APC2008-07 摩托车发动机排气系统的优化设计

论文

芜湖，2008年 9月 中国内燃机学会第八届学术年会论文集 43

APC2008－007

摩托车发动机排气系统的优化设计

孙 伟1，宋如钢1，焦 楠1

（天津内燃机研究所，天津 430074）

摘 要：本文使用AVL的BOOST软件建立了125cc发动机系统的计算仿真模型,模拟在不同工况下发动机系统的性能。

同时使用AVL先进的燃烧分析仪进行实验验证，分析排气压力波及排气系统对发动机性能的影响，并优化排气系统。

关键词：模拟；压力波；消声器

随着能源的短缺，必须快速发展发动机新技术，使其更加满足节能、高效、环保的要求。发动机的研究设计过程中要保证发动机必须满足功率、扭矩、油耗、噪声和排放等要求。发动机概念性设计阶段和性能改进阶段，BOOST 软件在发动机基本设计参数的确定上发挥了重要的作用，对发动机性能进行合理有效的改进。本文首先采用BOOST对发动机系统进行数值模拟，同时运用AVL燃烧分析仪来测量实验结果，验证了模型的准确性，随后研究了排气系统对发动机性能的影响并进行优化设计。

2.1 燃烧模型

气缸内燃烧过程的模拟选用单区Vibe模型，BOOST通过提供给整个循环的热量值来计算实际每曲轴角度下所输入的热量。Vibe模型把整个燃烧室作为燃油和空气混合均匀的一个区，其燃烧控制方程组为：

dxα

=(m+1)ym

dαΔαc

dx=

e

αy(m+1)

(1)

1 发动机参数及消声器结构简图

发动机型式 缸径x冲程(mm) 压缩比

点火角(°CA)(BTDC)

风冷四冲程 59.5x46.5 8.65 15～

35°

dQ (2)

Q

α α0 (3) y=

Δαc

式中，Q为燃油总放热量；α为曲轴转角；α0为燃烧起始角；Δαc为燃烧持续期；m为形状因子；x为已燃燃油的品质百分比；a为Vibe参数（a=6.9时，为完全燃烧）。Vibe函数模型所需输入的参数是：燃烧起始点α0，由喷油角度控制；燃烧持续期Δαc，由曲轴转角表示，Δαc可由燃烧分析仪测量的示功图来确定，随着发动机转速的升高，燃烧持续期增大； 形状因子m，影响气缸内放热率曲线的形状，m越大，燃烧速度越慢。m越小，燃烧速度越快，压力升高率升高过快，发动机工作比较粗暴。在气缸的燃烧过程中，认为混合气完全燃烧，则参数a=6.9不变。 2.2 压力曲线模型

BOOST可通过给定放热率来计算相应的缸内压力、温度及燃料的质量百分比。反之，也可通过给定缸内的压力值来计算放热率。为了保证在高压开

图1 消声器的结构形式 (a)原机结构 (b)优化结构

2 计算模型

选用了两种不同燃烧模型进行比较：单区Vibe

[1]

模型和压力曲线模型。

作者简介：孙伟（1977－），男，硕士研究生，研究方向：发动机燃烧与排放控制。 E-mail: