【文章內(nèi)容簡介】 。在汽油機(jī)原有數(shù)據(jù)進(jìn)行模擬的模型中，把進(jìn)氣管長度分為10mm，15mm，20mm，25mm，30mm，35mm這6個(gè)階段，并依次在轉(zhuǎn)速為6750r/min，7000r/min，7250r/min，7500r/min，7750r/min時(shí)進(jìn)行模擬計(jì)算。打開GTPOST，得到汽油機(jī)在相應(yīng)轉(zhuǎn)速，相應(yīng)長度時(shí)的燃油消耗量、充氣效率、扭矩的數(shù)值，得出數(shù)據(jù)。 充氣效率隨進(jìn)氣管長度變化規(guī)律，當(dāng)轉(zhuǎn)速一定時(shí)，進(jìn)氣管長度越短，汽油機(jī)充氣效率越高。這是因?yàn)檫M(jìn)氣門打開初期，活塞向下運(yùn)動(dòng)和氣流慣性。氣缸和進(jìn)氣管內(nèi)都產(chǎn)生很大負(fù)壓，空氣從進(jìn)氣管流入，氣缸中的膨脹波與其相反方向流出，波到達(dá)進(jìn)氣口處后，又往氣缸方向反射回壓縮波，使氣缸內(nèi)壓力上升。進(jìn)氣管道長度適當(dāng)，波從出發(fā)到回到氣缸時(shí)，進(jìn)氣門未關(guān)閉，則壓縮波就進(jìn)入到氣缸內(nèi)，進(jìn)氣門處的壓力波為增壓波，此時(shí)空氣將被迫進(jìn)到氣缸中，產(chǎn)生諧振增壓的效果。反之則為負(fù)壓波?？諝夥炊鴷?huì)回到進(jìn)氣道中[21]。由此可見進(jìn)氣管長度為10mm時(shí)，進(jìn)氣管長度比較適當(dāng)，充氣效率較高。 扭矩隨進(jìn)氣管長度變化規(guī)律，當(dāng)轉(zhuǎn)速一定時(shí)，扭矩隨著進(jìn)氣管長度的增加而減小。，進(jìn)氣管長度短，波從出發(fā)回到氣缸的時(shí)間與進(jìn)氣門開始到關(guān)閉的時(shí)間越一致，使更多高壓空氣進(jìn)入到氣缸，增壓效果越強(qiáng)，增加進(jìn)入氣缸中新鮮空氣的質(zhì)量，充氣效率提高，發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒更加完全，從而提高汽油機(jī)的動(dòng)力性。當(dāng)進(jìn)氣管長度一定時(shí)，汽油機(jī)扭矩隨著發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的增加而減小。這是因?yàn)槲矬w運(yùn)動(dòng)具有慣性，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速增加，氣缸充氣不充分，活塞已經(jīng)從下往上移動(dòng)，充氣效率降低，就會(huì)使進(jìn)入氣缸的氣體減少，燃燒不完全，無法高效的將內(nèi)能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，動(dòng)力性下降，扭矩下降。由此可見進(jìn)氣管長度為10mm時(shí)，扭矩較大，動(dòng)力性較好。，當(dāng)轉(zhuǎn)速一定時(shí)，進(jìn)氣管長度越短，汽油機(jī)燃油消耗量越少。，進(jìn)氣管長度越短，波從出發(fā)回到氣缸的時(shí)間與進(jìn)氣門開始到關(guān)閉的時(shí)間越一致，使更多高壓空氣進(jìn)入到氣缸，增壓效果越強(qiáng)，充氣效率提高，燃燒更充分，燃油消耗量減少。當(dāng)進(jìn)氣管長度一定時(shí)，油耗隨著轉(zhuǎn)速的增加而加大。這是因?yàn)榘l(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣過程中，活塞向下運(yùn)動(dòng)氣缸充氣。