【正文】 留在整個進排氣系統(tǒng)的廢氣就會減少，從而讓更多新鮮空氣進入氣缸中，提高了充氣效率。當(dāng)排氣管4直徑大于20mm時，汽油機充氣效率受排氣管4直徑影響很小。這是因為直徑過大，排氣已經(jīng)十分徹底。排氣管4直徑為20mm，25mm，30mm時，充氣效率最高，且較為接近。在發(fā)動機設(shè)計時考慮發(fā)動機輕巧，節(jié)省制造成本原則，由此可見排氣管4直徑為20mm時，充氣效率較高。，當(dāng)轉(zhuǎn)速一定時，排氣管4直徑小于等于20mm時，隨著排氣管直徑增大，汽油機扭矩逐漸增大。，隨著排氣管直徑增大，汽油機排出的廢氣更徹底，使留在整個進排氣系統(tǒng)廢氣減少，新鮮空氣進入氣缸的量增加，提高充氣效率，輸出更多的機械能。當(dāng)排氣管4直徑大于20mm時，汽油機扭矩汽油機扭矩受排氣管直徑影響很小。排氣管4直徑20mm，25mm，30mm時，扭矩最大，并十分接近。在發(fā)動機設(shè)計時考慮發(fā)動機輕巧，節(jié)省制造成本原則，由此可見排氣管4直徑為20mm時，扭矩較大，動力性較好。 油耗隨排氣管4直徑變化規(guī)律，當(dāng)轉(zhuǎn)速一定時，排氣管4直徑小于等于20mm，隨著排氣管直徑增大，汽油機燃油消耗量逐漸減小。,隨著排氣管直徑增大，汽油機排出的廢氣更徹底，留在整個進排氣系統(tǒng)廢氣減少，新鮮空氣進入氣缸總量增加，燃燒更充分。當(dāng)排氣管4直徑大于20mm時，汽油機燃油消耗量隨著排氣管直徑增大而增大。這是因為排氣管直徑過大，排氣十分順暢，排氣背壓不足，排氣門提前開啟，在活塞達到下止點前，仍具有一定壓力的燃氣通過排氣門排出，油耗變高[20]。由此可見排氣管4直徑為20mm時，燃油消耗量較少，汽油機經(jīng)濟性較好。綜合上述3幅圖得出排氣管4直徑為20mm時，汽油機性能較好。由于這四段排氣管在制作過程時是連在一起的，因此四段排氣管的直徑要相同，從上得出結(jié)論，排氣管1，2，3段直徑為15mm時，汽油機性能最佳，而排氣管4段直徑為20mm時，汽油機性能最佳。從總體上考慮發(fā)動機輕巧，體積小，節(jié)約生產(chǎn)成本原則，統(tǒng)一將優(yōu)化的排氣管直徑為15mm。 排氣管2段長度優(yōu)化由于排氣管1，3段時彎曲的管道，所以改變長度可能會改變它的曲率半徑，因此在本文中只對排氣管2，4段的長度進行優(yōu)化研究。本文通過改變排氣管2段長度對汽油機轉(zhuǎn)速、燃油消耗量、扭矩、充氣效率的影響進行仿真模擬，得出數(shù)據(jù)進行分析。在汽油機原有數(shù)據(jù)進行模擬的模型中，把排氣管2段長度分為200mm，220mm，240mm，250mm，260mm，280mm這6個階段，并依次在轉(zhuǎn)速為6750r/min，7000r/min，7250r/min，7500r/min，7750r/min時進行模擬計算。打開GTPOST，得到汽油機在相應(yīng)轉(zhuǎn)速，相應(yīng)長度時的燃油消耗量、扭矩、充氣效率的數(shù)值，得出數(shù)據(jù)，繪制圖表。，當(dāng)轉(zhuǎn)速一定時，隨著排氣管長度的增加充氣效率逐漸降低，這是因為排氣管長度越長，排氣隨管路的填充量越多，排氣氣流受到的阻力越大，管路流動損失越大，排氣背壓越大，發(fā)動機排氣不順暢，殘余廢氣留在氣缸中，使新鮮空氣進入氣缸總量減少，充氣效率降低。