GT Power在机车柴油机上的仿真应用

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GT-POWER在内燃机设计中的应用

Ｖｏ１．９，Ｎｏ．２５，Ｓｅｔｐｔｅｍｂｅｒ２０１３．
Ｔｅ１：＋８６ — ５５１ — ６５６９０９６３６５６９０９６４
ＧＴ－ＰＯＷＥＲ在内燃机设计中的应用
张杰
（西华大学交通与汽车工程学院，四川成都６１００３９）
ｃａｎｇｒｅａｄｙｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｅｆｉｆｃｉｅｎｃｙｏｆｔｈｅｗｏｒｋ，ａｎｄｔｈｉｓｔｈｅｓｉｓｍａｉｎｌｙｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓｔｈｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆＧＴ—ＰＯＷＥＲｉｎｔｈｅｉｎｔｅｒｎａｌｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎｅｎｇｉｎｅｄｅｓｉｇｎ．ＩｔｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｓａｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｍｏｄｅｌｏｆａｔｕｒｂｏｃｈａｒｇｅｄｅｎｇｉｎｅｉｎｔｈｅＧＴ—Ｐｏｗｅｒ；ｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｍｏｄｅｌｉｓ
ＩＳＳＮ１００９－３０４４
Ｅ — ｍａｉｌ：ｋｆｙｊ＠ｄｎｚｓ．ｎｅｔ．ＣＹＩ
ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｄｎｚｓ．ｎｅｔ．ＣＢ
Ｃｏｍｐｕ￣ｒＫｎｏｗｌｅｄｇｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ电脑知识与技术

柴油机一维仿真及压缩比对其冷起动排放的影响

图1发动机GT-Power仿真计算模型示意图图2缸内压力对比速工况下进行仿真计算与实验，得到该机在不同转速下的气缸压力、功率、油耗，并与实验值进行对比。

由图2~图4可知，满负荷下的缸内压力、功率、燃油消耗率仿真数据曲线和实际试验数据曲线吻合很好，且仿真值与计算值的趋势相同。

在800r/min转速下的功率实验值与仿真值相差最大，600r/min转速下油耗实验值与仿真值相差最大。

因为该模型的进排气系统有一定程度的简略，且燃烧和传热模型存在误差，所以使得仿真值与实验值之间存在必然的误差。

但是误差都控制在5%的范围内。

说明模型参数和边界条件的设置是合适的，可以用来对该型柴油机的性能和排放进行仿真分析。

3最优压缩比εg的分析油滴燃烧所需的总热量，首先用于加热液体燃油，而后用于燃油的蒸发，再用于燃油燃烧。

柴油是含有多达数百种组分的混合物，各种组分的蒸发和着火特性都互不相同，对于环境温度较低，油滴较大及发动机转速较低的情况（如冷起动），不同组分间蒸发率的差别就可能引起组分的分层，从而影响着火及运行特性，这些效应对于直喷式柴油机也会相当显著。

这是由于环境温度和喷射压力均较低，因而油滴较大而需较长的蒸发时间[4]。

神本武征和松冈信等人研究了油滴的吸热过程和汽化过程，油滴的吸热计算式如下[5]，（1）公式中：p表示缸内气体压力，Pa表示油滴完全燃烧所需热量，J；C va2表示油滴周围空气区的空气定容比热容，Q f为油滴燃烧所需的热量，比热容J/（kg·K）；mρ为涡轮增压后的空气密度，气缸容积，L；t2为气缸压缩终了的温度，空气温度，℃；p为气体的绝对压力，为物质的量；p1为气体在气缸中的压缩初始压力，气缸中压缩终了压力，2分别为活塞在下止点和活塞在上止点时的气缸容L。

k为理想气体定熵过程的定熵指数，也称为绝热指多原子气体通常取根据以上公式，可求出柴油机冷起动时的最优压缩g[6]。

4不同压缩比方案调整及对比分析从压燃式发动机理论循环热效率的计算公式可以得图3功率对比图4油耗对比确定压缩比方案时，燃烧模型和外特性上的空燃比仍然采用改变压缩比之前原发动机试验数据参数，不调整配气相位和点火时刻，只改变压缩比。