如果發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速太高，由于氣門的運(yùn)動(dòng)慣性，氣缸充氣不充分，活塞已從下往上移動(dòng)，充氣行程的時(shí)間就大大減少，新鮮氣體進(jìn)入氣缸的總量就大大減少，燃油消耗量增加。由此可見進(jìn)氣管長度為10mm時(shí)，燃油消耗量較少，經(jīng)濟(jì)性較好。 綜合上述3幅圖的結(jié)論得出當(dāng)進(jìn)氣管長度為10mm時(shí)，汽油機(jī)性能最佳。 進(jìn)氣管直徑優(yōu)化本文通過對(duì)進(jìn)氣管直徑改變對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、燃油消耗量、充氣效率、扭矩的影響進(jìn)行仿真模擬，并對(duì)得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。在發(fā)動(dòng)機(jī)原有數(shù)據(jù)進(jìn)行模擬的模型中，將進(jìn)氣管直徑分為25mm，30mm，35mm，37mm，40mm，45mm這6個(gè)階段，并依次在轉(zhuǎn)速為6750r/min，7000r/min，7250r/min，7500r/min，7750r/min時(shí)進(jìn)行模擬。再根據(jù)GTPOST得到發(fā)動(dòng)機(jī)在相應(yīng)轉(zhuǎn)速，相應(yīng)直徑時(shí)的燃油消耗量、充氣效率、扭矩的數(shù)值，并在EXCEL表格中進(jìn)行記錄，繪制圖表。 充氣效率隨進(jìn)氣管直徑變化規(guī)律，當(dāng)轉(zhuǎn)速一定時(shí)，且轉(zhuǎn)速大于7000r/min時(shí)，進(jìn)氣管直徑越大充氣效率越高。這是因?yàn)檫M(jìn)氣管直徑加大，瞬時(shí)進(jìn)入進(jìn)氣管的空氣增多，進(jìn)入氣缸的空氣總量增加，充氣效率提高。，由于僅僅通過改變直徑，無法改變膨脹波從出發(fā)回到氣缸的時(shí)間，形成更好的增壓波，得到增壓效果。因此對(duì)充氣效率的提高作用有限，從圖中也可看出影響不大。當(dāng)進(jìn)氣管直徑一定時(shí)，隨著汽油機(jī)轉(zhuǎn)速的增加，充氣效率逐漸降低。這是因?yàn)闅飧壮錃庑枰獣r(shí)間，活塞下行時(shí)氣缸才充氣，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速增加，氣缸充氣不充分，活塞動(dòng)作已經(jīng)從下往上移動(dòng)，因此充氣效率降低。由圖可見進(jìn)氣管直徑為45mm時(shí)，汽油機(jī)充氣效率高。 扭矩隨進(jìn)氣管直徑變化規(guī)律，當(dāng)轉(zhuǎn)速一定時(shí)，汽油機(jī)扭矩隨著發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣管直徑的改變幾乎沒有任何變化。，僅僅通過改變直徑，無法改變膨脹波從出發(fā)回到氣缸的時(shí)間，形成更好的增壓波，得到增壓效果。因此對(duì)充氣效率的提高作用有限，進(jìn)入氣缸的新鮮空氣沒有明顯增加，對(duì)汽油機(jī)動(dòng)力性影響較小。當(dāng)進(jìn)氣管直徑一定時(shí)，汽油機(jī)扭矩隨著發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的增加而減小。這是因?yàn)槲矬w運(yùn)動(dòng)具有慣性，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速增加，氣缸充氣不充分，活塞動(dòng)作已經(jīng)從下往上移動(dòng)，充氣效率降低，就會(huì)使進(jìn)入氣缸的氣體減少，燃燒不完全，無法高效的將內(nèi)能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，動(dòng)力性下降，扭矩下降。