模型離散后獲得。
[0015] 進(jìn)一步，所述步驟S1-3中，初步建立的所述GT-P0WER發(fā)動(dòng)機(jī)性能仿真模型均為GT-P0WER發(fā)動(dòng)機(jī)一維性能仿真模型，具體為建立發(fā)動(dòng)機(jī)各個(gè)組成部分的模型，包括環(huán)境模型、 增壓器模型、中冷器模型、進(jìn)排氣管系模型、氣缸模型、噴油器模型、曲軸箱模型、進(jìn)排氣閥 模型、燃燒模型、缸內(nèi)傳熱模型、管路壁面?zhèn)鳠崮Ｐ?、摩擦模型等?br>[0016] 進(jìn)一步，所述步驟S1-4中，對(duì)初步建立的GT-P0WER發(fā)動(dòng)機(jī)性能仿真模型進(jìn)行的標(biāo) 定，包括使功率、扭矩、有效燃油消耗率、空氣流量、壓后溫度、中冷后壓力、渦前排溫、爆壓 及爆壓對(duì)應(yīng)曲軸轉(zhuǎn)角的計(jì)算值與試驗(yàn)值偏差控制在3%以內(nèi)，使進(jìn)氣階段和壓縮階段的缸 壓計(jì)算值與試驗(yàn)值偏差控制在5%以內(nèi)。
[0017] 進(jìn)一步，所述步驟S3中排氣管系可用能傳遞效率(％Α)的計(jì)算方法如式（1)所示： [00181
[0019] 式（1)中：η為發(fā)動(dòng)機(jī)缸數(shù)，min-i為第i缸排氣歧管進(jìn)口界面的質(zhì)量流量，Tin-i為第i 缸排氣歧管進(jìn)口界面的溫度，Pin-i為第i缸排氣歧管進(jìn)口界面的壓力，Cin-i為第i缸排氣歧管 進(jìn)口界面的排氣流速，Hbut為整個(gè)排氣管路出口界面的質(zhì)量流量，Tout為整個(gè)排氣管路出口 界面的溫度，Pout為整個(gè)排氣管路出口界面的壓力，Cout為整個(gè)排氣系統(tǒng)出口界面的排氣流 速，TO為環(huán)境狀態(tài)的溫度，po為環(huán)境狀態(tài)的壓力;W EA為渦輪進(jìn)口可用能;WEA,max為排氣可用 能；
[0020] 所述步驟S3中渦輪可用能利用效率(rim)的計(jì)算方法如式(2)所示：
[0021]
[0022] 式⑵中：πηΑ渦輪進(jìn)口界面的質(zhì)量流量，Tin為渦輪進(jìn)口界面的溫度，piA渦輪進(jìn) 口界面的壓力，cin為渦輪進(jìn)口界面的排氣流速，111_為渦輪出口界面的質(zhì)量流量，為渦輪 出口界面的溫度，為渦輪出口界面的壓力，(：_為渦輪出口界面的排氣流速，To為環(huán)境狀 態(tài)的溫度，PQ為環(huán)境狀態(tài)的壓力;W TA為渦輪實(shí)際輸出的有用功;WTA,max為渦輪能夠輸出的最 大有用功；
[0023 ]所述步驟S3中排氣有效性指標(biāo)(K)的計(jì)算方法如式(3)所示：
[0024] Κ = %α · %α (3)。
[0025] 本發(fā)明創(chuàng)造的方法可以全面評(píng)估排氣系統(tǒng)與發(fā)動(dòng)機(jī)匹配的優(yōu)劣，能夠直接反映可 用能利用程度和各部件可用能傳遞效率，從而更好地指導(dǎo)排氣系統(tǒng)的選型和各部件的結(jié)構(gòu) 設(shè)計(jì)。
【具體實(shí)施方式】
[0026] 下面通過(guò)結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明創(chuàng)造進(jìn)行進(jìn)一步說(shuō)明，僅對(duì)本發(fā)明做示例性描 述，并不用于限制本發(fā)明。
[0027]以某6V增壓柴油機(jī)為例，在確定發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)和性能參數(shù)、并采集發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架試驗(yàn) 數(shù)據(jù)后，采用GT-P0WER商業(yè)軟件初步建立GT-P0WER發(fā)動(dòng)機(jī)性能仿真模型，通過(guò)已獲得的數(shù) 據(jù)完成對(duì)初步建立的GT-P0WER發(fā)動(dòng)機(jī)性能仿真模型進(jìn)行標(biāo)定，使得整機(jī)外特性的功率、扭 矩、有效燃油消耗率、空氣流量、壓后溫度、中冷后壓力、渦前排溫、爆壓及爆壓對(duì)應(yīng)曲軸轉(zhuǎn) 角的仿真計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)值的偏差< 3%，進(jìn)氣階段和壓縮階段的缸壓仿真計(jì)算結(jié)果與試 驗(yàn)值偏差< 5%，進(jìn)而保證仿真模型的預(yù)測(cè)精度。
[0028]其次，進(jìn)行整機(jī)在標(biāo)定工況下實(shí)測(cè)的排氣系統(tǒng)對(duì)應(yīng)的性能參數(shù)輸入仿真模型進(jìn)行 仿真迭代，提取仿真結(jié)果中的用于計(jì)算是(1)