GT在发动机研发中的应用

GT-POWER在发动机研发中的应用作者：车向国文章来源：阿尔特（中国）汽车技术有限公司点击数：235更新时间：新的发动机机型的开发过程及改型设计中，如何实现提高性能、缩短开发周期、降低开发成本和技术风险是研发单位关注的重点。

2009年，荣获一汽大众优秀供应商的阿尔特（中国）汽车技术有限公司已经成功地利用GT-POWER软件对发动机概念机和改型机进行了可行性分析与优化设计。

阿尔特（中国）汽车技术有限公司主要从事与整车、动力总成设计开发和生产试制相关的业务，是一家多元化、国际化的大型专业汽车技术公司。

目前，阿尔特（中国）汽车技术有限公司已经具备项目企划、总体布置、造型设计、油泥模型和虚拟设计、白车身及内外饰、发动机及动力底盘、电器、样展车制造及试验、逆向工程和CAE 分析等全面的汽车设计开发实力。

从成立至今，阿尔特（中国）汽车技术有限公司已经为国内外众多汽车主机厂、大型汽车零部厂商完成了大量的设计项目。

本文主要介绍阿尔特（中国）汽车技术有限公司利用GT-POWER软件对于发动机概念机或改型机进行可行性分析与优化设计的过程。

GT-POWER开发过程在发动机开发过程中，利用GT-POWER软件可以进行以下几个方面的仿真计算和优化设计：1.发动机的性能计算，包括经济性、动力性及相关的污染物排放，在特定的设计目标下，进行多种参数优化设计。