由此可見進(jìn)氣管直徑為45mm時(shí)，扭矩較大，動(dòng)力性較好。 油耗隨進(jìn)氣管直徑變化規(guī)律，當(dāng)進(jìn)氣管轉(zhuǎn)速一定時(shí)，汽油機(jī)燃油消耗量隨著進(jìn)氣管直徑的增加而呈現(xiàn)出遞增的趨勢(shì)。這是因?yàn)檫M(jìn)氣管直徑加大，瞬時(shí)進(jìn)入進(jìn)氣管的空氣增多，進(jìn)入氣缸的空氣總量增加，充氣效率提高，汽油燃燒更充分，燃油消耗量降低。當(dāng)進(jìn)氣管直徑一定時(shí)，汽油機(jī)燃油消耗量隨著轉(zhuǎn)速的增加而增加。這是因?yàn)榘l(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速增加，氣缸充氣不充分，活塞動(dòng)作已經(jīng)從下往上移動(dòng)，因此充氣效率降低。充氣效率降低，就會(huì)使進(jìn)入氣缸的氣體減少，燃燒不完全，會(huì)導(dǎo)致油耗增加。由此可見當(dāng)進(jìn)氣管直徑為45mm時(shí)，燃油消耗量最少，經(jīng)濟(jì)性最好。綜上所述3幅圖的結(jié)論得出當(dāng)進(jìn)氣管直徑為45mm時(shí)，汽油機(jī)性能最佳。 壓縮比優(yōu)化發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)，每一運(yùn)轉(zhuǎn)周期所獲得的空氣量多少，是決定發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力的基本因素，而發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣能力由發(fā)動(dòng)機(jī)容積效率和充填效率來衡量。而壓縮比與容積效率有關(guān)，因此本文通過改變壓縮比優(yōu)化進(jìn)氣系統(tǒng)。本文通過改變壓縮比大小對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、燃油消耗率、扭矩、充氣效率的影響，進(jìn)行模擬計(jì)算，得出數(shù)據(jù)分析。在發(fā)動(dòng)機(jī)原有數(shù)據(jù)進(jìn)行模擬的模型中，壓縮比9，壓縮比10，壓縮比11，這6個(gè)階段，并依次在轉(zhuǎn)速分別為6750r/min，7000r/min，7250r/min，7500r/min，7750r/min時(shí)進(jìn)行模擬計(jì)算。打開GTPOST，得到發(fā)動(dòng)機(jī)在相應(yīng)轉(zhuǎn)速，相應(yīng)壓縮比時(shí)的燃油消耗量、扭矩、充氣效率的數(shù)值，并在EXCEL表格中進(jìn)行記錄，繪制圖表。，當(dāng)轉(zhuǎn)速一定時(shí)，汽油機(jī)扭矩隨著壓縮比增大而增大。這是因?yàn)槠桶l(fā)動(dòng)機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，吸進(jìn)來的是汽油與空氣混合而成的混合氣，在壓縮過程中活塞上行，除了擠壓混合氣使之體積縮小之外，同時(shí)也發(fā)生了渦流和紊流兩種現(xiàn)象。當(dāng)密閉容器中的氣體受到壓縮時(shí)，壓力隨著溫度的升高而升高。若發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮比較高，壓縮時(shí)所產(chǎn)生的氣缸壓力與溫度相對(duì)地提高，混合氣中的汽油分子能汽化得更完全，顆粒更細(xì)密，再加上渦流和紊流效果和高壓縮比所得到的密封效果，使得在下一刻運(yùn)動(dòng)中，當(dāng)火花塞跳出火花時(shí)就能使得這混合氣在瞬間內(nèi)完成燃燒的動(dòng)作，釋放出最大的爆發(fā)能量，來成為發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力輸出。因此，高壓縮比的發(fā)動(dòng)機(jī)意味著可具有較大的動(dòng)力輸出[13]。由此可見壓縮比11時(shí)，扭矩較大，動(dòng)力性較好。 充氣效率隨壓縮比變化規(guī)律，當(dāng)轉(zhuǎn)速一定時(shí)，轉(zhuǎn)速為6750r/min到7000r/min時(shí)，各條曲線幾乎都在同一條線上，當(dāng)轉(zhuǎn)速在7000r/min到7750r/min時(shí)，隨著壓縮比增大，汽油機(jī)充氣效率增大。這是因?yàn)閴嚎s比增大，壓力升高使進(jìn)入氣體密度變大，分子之間的距離減小，燃油分子與氧分子距離更加接近，燃燒更快更充分。進(jìn)入氣缸中的氣體總量增加，提高充氣效率。由此可見壓縮比為11時(shí)，充氣效率較高。，當(dāng)轉(zhuǎn)速一定時(shí)，汽油機(jī)燃油消耗量隨著壓縮比的增大而減小。這是因?yàn)殡S著壓縮比的增加，汽油機(jī)熱效率越高，汽油與空氣的混合氣體被壓縮后所能達(dá)到的溫度也就越高，使混合氣中的汽油分子氣化更的更好，顆粒更細(xì)密，燃油分子燃燒更充分，從而降低燃油消耗量。而當(dāng)壓縮比過大時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)會(huì)有明顯的抖動(dòng)現(xiàn)象，不但不能降低油耗，還會(huì)發(fā)生“爆燃”和“表面點(diǎn)火”等現(xiàn)象。其中爆燃會(huì)使發(fā)動(dòng)機(jī)過熱，扭矩下降，燃油消耗量增加，嚴(yán)重時(shí)會(huì)破壞整個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)。表面點(diǎn)火則會(huì)更加汽油機(jī)的負(fù)荷，從而減少使用年限。當(dāng)壓縮比一定時(shí)，汽油機(jī)油耗隨著轉(zhuǎn)速的增加而增加。這是因?yàn)槠蜋C(jī)轉(zhuǎn)速越大，需要消耗的功越多，燃油消耗量越大。由此可見，壓縮比為10時(shí)，燃油消耗量較少，汽油機(jī)經(jīng)濟(jì)性較好。 為防止壓縮比過大，產(chǎn)生爆燃等現(xiàn)象，綜合上述3幅圖得出壓縮比為10時(shí)，汽油機(jī)性能好。 諧振腔容積優(yōu)化 由于進(jìn)氣過程具有間歇性與周期性，致使進(jìn)氣管內(nèi)產(chǎn)生一定幅度的壓力波，此壓力波以聲速的形式在進(jìn)氣系統(tǒng)內(nèi)傳播和往復(fù)反射，如果利用一定長度和直徑的進(jìn)氣管和一定容積的諧振室組成諧振進(jìn)氣系統(tǒng)，并使其固有頻率與氣門的進(jìn)氣周期協(xié)調(diào)，那么在特定轉(zhuǎn)速下，就會(huì)在進(jìn)氣門關(guān)閉之前，在進(jìn)氣管內(nèi)產(chǎn)生大幅度的壓力波，是進(jìn)氣管壓力增高，從而增加進(jìn)氣量[14]。這種效應(yīng)稱為進(jìn)氣波效應(yīng)。整個(gè)系統(tǒng)稱為進(jìn)氣諧振系統(tǒng)。主要作用是減少噪音，對(duì)進(jìn)氣有緩沖效果。在本次模型中，通過參考大量文獻(xiàn)，發(fā)現(xiàn)很多科學(xué)研究人員在GTPower模型中，通過在進(jìn)氣管之前加入一段曲管，將這段曲管作為汽油機(jī)的諧振腔容積。本文也采用該種方式，保持該段曲管長度為25mm不變，通過這段曲管直徑的改變，改變諧振腔的體積。本文通過增加的曲管直徑即增加諧振腔容積對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、燃油消耗率、扭矩、充氣效率的影響進(jìn)行仿真模擬，并對(duì)得到數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。