當(dāng)排氣管2長度一定時，隨著汽油機轉(zhuǎn)速的增加，充氣效率降低，這是因為氣缸充氣需要時間，活塞下行時氣缸才充氣，發(fā)動機轉(zhuǎn)速增加，氣缸充氣不充分，活塞已經(jīng)從下往上移動。因此充氣效率降低。由圖可見，排氣管2長度為200mm時，充氣效率較好。，當(dāng)轉(zhuǎn)速一定時，隨著排氣管長度的增加功率逐漸減小。，排氣管長度越長，發(fā)動機排氣不順暢，充氣效率降低，燃燒不充分，燃燒做功減少，同時會造成泵氣功損失增加，導(dǎo)致機械功損失增加，機械效率下降，扭矩減小，動力性不足。由此可見排氣管2長度為200mm時，扭矩較大，動力性較好。，當(dāng)轉(zhuǎn)速一定時，隨著排氣管長度的增加油耗逐漸增加，排氣管長度越長，排氣背壓增加，發(fā)動機排氣不順暢，充氣效率降低，同時使殘余廢氣系數(shù)增大，燃燒不充分，燃油消耗量增加。當(dāng)長度一定時，隨著轉(zhuǎn)速的增加油耗逐漸增加。這是因為轉(zhuǎn)速增加需要更多的功，這就需要更多的內(nèi)能轉(zhuǎn)換為機械能，燃油消耗量增加。由此可見排氣管2長度為200mm時，燃油消耗量較少，經(jīng)濟性較好。綜合上述3幅圖得出排氣管2長度為200mm時，汽油機性能較好。 排氣管4段長度優(yōu)化本文通過改變排氣管4段長度對汽油機轉(zhuǎn)速、燃油消耗量、扭矩、充氣效率的影響進行仿真模擬，得出數(shù)據(jù)進行分析。在汽油機原有數(shù)據(jù)進行模擬的模型中，把排氣管4段長度分為70mm，80mm，90mm，100mm，110mm，120mm這6個階段，并依次在轉(zhuǎn)速為6750r/min，7000r/min，7250r/min，7500r/min，7750r/min時進行模擬計算。打開GTPOST，得到汽油機在相應(yīng)轉(zhuǎn)速，相應(yīng)長度時的燃油消耗量、扭矩、充氣效率的數(shù)值，得出數(shù)據(jù)，繪制圖表。，當(dāng)轉(zhuǎn)速一定時，隨著排氣管長度的增加充氣效率逐漸降低。排氣管的長度越長，排氣隨管路的填充量就越多，排氣阻力越大，管路流動損失越大，排氣背壓越大，發(fā)動機排氣不順暢，殘余廢氣留在氣缸中，使新鮮空氣進入氣缸總量減少，充氣效率降低。當(dāng)排氣管4長度一定時，隨著汽油機轉(zhuǎn)速的增加，充氣效率降低，這是因為氣缸充氣需要時間，活塞下行時氣缸才充氣，發(fā)動機轉(zhuǎn)速增加，氣缸充氣不充分，活塞已經(jīng)從下行往上移動。因此充氣效率降低。由此可見當(dāng)排氣管4長度為70mm時，充氣效率較高。，當(dāng)轉(zhuǎn)速一定時，隨著排氣管長度的增加扭矩逐漸減小。排氣管長度越長，管路流動損失越大，發(fā)動機排氣不順暢，排氣背壓越大，充氣效率降低，燃燒不充分，燃燒做功減少，同時會造成泵氣功損失增加，導(dǎo)致機械功損失增加，機械效率下降，扭矩減小，動力性不足。由此可見排氣管4長度為70mm時，扭矩較大，動力性較好。，當(dāng)轉(zhuǎn)速一定時，隨著排氣管長度的增加油耗逐漸增加。排氣管長度過長，排氣隨管路的填充量越多，發(fā)動機排氣不順暢，排氣背壓增加，充氣效率降低，同時使殘余廢氣系數(shù)增大，燃燒不充分，燃油消耗量增加。當(dāng)長度一定時，隨著轉(zhuǎn)速的增加油耗逐漸增加。這是因為轉(zhuǎn)速增加需要更多的功，這就需要更多的內(nèi)能轉(zhuǎn)換為機械能，燃油消耗量增加。由此可見排氣管4長度為70mm時，燃油消耗量較少，經(jīng)濟性較好。綜合上述3幅圖得出排氣管4長度為70mm時，汽油機性能最好。雖然已經(jīng)得到排氣管2的最優(yōu)長度為200mm，排氣管4的最優(yōu)長度為70mm，但兩者最優(yōu)解結(jié)合在一起，并不一定是最好的效果。因此將這兩個最優(yōu)解結(jié)合與原來發(fā)動機長度進行對比。 原機長度與優(yōu)化后長度充氣效率對比 原機長度與優(yōu)化后長度扭矩對比圖 原機長度與優(yōu)化后長度油耗對比圖 優(yōu)化結(jié)果匯總本次仿真軟件模擬基于GTPower軟件，對汽油機進排氣系統(tǒng)進行優(yōu)化。項目優(yōu)化前優(yōu)化后進氣管長度mm進氣管直徑mm壓縮比穩(wěn)壓腔曲管直徑mm排氣管1直徑mm排氣管2直徑mm排氣管3直徑mm排氣管4直徑mm排氣管2長度mm排氣管4長度mm2037013131313250100104510401515151520070 優(yōu)化后與原機充氣效率對比圖 優(yōu)化后與原機扭矩對比圖 優(yōu)化后與原機油耗對比圖從上述3幅對比圖中得出，不管是在汽油機動力性上，還是經(jīng)濟性上，優(yōu)化后的發(fā)動機都有更好的優(yōu)勢。6 結(jié)論本文利用GTPower軟件通過模型的建立，模擬，從進氣管長度，進氣管直徑，壓縮比，諧振腔容積，排氣管各段直徑以及排氣管2，4段長度的改變來對汽油機進排氣系統(tǒng)進行優(yōu)化。1） 進氣管長度，在轉(zhuǎn)速一定時，進氣管長度越短，汽油機充氣效率越高，扭矩越大，燃油消耗量越少。因此本文最終選用10mm長度。2） 進氣管直徑，轉(zhuǎn)速一定，且轉(zhuǎn)速大于7000r/min時，進氣管直徑越大充氣效率越大，燃油消耗量降低，而扭矩幾乎不受汽油機進氣管直徑的影響，本文最終選用進氣管直徑45mm。3） 壓縮比，轉(zhuǎn)速一定時，壓縮比升高，扭矩增大。當(dāng)轉(zhuǎn)速大于7000r/min時。隨著壓縮比增大，充氣效率提高。，汽油機燃油消耗量隨著壓縮比的增大而減小。為防止壓縮比過大，產(chǎn)生爆震現(xiàn)象，本文最終選用壓縮比10。4） 諧振腔容積，轉(zhuǎn)速一定，且曲管直徑小于25mm時，曲管直徑增大，充氣效率提高，扭矩增大。曲管直徑大于25mm時，曲管直徑增加對充氣效率和扭矩影響很小。曲管直徑小于30mm時，燃油消耗量隨著直徑增加而減少。本文最終選用長為25mm,直徑為30mm的曲管作為諧振腔容積。5） 排氣管直徑，排氣管1，2，3直徑小于等于15mm時，直徑增大，充氣效率提高，扭矩增大，油耗減少。排氣管大于15mm時，情況相反。排氣管4直徑小于等于20mm時，直徑增大，充氣效率提高，扭矩增大，油耗減少。排氣管大于20mm時，情況相反。考慮設(shè)計時節(jié)約生產(chǎn)成本，體積小原則，本文最終選用排氣管直徑15mm。6） 排氣管長度，轉(zhuǎn)速一定時，排氣管2，4段長度越短，充氣效率越高，扭矩越大，燃油消耗量減少。本文最終選用排氣管2段長度200mm，4段長度70mm。參考文獻[1]潘芝桂. 天然氣發(fā)動機進排氣系統(tǒng)及配氣相位優(yōu)化研究[D]. 重慶: 重慶交通大學(xué)，2011.[2]張杰. 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