2.发动机电控系统的标定与设计优化。

3.发动机进、排气系统的噪音计算与分析，以及相关消声元件的优化设计。

4.不同技术方案的对比、选择及优化，在实际的生产条件下，选择最经济的方案，满足性能与成本的综合性指标。

5.发动机的热负荷的计算，可以为有限元分析软件提供热边界条件。

6.对发动机排气污染物的后处理进行设计与控制优化。

分析算例1.边界条件设定在使用GT-POWER进行发动机的仿真计算时，需要输入特定的参数。

输入参数可以分为以下两大类：结构参数和场边界参数（含流场、温度场）。

基于gt-power 的排气消声器数值仿真设计

国内外研究表明，排气噪声是发动机的主要噪声源之一，消声器是降低发动机排气噪声的重要部件，其性能好坏直接影响发动机的噪声大小和功率损耗。

本文主要叙述如何运用GT-POWER 对的排气消声器数值进行仿真设计。

1　消声器的主要评价指标（1）传递损失：112210log w w w TLL L w ==−即消声器进口处的入射声功率级和出口处的透射声功率级之差。

（2）插入损失IL ：定义为安装消声器前后在某固定测点处测得的计数声级或总声压值之差。

由于插入损失便于现场测量，非常实用。

在测量未安装消声器的排气噪声时应在排气管口加装一段与消声器等长的空管，以保证在安装消声器前后测点不变。

（3）功率损失比： 121100%NNe Ne R Ne −=×内燃机在标定工况下不安装消声器时的功率与安装消声器时的功率之差和不安装消声器时功率的百分比。

2　某型原消声器结构分析图1 原消声器结构如图1所示，采用单腔加两段穿孔管、一块穿孔隔板结构，容积比为3.2，扩张比为8.3。

从结构上分析，原件的设计存在以下不合理的地方：（1）容积小，空间利用不足。

容积比、扩张比都较小，而消声量很大程度上取决于这两个参数。

（2）采用穿孔管和穿孔板结构：穿孔声学元件的降噪量主要与穿孔率、小孔孔径有关。

穿孔率越小、孔径越小，消声量越大。

但穿孔率过小、气流的流动阻力损失则越大，功率损失亦大，经济性能变差。

因此，要提高消声量必须减小孔径，要降低排气阻力又必须增大通流截面系数，该消声器这两项难以同时满足，我们认为在这种情况下采用小孔喷注结构是不理想的。

3　新消声器的设计传统的消声器设计法存在着不足：实验周期长，人力物力消耗严重但仍不能取得好的效果，不能适应企业开发周期最小化的需要。

随着计算机软件技术的发展，发动机性能仿真技术也得到了快速发展并逐渐成熟。

GT-POWER 就是其中优秀的仿真软件之一，它的使用大大缩短了产品的开发周期，提高了企业的竞争力。

应用GT-POWER对船用柴油机燃油喷射及燃烧的综合模拟

GT-Suite Users International Conference Frankfurt a.M., October 20th 2008
Fuel injection and combustion integrated g simulation for a marine diesel engine
Since the previous work demonstrated the good potential of the simulation tool as far as the combustion process was concerned, a further investigation was carried out, in order to evaluate the impact on fuel consumption and emissions of different injection cam profiles, by means of an integrated fuel injection and combustion simulation.
The first step was to adjust the injection duration in order to fit the experimental needle lift, varying the duration of the initial and closing transient phases of the pump delivery, by adjusting the pre-stroke and the spill port opening j g p p p p g parameters.
Injection Line

基于GT-Power的车用柴油机增压器匹配模拟分析

构。通过ＧＴ — Ｐｏｗｅｒ模块库建立增压器模型，并通过
合理的涡轮增压系统标示方法．实现仿真数据跟实
测数据的一致性。最后对比不同增压器方案的发动
机性能，达到匹配最优方案。
２．３增压器模型的建立
比．验证了此模型以及标定方法的可行性。然后通过备选增压器方案给出柴油机性能仿真分析，得
出增压器匹配的最佳方案。［关键词］ＧＴ— Ｐｏｗｅｒ柴油机废气涡轮增压器标定匹配
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＧＴ — ＰｏｗｅｒＤｉｅｓｅｌｅｎｇｉｎｅＥｘｈａｕｓｔｇａｓｔｕｒｂｏｃｈａｒｇｅｒＣａｌｉｂｒａｔｉｏｎＭａｔｃｈｉｎｇ
达到匹配最优方案。
２发动机及增压器建模
２．１发动机的技术参数本文以某一直列６缸增压中冷柴油机为分析对象。该柴油机及其匹配的增压器已经量产．现
需要对该机型匹配的增压器进行优化选型．以得
１ Βιβλιοθήκη 刖舌表１柴油机主要技术参数表
额定转速（ｒｐｍ）２５００
发动机增压技术是提高发动机动力性、经济性的一种有效办法。要实现这一目标必须使发动机和
额定功率（ｋＷ）低怠速（ｒｐｍ）高怠速（ｒｐｍ）

GT-POWER使用手册

GT-POWER使用手册大连交通大学交通运输学院机车教研室2006.12.1GT-POWER 增压柴油机建模要领针对机车用增压柴油机展开了以下工作： 1. 整机模型的建立； 2. 增压器模型的建立； 3. 中冷器模型的建立；因此，本文将围绕上述工作详细说明，使使用者能够较快的可以建立起增压柴油机的模型，并能够改变结构参数分析对柴油机的性能影响，以及简单预测柴油机的主要排放物NOx 和Soot 。

为了便于研究和计算，以机车用柴油机16V240ZJB 为算例进行研究，建立模型，并进行计算分析。

完成了以下内容：(1) 建立增压整机模型。

其中包括气缸模型，喷油器模型，进排气管模型，曲轴箱模型；增压器模型，中冷器模型；(2) 进行标定工况下的计算：缸内压力、温度，以及燃烧消耗率等的计算分析；进行管路压力等的计算分析；进行进排气门的流量；升程计算分析；进行涡轮压气机与柴油机的匹配计算；喷油器的压力，喷油量的模拟仿真；中冷器的计算与仿真；(3) 进行调试，得出结果。