在汽油機(jī)原有數(shù)據(jù)進(jìn)行模擬的模型中，把曲管直徑分為15mm，20mm，25mm，30mm，35mm，40mm這6個(gè)階段，并依次在轉(zhuǎn)速為6750r/min，7000r/min，7250r/min，7500r/min，7750r/min時(shí)進(jìn)行模擬計(jì)算。打開GTPOST，得到汽油機(jī)在相應(yīng)轉(zhuǎn)速，相應(yīng)曲管直徑時(shí)的燃油消耗量、扭矩、充氣效率的數(shù)值，得出數(shù)據(jù)，繪制圖表。 充氣效率隨諧振腔容積變化規(guī)律，當(dāng)轉(zhuǎn)速一定時(shí)，當(dāng)曲管直徑小于25mm時(shí)，汽油機(jī)充氣效率隨著曲管直徑的增大而增大。這是因?yàn)橹C振腔與進(jìn)氣管合理匹配,能夠使進(jìn)氣壓力波形成諧振波形。因此,諧振箱容積對(duì)壓力波形態(tài)及諧振強(qiáng)度有影響。增大諧振箱容積V,對(duì)應(yīng)的諧振轉(zhuǎn)速較高。反之，則相反。增大諧振箱容積,波形峰值變小,對(duì)應(yīng)的諧振轉(zhuǎn)速范圍變寬。反之，則相反[15]。因此諧振腔容積的增加，起到氣流緩沖的作用，減弱進(jìn)氣壓力脈動(dòng)，消除氣道內(nèi)的紊亂氣流，提高充氣效率。而當(dāng)曲管直徑大于25mm時(shí)，氣道內(nèi)的紊亂氣流已經(jīng)趨于平穩(wěn)，進(jìn)氣量將不會(huì)改變，對(duì)充氣效率影響很小。從圖中也可得出，當(dāng)曲管直徑為30mm，35mm，40mm時(shí)，充氣效率較高，并較為接近。當(dāng)曲管直徑一定時(shí)，汽油機(jī)的充氣效率隨著轉(zhuǎn)速的增加而逐漸減小。這是因?yàn)楫?dāng)曲管直徑一定時(shí)，隨著汽油機(jī)轉(zhuǎn)速的增加，充氣效率逐漸降低。這是因?yàn)闅飧壮錃庑枰獣r(shí)間，活塞下行時(shí)氣缸才充氣，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速增加，氣缸充氣不充分，活塞動(dòng)作已經(jīng)從下往上移動(dòng)，充氣效率降低。在發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)考慮發(fā)動(dòng)機(jī)輕巧，節(jié)省制造成本原則，由此可見曲管直徑為30mm時(shí)，充氣效率較高。 扭矩隨諧振腔容積變化規(guī)律，當(dāng)轉(zhuǎn)速一定時(shí)，當(dāng)曲管直徑小于25mm時(shí)，汽油機(jī)扭矩隨著曲管直徑的增大而增大。，諧振腔容積的增加，起到氣流緩沖的作用，減弱進(jìn)氣壓力脈動(dòng)，消除氣道內(nèi)的紊亂氣流，提高充氣效率，進(jìn)入氣缸中的新鮮空氣增加，使氣缸內(nèi)燃燒更加完全，輸出的機(jī)械能更多，動(dòng)力性好。當(dāng)曲管直徑大于25mm時(shí)，氣流內(nèi)的紊亂氣流趨于穩(wěn)定，進(jìn)氣門口處的壓力值為一個(gè)穩(wěn)定值，進(jìn)氣的量將不會(huì)改變，充氣效率不會(huì)提高，進(jìn)入氣缸內(nèi)的新鮮空氣總量維持不變。所以當(dāng)曲管直徑為30mm，35mm，40mm時(shí)，扭矩較大，并較為接近。當(dāng)曲管直徑相同時(shí)，隨著轉(zhuǎn)速的增加，汽油機(jī)扭矩逐漸減小。，轉(zhuǎn)速提高稍大于諧振腔容積增加對(duì)充氣效率的影響程度。在發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)考慮發(fā)動(dòng)機(jī)輕巧，節(jié)省制造成本原則，由此可見曲管直徑為30mm時(shí)，扭矩最大，動(dòng)力性好。 油耗隨諧振腔