—38-
试验研究
国外内燃机
建模技术在涡轮增压汽油机中的应用
【美】L,ZhongM.MusialW.ReshK,Singh
2014年第1期
摘要：一维发动机建模精度和计算速度的提高使发动机在开发过程中可以更大程度地依赖这种仿真技术。建模的效益体现在诸多方面：增加模拟选代次数，以实现更好的优化；减少硬件原型选代数，以缩短项目开发的时间和降低总成本。在最初设计阶段和整个项目中，都采用涡轮增压发动机系统的一维GT-Power模型进行辅助设计。该模型是采用Chrysler集团预测燃烧和爆燃的专利建模软件开发的。在这个项目的所有阶段，通过对预测结果与测功器数据进行系统地研究，提高了模型的精度。研究重点是通过一维GT-Power模型优化与测功器试验相结合，选择发动机压缩比和涡轮增压器，并减小各循环间变动和缸内变动。在出现上述变动时，发现从进气门和排气门例流的残余废气、冷却的再循环废气、空气与燃油的混合气（仅针对进气道燃油喷射发动机)在本循环及下一个循环被重新分配到每个气缸。因此，进气门和排气门的例流是导致在每个气缸中产生变动的主要固素之一。据此，通过一维GT-Power模型优化，并结合气门设计工程师的输入参数，设计了1组新的气门升程曲线。结果表明，使用该方法后，在燃油耗、废气再循环耐受性和发动机稳定性及发动机性能改善方面均产生了效益。
关键调：冷却废气再循环V8汽油机压缩比选择混合气倒流客积效率
0前言
当前的涡轮增压汽油机正在采用各种先进技
术，如冷却废气再循环（EGR）、顺序涡轮增压器、可变几何截面涡轮增压器、可变气门正时、可变气门升程和汽油直喷等，以满足降低燃油耗和尾气排放的要求，这对发动机开发、测功器试验、发动机控制，以及标定工程师都提出了重大挑战。自20世纪90年代后期以来，基于仿真模型的发动机开发（如发动机标定)已逐渐应用于柴油机和汽油机，以减少测功器试验点或试验要求，进而节省发动机试验成本，并缩短硬件开发周期[1-3."]。随着计算速度的提高，发动机仿真建模精度有了显著改善，在未来的发动机开发项目中，使用这些模型将变得更加普遍。
在发动机开发中，建模和仿真方法的应用可以追溯到20世纪70年代后期。当时，由于计算机资源的限制，模型非常简单，通常采用零维模型，即“填充和排空”模型。鉴于发动机开发对建模支持的需求，许多新型发动机性能仿真程序商业版本相继面世。这些程序大量节省了程序代码的开发时间。今天，内燃机行业更倾向于大量利用仿真结果，以减少发动机开发对测功器试验的依赖。这种预测数据将被用于指导测功器试验，以便快速找到目标点，并减
少试验点、成本和开发时间，万方数据
在本文中，这种方法被应用于1台冷却EGR涡
轮增压汽油机。众所周知，增加压缩比和增压压力会使发动机的抗爆要求更高，这表现在推迟点火定时和50%已燃质量的曲轴转角(CA50)[8.9)。配备冷却EGR技术的汽油机爆燃限制点火提前角大幅增加，但燃烧持续期变得更长，燃烧延迟更多，因为冷却EGR技术能减慢火焰传播速度，减少燃烧室的热损失，增加比热比[8-10]。
建模技术将有助于优化这些变量。在本研究中，广泛应用一维建模方法，以辅助选择或优化压缩比、选择涡轮增压器，以及减小各循环间变动和缸内变动。新的建模技术已成为提高一维GT-Power模
型预测精度的核心。 1发动机配置
本研究使用的发动机是1台6.1L涡轮增压进气道燃油喷射的V8汽油机，具有高压回路和低压回路的EGR系统。图1为发动机系统示意图。表1
列出了该汽油机的主要技术规格。 2发动机建模和模型的相关性
本研究采用一种具有预测爆燃功能的燃烧模型。为了提高模型的预测精度，在Chrysler集团的一