将结果与实验数据进行对比分析；并改进完善；(4) 得出结果正确，并在此工作的基础上，又做了大量工作，分析结构参数对柴油机性能的影响。

如改变压缩比，配气相位，喷油提前角等；(5) 在原有机车上，增加废气再循环，分析废气再循环对性能的影响；(6) 在原有工作的基础上，又进行了排放预测的尝试。

进行机车柴油机主要排放物NOX 和Soot 的预测分析。

第一章理论基础1. 1缸内工作过程基本方程在这里，我们使用GT-POWER 软件中的零维燃烧模型韦伯函数，它有一系列的假设，用来计算放热率。

它由三条韦伯函数曲线叠加而成，并非常见的双韦伯函数。

① 能量守恒方程ijj jdU dW dQ hdm =++⋅∑∑ (1.1)式中， U --系统内能W --作用在活塞上的机械功i Q --通过系统边界交换的热量 j h --比焓j j h dm ⋅--质量j dm 带入或带出系统的能量 ② 质量守恒方程：s e Bdm dm dm dm d d d d ϕϕϕϕ=++ (1.2) 式中，m 表示系统内工质质量，s m 表示流入气缸的空气质量，e m 表示流出气缸的废气质量，B m 表示喷入气缸内的瞬时燃料质量。

GT-Power在机车柴油机上的仿真应用

ｔｒ，ｔｒｏｈｒｅ，ｉｔｒｏｌｒａｄｔｅｗｒｒｃｓｉｌｔｎａｄｃｍｐｔｔｎｏ６２０Ｊｄｅｅｎｉｅｅｎｕｂｃａｇｒｎｅｃｏｅｎｈｏｋｐｏｅｓｓｍｕａｉｎｏｕｉｆ１Ｖ４Ｚｉｓｌｅｇｎｏａｏ
低噪声、低振动和易启动）高寿命及低成本的新型柴油机，、以满足用户对工作可靠、耐久、节能、和舒适
ｓｐｒｈｒｅｃｍｏｖｉｓｌｅｇｎ．Ｔｉｍｏｅｎｌｄｄｉ — ｙｉｄｒｍｏｅ，ｉｔｋｙｔｍ，ｅｈｕｔｓｓｕｅｃａｇｄｌｏｔｅｄｅｅｎｉｅｏｉｈｓｄｌｉｃｕｅｎｃｌｅｄｌｎａｅｓｓｅｎｘａｓｙ —
中图分类号：４４１２Ｕ６．７文献标识码：Ａ
ＴｈｐｉａｉｎｏｅａｐｌｃｔｏｆＧＴ－ｗｅｏｔｒｎｈｏｏｏｉｅｄｅｅＰｏｒｓｆｗａｅｏｔｅｌｃｍｔｖｉｓｌ
ＷＡＮＧｕｎ，Ｌｎ —ａＪａＩＭｉｇｈｉ
满足不了现代高性能内燃机研究工作的需要．计算机的仿真计算为内燃机的设计提供了一种高效有用
的手段．采用先进的计算机仿真技术来提高生产效率、降低生产成本及提高产品质量等已经成为诸柴油
机生产厂商和柴油机工作者所认同的科学途径。．
柴油机一直是大功率发动机的主要动力源，由于它具有热效率高、热能动力机械中油耗最低、功率范围最广、适应各种转速、启动迅速、运行安全、维修方便和使用寿命较长等特点而被广泛应用．面对国

基于GT—Power柴油机性能仿真分析

１０ｒｎ５ｒｉ０／ａ
供油提前角最低燃油耗
外形尺寸
２。ＴＣ４ＤＢ２６ｋｈ３．Ｗ・６电启动
喷油提前角机油消耗冷却方式
１ＢＤ７ＴＣ。２／Ｗ・ｇｋｈ
８０ｍ７０ｍｌ４ｍ６ｍｘ７ｍｘ１ｒ９ａ
图２Ｇ — ０Ｒ计算流程ＴＰＷＥ
—
一一 — ＿一
Ｗｉｂｅｅ模型
曲轴箱部件主要定义柴油机的类型、柴油机运行机构
。＿一
ｃ
●
／
／。／
摩擦模型参数。模型如图３所示。
Ｚ
受
＝＝
／， ‘ ，
２ＧＴＰ — ＯＷＥＲ建模
Ｇ — ＯＲ软件是美同ＧｍｅｈｏｏｉＴＰＷＥａｍａＴｃｎｌｇｓ公司开ｅ
设计需求 …。柴油机以其热效率高（出汽油机２％）高０、适应性好、输出功率大等优点，应用范围越来越广。本文应用Ｇ —ＯＲ软件建立某型船用柴油机系统仿真模型，ＴＰＷＥ得到柴油机功率仿真值，通过与实验值对比分析，验证计
８０ｍ７０ｍｌ９ｍ安装尺寸６ｍｘ７ｍｘ１４ｍ
（体）动力学方程进行数学描述Ｉ，其一般计算流程如气４］
图２所示。
启动方式
水冷
收稿日期：２１ — ４００００ —３
制造业信

柴油机补气数值仿真研究

现代国企研究 2016. 12（下）160案例 AN LI摘要：应用GT-Power软件对CA6DL1-26E3型柴油增压发动机补气进行数值仿真模拟研究，重点研究了补气压力、补气管路直径和提前补气时间对尾气中碳烟排放的影响。

研究成果对降低柴油公交车碳烟排放有较好的工程应用价值。

关键词：GT-Power；数值仿真；补气一、GT-Power软件发动机工作过程模拟计算可以为实验研究提供大量数据，替代许多复杂且高成本的实验。

在发动机性能匹配研究中，通过循环模拟计算所得到的各系统和整机性能指标中，大量信息是无法或难以直接通过测试手段获得的，这些信息对发动机性能的研究是非常重要的[1]。

（一）GT-Power简介GT-Power软件是美国Gamma Technologies公司开发的计算一维气体流动的商业软件，它属于GT-SUIT系列的主计算程序。

GT-SUIT系列程序主要包含四大部分：GT-Power、GT-POST、MUFFLER和VT-DESIGN。

GT-Power为主计算程序，本文应用到GT-Power与GT-POST两大程序。

（二）GT-Power基本流动方程GT-Power流动模型同时包括连续方程、动量方程和能量方程[2]。

相关原理方程如下：连续方程：（1）能力方程：（2）二、柴油机物理模型的建立柴油机物理模型的建立是依据空气进入发动机气缸的整个过程：空气经空气滤清器进入涡轮增压器压气机,压缩后到达中冷器进行冷却，然后通过进气总管、进气歧管、进气阀进入气缸，燃烧后高温废气经排气系统排出，经过涡轮时，推动涡轮机做功（涡轮机又带动压气机工作），最终排到大气中。

