【正文】 m 時，汽油機性能最佳。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)化進氣系統(tǒng)。在發(fā)動機原有數(shù)據(jù)進行模擬的模型中，分為壓縮比 ，壓縮比 9，壓縮比 ，壓縮比 10，壓縮比 ，壓縮比 11，這 6 個階段，并依次在轉(zhuǎn)速分別為 6750r/min， 7000r/min， 7250r/min， 7500r/min， 7750r/min 時進行模擬計算。 扭矩隨壓縮比變化規(guī)律如圖 所示。這是因為 汽油 發(fā)動機 在運轉(zhuǎn)時，吸進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，同時也發(fā)生了 渦流 和 紊流 兩種現(xiàn)象。若發(fā)動機的壓縮 比 較高，壓縮時所產(chǎn)生的氣缸壓力與溫度相對地提高，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，使得在下一刻運動中，當(dāng) 火花塞 跳出火花時就能使得 這混合氣在瞬間內(nèi)完成燃燒的動作，釋放出最大的爆發(fā)能量，來成為發(fā)動機的動力輸出。 由此可見壓縮比 11 時，扭矩 較 大，動力性 較 好。 圖 充氣效率隨壓縮比變化規(guī)律 上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 基于 GTPower 汽油機進排氣系統(tǒng)優(yōu)化研究 21 由圖 可見，當(dāng)轉(zhuǎn)速一定時，轉(zhuǎn)速為 6750r/min 到 7000r/min 時，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，隨著壓縮比增大，汽油機充氣效率增大。進入氣缸中的氣體總量增加，提高充氣效率。 油耗隨壓縮比變化規(guī)律如圖 所示。這是因為隨著壓縮比的增加，汽油機熱效率越高，汽油與空氣的混合氣體被壓縮后所能達到的溫度也就越高， 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。其中爆燃會使發(fā)動機過熱，扭矩下降，燃油消耗量增加，嚴(yán)重時會破壞整個發(fā)動機。當(dāng)壓縮比一定時，汽油機油耗隨著轉(zhuǎn)速的增加而增加。由此可見，壓縮比為 10 時，燃油消耗量較少，汽油機經(jīng)濟性較好。 上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 基于 GTPower 汽油機進排氣系統(tǒng)優(yōu)化研究 22 諧振腔容積優(yōu)化 由于進氣過程具有間歇性與周期性，致使進氣管內(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氣管和一定容積的諧振室組成諧振進氣系統(tǒng)，并使其固有頻率與氣門的進氣周期協(xié)調(diào)，那么在特定轉(zhuǎn)速下，就會在進氣門關(guān)閉之前，在進氣管內(nèi)產(chǎn)生大幅度的壓力波，是進氣管壓力增高，從而增加進氣量 [14]。 整個系統(tǒng) 稱為 進氣諧振系統(tǒng)。在本次模型中，通過參考大量文獻，發(fā)現(xiàn)很多科學(xué)研究人員在 GTPower 模型中，通過在進氣管之前加入一段曲管，將這段曲管作為汽油機的諧振腔容積。 本文通過增加的曲管直徑即增加諧振腔容積對發(fā)動機轉(zhuǎn)速、燃油消耗率、扭矩、充氣效率的影響進行仿真模擬，并對得到數(shù)據(jù)進行分析。打開 GTPOST，得到汽油機在相應(yīng)轉(zhuǎn)速，相應(yīng)曲管直徑時的燃油消耗量、扭矩、充氣效率的數(shù)值，得出數(shù)據(jù)，繪制圖表。 圖 充氣效率隨諧振腔容積變化規(guī)律 由圖 可見，當(dāng)轉(zhuǎn)速一定時，當(dāng)曲管直徑小于 25mm 時，汽油機充氣效率隨著曲管直徑的增大而增大。因此 ,諧振箱容積 對 壓力波形態(tài)及諧振強度有影響。 反之，則相反 。 反之，則相反 [15]。而當(dāng)曲管直徑大于 25mm 時，氣道內(nèi)的紊亂氣流已經(jīng)趨于平穩(wěn)， 進氣量將不會改變， 對充氣效率影響很小。當(dāng)曲管直徑一定時，汽油機的充氣效率隨著轉(zhuǎn)速的增加而逐 漸減小。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 ，活塞動作已經(jīng)從下 往 上移動 ，充氣效率降低。 扭矩隨諧振腔容積變化規(guī)律如圖 所示。這是因為圖 所示， 諧振腔容積的增加 ， 起到氣流緩沖的作用，減弱進氣壓力脈動， 消除氣道內(nèi)的紊亂氣流，提高充氣效率 ， 進入氣缸中的新鮮空氣增加，使氣缸內(nèi)燃燒更加完全，輸出的機械能更多，動力性好。所以當(dāng) 曲管直徑為 30mm， 35mm， 40mm 時，扭矩較大，并較為接近。該原因與上述 圖 原因相 同 ，轉(zhuǎn)速 提高 稍大于諧振腔容積增加對充氣效率的影響程度 。 油耗隨諧振腔容積變化規(guī)律如圖 所示。