建立好原机模型后，增加补气系统部分。

在压气机前进气管及中冷器后进气管两个位置添加补气口，补气压力可调整，可以模拟柴油机在补气状态下各工况的运行情况。

三、数值仿真模型的建立利用GT-Power软件搭建CA6DL1-26E3增压柴油机的仿真模型。

GT-Power在发动机开发中的典型应用

功率/kW 305 305.26 255 254.7 205 204.79
充气效率 2.79 2.86 2.73 2.75 2.28 2.30
增压器压比 3.529 3.53 3.30 3.31 2.70 2.7226
增压器转速 /rpm 99712 99786 91568 91711 79908 79861
• 只有压气机数据而无涡轮数据 • 无压气机与涡轮的数据情形
–替代方法：
• 可以用模板：CompressorSimple和TurbineSimple来代替压气机与涡轮机 – CompressorSimple模板： » 输入参数：功率、效率、压比 » 计算出：温度、流量等 – TurbineSimple模板： » 输入参数：管径、效率 » 输出参数：功率、质量流速、出口温度
GT-POWER在增压发动机上的应用
– 无压气机、涡轮数据，模型的校核（与上面方法一样） • 采用动态控制 • 采用DOE实现 – 调整的参数： • TurbineSimple的入口直径 • TurbineSimple的效率 • CompressorSimple的效率 – 目标参数： • 压气机、涡轮的压比 • 增压后压力、温度 • 发动机功率
-10-
GT-POWER在增压发动机上的应用
– 有压气机数据而无涡轮数据，模型的处理：
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GT-POWER在增压发动机上的应用
– 有压气机数据而无涡轮数据，模型的处理：
涡轮效率调整
涡轮直径调整
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GT-POWER在增压发动机上的应用
– 有压气机数据而无涡轮数据，模型的校核： • 采用动态控制 • 采用DOE实现 – 调整的参数： • TurbineSimple的入口直径 • TurbineSimple的效率 – 目标参数： • 涡轮的压比 • 压气机的转速 • 发动机功率

GT-Power在船用二冲程柴油机的模拟仿真应用

ｅｎｇｉｎｅｓ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＧＴ——Ｐｏｗｅｒ；Ｏｎｅ——ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ；Ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ
中图分类号：Ｕ６６４．１４２
文献标识码：Ａ
文章编号：２０９６—４３９０（２０１８）２７—００１５—０２
１概述
仿真技术基于相似理论、信息处理、系统集成等专业知识，
们可以精确得按照不同比例模拟Ｎ、ＣＯ：、ＣＨ、０：、Ｈ：、乙醇、甲醇等真实气体，并且能把环境湿度考虑在内。
图１缸内工作过程
它是一维流体假设的动力学模型，整个系统被划分为许多ｍ为喷人气缸燃油质量，ｍｓ为喷人气缸空气质量，为流
（ｐ＋ｏ（￡）＝一老＋署＋Ｐｇ￡＋Ｆｆ３）
Ｐ为静压；为应力张量；ｇｉ和Ｆｉ分别为ｉ方向上的重力体
流体的基本守恒原理，这些定律是在仿真计算中都是以方程的积力和外部体积力（如离散相相互作用产生的升力）。
内燃机的缸内燃烧包含着非常复杂的物理、化学和传质等ｍ为流出气缸的质量。
反应，包含气体在其中的扰动，燃油的喷射、雾化、蒸发、碰壁等方面，其中有非常复杂的流体运动知识，在气缸运动中流体的边界条件会发生复杂的变化，但是他们无论怎么变化都遵循着
关键词：ＧＴ—Ｐｏｗｅｒ；一维仿真；优化
Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＴｈｉｓｐａｐｅｒｔａｋｅｓｔｈｅＢ＆Ｗ６Ｓ３５ＭＥ－Ｂ９ｄｉｅｓｅｌｅｎｇｉｎｅｏｆｔｈｅａｕｔｏｍａｔｅｄｃａｂｉｎｏｆＳｈａｎｇｈａｉＭａｒｉｔｉｍｅＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙａｓ

基于GT-POWER柴油机稳态工况下排放性能仿真研究

Ｏ引言
节能与减排是现在全球面临的严峻问题。为了满足安全排放法规．需要提高发动机的动力性、
燃机工作过程计算模型，可预测稳态或瞬态的发动机性能，如：所有管路段的流量和流速，系统的温度
和压力，发动机充气效率、功率、扭矩，燃烧率模型，汽油机ＮＯ的排放，柴油机ＮＯ和微粒排放［２ห้องสมุดไป่ตู้１。也可以用于发动机动力系统的控制系统分析，适用于
ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｏｐｔｉｏｎｓｉｓｃｏｎｄｕｃｔｅｄｂｙｃｈａｎｇｉｎｇｉｎｊｅｃｔｉｏｎｔｉｍｉｎｇａｎｄｉｎｊｅｃｔｏｒｎｏｚｚｌｅｈｏｌｅａｓｐｅｃｔｒａｔｉｏｎ．
ｃｏｎｔｒｏｌｅｎｇｉｎｅｉｎｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓｏｆｓｔａｂｌｅｏｐｅｒａｔｉｎｇ．Ｉｎａｄｄｉｔｉｏｎ，ｔｈｅｅｎｇｉｎｅｅｍｉｓｓｉｏｎｓｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｉｓａｎａｌｙｚｅｄａｎｄａｐａｒａｍｅｔｅｒ
［文献标志码］Ａ
［文章编号］１６７３ — ３１４２（２０１３）１１－００２５ — ０５
ＤｉｅｓｅｌＥｍｉｓｓｉｏｎＰｅｒｆｏｒｍａｎｃｅＳｉｍｕｌａｔｉｏｎａｎｄＲｅｓｅａｒｃｈｉｎＳｔａｂｌｅＯｐｅｒａｔｉｎｇＢａｓｅｄｏｎＧＴ－ＰＯＷＥＲ

基于GT-power的两级增压可变气门柴油机排放和燃烧简述

2018年6月西部皮革14理论与研究作者简介：徐金源（1994-），男，汉族，山东省青岛市人，工学学士，长安大学汽车学院动力工程专业，研究方向：动力工程。

基于GT-power 的两级增压可变气门柴油机排放和燃烧简述徐金源（长安大学，陕西西安 710064）摘　要：当今社会对限制发动机污染物的排放有了更高标准的要求，这对世界各国的汽车生产商来说都是一个巨大的挑战。

可变气门正时技术是汽车发动机发展中的一个重大突破，合理的气门关闭时刻对改进发动机燃烧、提高发动机动力性、降低燃油消耗和降低污染物的排放等方面都有影响。

本文在排放污染物的生成原理和两级增压与可变气门正时技术的基础上，运用GT-power 软件仿真模拟两级增压与进气门早关对柴油机燃烧与排放的影响。

关键词：柴油机；两级涡轮增压系统；可变气门正时；进气门早关；排放中图分类号：TK422 文献标志码：A 文章编号：1671-1602（2018）12-0014-01柴油发动机在早期主要应用于农业机械领域。

随着柴油机相关技术的发展与成熟，现代柴油机采用了高压共轨，涡轮增压中冷，EGR，VVT 等技术在排放、体积、重量、性能、油耗、噪声等方面都有了很大的突破，达到了汽油机的水平，已完全能够满足日益严格的排放法规的要求，在汽车领域得到了广泛的应用。

1　内燃机增压技术内燃机增压技术主要分为机械增压，废气涡轮增压和复合增压三种。

机械增压系统，依靠曲轴传递的动力来驱动增压器进行压缩空气，具有动力输出流畅，瞬态工况下响应快的优点。

但是由于机械增压需要耗费机械功，因此机械效率会降低，而且其只能增加有限的增压压力，所以现在单纯的机械增压运用的越来越少，一般用于低增压发动机或者与涡轮增压组成复合增压系统［1］。