這是因為圖 所示， 諧振腔容積的增加， 起到氣流緩沖的作用，減弱進氣壓力脈動， 消除氣道內(nèi)的紊亂氣流，提高充氣效率 ， 進入氣缸中的新鮮空氣增加，使氣缸內(nèi)燃燒更加完全，從而降低燃油消耗量。當(dāng)曲管直徑一定時，隨著發(fā)動機轉(zhuǎn)速的增加，汽油機油耗增加。由此可見當(dāng)曲管直徑為 30mm 時，燃油消耗量較少，發(fā)動機經(jīng)濟性能較好。 5 排氣系統(tǒng)優(yōu)化 汽車排氣系統(tǒng)是指收集廢氣并且將廢氣排出，同時使排出 的廢氣污染減小，噪音減小的系統(tǒng)。一種方法上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 基于 GTPower 汽油機進排氣系統(tǒng)優(yōu)化研究 25 叫做有限容積法又叫做控制體積法，對汽油機排氣系統(tǒng)研究而言， 就是 把順著管路位置方向的排氣管內(nèi)的壓力波傳播為零，假設(shè)任何時刻的排氣管內(nèi)的壓力和溫度都一直保持穩(wěn)定，不因外界任何原因發(fā)生改變，從而通過觀察曲軸轉(zhuǎn)角的改變來進行相應(yīng)研究。它是一種基于特征理論的求解雙曲線型的偏微分方程組的模擬方法?？蒲腥藛T可以探討在怎樣的原始情況和邊界情況下對雙曲型問題做適應(yīng)的定性分析。對研究汽油機排氣系統(tǒng)而言，假設(shè)任何時刻的排氣管內(nèi)的壓力以及溫度在順著管路位置方向數(shù)值是不穩(wěn)定的，是動態(tài)變化的，因此該計算方法的準(zhǔn)確度比有限容積法要高。 汽油機的排氣管道內(nèi)部的壓力波對汽油機性能方面有影響，特別是在動力性和經(jīng)濟性這兩個方面。因此本文通過最簡單的排氣管長度，排氣管直徑這兩個方面來進行汽油機排氣系統(tǒng)的優(yōu)化。由于彎曲段在改變長度的情況下，會對彎曲度發(fā)生改變，即會對曲率發(fā)生改變，所以在 1 段和 3 段的研究過程中，只能 通過改變 1 段和 3 段的直徑來進行研究。在汽油機原有數(shù)據(jù)進行模擬的模型中，把排氣管 1 段直徑分為 10mm， 13mm， 15mm， 20mm， 25mm， 30mm,這 6 個階段，并且依次在轉(zhuǎn)速為 6750r/min， 7000r/min， 7250r/min， 7500r/min， 7750r/min 時進行模擬計算。 充氣效率隨排氣管 1 直徑變化規(guī)律如圖 所示。 這是因為 隨著排氣管直徑增大，汽油機排出的廢氣量更加多，更加徹底，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 。這是因為氣缸充氣需要時間，活塞下行時氣缸充氣，當(dāng)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 ， 充氣效率降低。因此就呈現(xiàn)出曲線稍微下降的趨勢。 扭矩隨排氣管 1 直徑變化規(guī)律如圖 所示。 當(dāng)排氣管直徑大于 15mm 時，隨著直徑的增大，汽油機扭矩減小。 當(dāng)排氣管 1 直徑一定時，隨著汽油機轉(zhuǎn)速的增加，扭矩減小。轉(zhuǎn)速對充氣效率的影響程度 稍 大于直 徑對充氣效率的影響程度。由 此 可見 排氣管 1 直徑為 15mm 時，扭矩 較 大 ,動力性較好。 上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 基于 GTPower 汽油機進排氣系統(tǒng)優(yōu)化研究 28 圖 油耗隨排氣管 1 直徑變化規(guī)律 由圖 可見 ， 當(dāng)汽油機轉(zhuǎn)速一定時， 排氣管 1 直徑小于等于 15mm 時，隨著直徑的增大汽油機油耗減小，這是因為 圖 所示 排氣管直徑增加使 汽油機排出的廢氣量更加徹底，留在整個進排氣系統(tǒng)的廢氣就會減少，進入氣缸中的新鮮空氣增加，進氣更充分，燃燒完全，降低燃油消耗量。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，活塞達到下止點前，仍具有一定壓力的燃?xì)馔ㄟ^排氣門排出，油耗變高 [20]。這是因為這是因為物體運動具有慣性， 發(fā)動機轉(zhuǎn)速增加，氣缸充氣 不充分 ，活塞動作已經(jīng)下 往上 移動 ，充氣效率降低，就會使進入氣缸的氣體減少，燃燒不完全， 燃油消耗量增加 。 綜合上述 3 幅圖得出排氣管 1 直徑為 15mm 時，汽油機性能較好。在汽油機原有數(shù)據(jù)進行模擬的模型中，把排氣管 2 段直徑分為 10mm， 13mm， 15mm， 20mm， 25mm， 30mm 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。 充氣效率隨排氣管 2 直徑變化規(guī)律 如圖 所示。造成結(jié)果的原因與圖 的原因相同， 隨著排氣管直徑增大，汽油機排出的廢氣量更加多，更加徹底，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 。 排氣管 2 直徑 大于 20mm時 ，充氣效率受排氣管直徑變化很小。 當(dāng)排氣管 2 直徑一定時，隨著汽油機轉(zhuǎn)速增加，汽油機充氣效率逐漸減小。由此可見 排氣管 2 直徑為 15mm 時，汽油機充氣效率較高。 圖 扭矩隨排氣管 2 直徑變化規(guī)律 上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 基于 GTPower 汽油機進排氣系統(tǒng)優(yōu)化研究 30 由圖 可見 ，當(dāng)轉(zhuǎn)速一定時，排氣管 2 直徑小于等于 15mm 時，隨著排氣管直徑增大，汽油機扭矩逐漸增大。當(dāng) 排氣管 2 直徑大于 15mm 時，汽油機扭矩受排氣管直徑影響很小。這是因為 氣缸充氣需要時間，活塞下行時氣缸充氣，當(dāng)發(fā)動機轉(zhuǎn)速增加，氣缸充氣 不充分 ，活塞動作已經(jīng)從下 往 上 移動 ， 進入氣缸的空氣總量減少，燃燒不完全，無法高效的將內(nèi)能轉(zhuǎn)換為機械能，動力性下降，扭矩下降。 油耗隨排氣管 2 直徑變化規(guī)律如圖 所示。當(dāng)轉(zhuǎn)速一定，排氣管 2 直徑小于等于 15mm 時，隨著排氣管直徑增大，汽油機燃油消耗量逐漸減小。當(dāng) 排氣管 2 直徑大于 15mm 時，汽油機燃油消耗量受排氣管直徑的增大而增大。由此可見 排氣管 2 直徑為 15mm 時，燃油消耗量較少，汽油機經(jīng)濟性好。 上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 基于 GTPower 汽油機進排氣系統(tǒng)優(yōu)化研究 31 排氣管 3 段直徑優(yōu)化 本文通過排氣管 3 段直徑的改變對汽油機轉(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。打開 GTPOST，得到汽油機在相應(yīng)轉(zhuǎn)速，相應(yīng)直徑時的燃油消耗量、扭矩、充氣效率的數(shù)值，得出數(shù)據(jù)，繪制圖表。 圖 充氣效率隨排氣管 3 直徑變化規(guī)律 由圖 可見，當(dāng)轉(zhuǎn)速一定時，排氣管 3 直徑小于等于 15mm 時，隨著排氣管直徑增大，汽油機充氣效率逐漸提高。 排氣管 3 直徑 大 于 20mm時 ，充氣效 率受排氣管直徑很小，這是因為直徑過大，排氣已經(jīng)十分徹底。 這是因為 氣缸充氣需要時間，活塞下行時氣缸充氣，當(dāng)發(fā)動機轉(zhuǎn)速增加，氣缸充氣 不充分 ，活塞動作已經(jīng)從下 往 上 移動 ，充氣效率 下 降。 扭矩隨排氣管 3 直徑變化規(guī)律如圖 所示。造成結(jié)果的原因與圖 的原因相同， 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。 在轉(zhuǎn)速 7500r/min 到 7750r/min 時，排氣管直徑25mm， 30mm 幾乎在同一直線上。 油耗隨排氣管 3 直徑變化規(guī)律如圖 所示。 造成結(jié)果的原因與圖 的原因相同 ,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，新鮮空氣進上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 基于 GTPower 汽油機進排氣系統(tǒng)優(yōu)化研究 33 入氣缸的量增加，燃燒更加充分。 造成結(jié)果的原因與圖 的原因相同 。由此可見排氣管 3 直徑為 15mm 時，燃油消耗量較少，汽油機經(jīng)濟性較好。 排氣管 4 段直徑優(yōu)化 本文通過改變排氣管 4 段直徑對汽油機轉(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。打開 GTPOST，得到汽油機在相應(yīng)轉(zhuǎn)速，相應(yīng)直徑時的燃油消耗量、扭矩、充氣效率的數(shù)值，得出數(shù)據(jù)，繪制圖表。 圖 充氣效率隨排氣管 4 直徑變化規(guī)律 由圖 可見，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，汽油機充氣效率逐漸提高。當(dāng) 排氣管 4 直徑大于上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 基于 GTPower 汽油機進排氣系統(tǒng)優(yōu)化研究 34 20mm 時，汽油機充氣效率受排氣管 4 直徑影響很小 。排氣管 4 直徑為 20mm， 25mm， 30mm 時，充氣效率最高，且較為接近。 扭矩隨排氣管 4 直徑變化規(guī)律如圖 所示。 造成結(jié)果的原因與圖 的原因相同， 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。 排氣管 4 直徑 20mm， 25mm， 30mm時，扭矩最大，并十分接近。 油耗隨排氣管 4 直徑變化規(guī)律如圖 所示。 造成結(jié)果的原因與圖 的原因相 同 ,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。 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?xì)馔ㄟ^排氣門排 出 ， 油耗變高 [20]。 綜合上述 3 幅圖得出排氣管 4 直徑為 20mm 時，汽油機性能