2　可变气门正时技术发动机可变气门正时（Variable Valve Timing，简称VVT）技术，在提升发动机动力性和经济性方面有重要影响。

基于其他传统净化措施，采用VVT 技术可以进一步降低内燃机多工况下的排气汚染物。

基于GT-POWER的柴油机排放仿真分析

基于Ｇ — ＯＷＥＴＰＲ的柴油机排放仿真分析
张永栋，朱文英，倪江忠
（东交通职业技术学院汽车学院，东广州５０５）广广１６０摘要：油机以其热效率高（出汽油机２％）适应性好、出功率大等优点，用范围越来越广。本文应用柴高０、输应
计算机模拟计算是应用计算机对发动机的气
Ｇ — ＯＲ应用的是一维流体假设的动力ＴＰＷＥ学模型，它综合了发动机性能的分析代码，并几乎包含了发动机所有关键工况的细节模型，可以较完整地模拟发动机不同丁况的性能变化。程序提供了各种相关的模型［。
２１０１年第３期
农业装备与车辆工程
ＡＧＩＵＴＲＬＥＵＰＮＲＣＬＵＡＱＩＭＥＴ＆ＶＨＣＥＥＧＮＥＩＧＥＩＬＮＩＥＲＮ
Ｎｏ３Ｏｌ．２１
（总第２６期）３
（ｏｌ３）Ｔｔｌ２６ａｙ
ａａｙｉｗｉｈｘｅｉｎａａａ，ｔｅｃｍｐｔｒｓｍｕａｉｎｔｃｎｌｇｎｔｅｄｅｅｎｉｅｅｔｒｌｂｌｙｉｖｒｅ．Ｔｅｎｌｓｓｔｔｅｅｐｒｈｍｅｔｌｄｔｈｏｕｅｉｌｔｅｈｏｏｙｉｈｉｓｌｅｇｎｔｓｅｉｉｉｓｅｉｄｈｏａｔｉｆ
文章编号：６３３４（０１３０５－３１７ — １２２１） — ０１００

基于GT-Power的柴油机仿真及优化

基于GT-Power的柴油机仿真及优化
马义;李金龙;郝宝玉;刘鑫;谢亮
【期刊名称】《汽车工程师》
【年(卷),期】2010(000)012
【摘要】通过试验对柴油机进行优化,需耗费大量的人力、物力及财力,利用内燃机工作过程模拟软件GT-Power建立了柴油机仿真模型,对不同转速的配气相位进行了优化,得出相应转速下最佳配气相位,提出了一种新的改善柴油机性能的设计方案--燃油预热,并进行了模拟计算.计算结果表明：优化后的柴油机动力性得到了较大的提升,所提出的优化方案可以为柴油机改进和设计提供依据.
【总页数】4页(P27-30)
【作者】马义;李金龙;郝宝玉;刘鑫;谢亮
【作者单位】武汉理工大学汽车工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】TK403
【相关文献】
1.基于GT-Power柴油机颗粒物捕集器泄漏故障仿真与优化 [J], 李振;姚广涛;伍恒;张卫峰;王继佳
2.基于GT-Power的柴油机仿真及优化 [J], 马义;李金龙;郝宝玉;刘鑫;谢亮
3.基于GT-power的船用柴油机增压匹配仿真优化分析 [J], 唐忠良;徐永绥
4.基于 GT-POWER 的柴油机热平衡仿真计算 [J], 马宁;毕小平;李义军;高阳
5.基于GT-Power的8190柴油机涡轮增压
系统仿真研究 [J], 任运征;程伦;杨珂
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基于GT-Power柴油机颗粒物捕集器泄漏故障仿真与优化

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天 /$$"#" ,A 陆军军事交通学院研究生管理大队津陆军军事交通学院天 /$$"#" /A 山 ,#*$$" 军用车辆系津海军航空工程学院飞行器工程系东烟台 "A !要为 Q ) Z 泄通 Q L 9 与 Q ) Z 摘研究柴油机颗粒物捕集器漏问题过柴油机氧化催化转换器调 Q ) Z不建 0 & 1 ) 2 3 4 5 Q ) Z泄并联节两者的流通面积比来反映同的泄漏程度立基于软件的漏故测再得仿真模型相应的排气背压以及排气温度等主要特征参数以排气阻力试验结障仿真模型最果对仿真模型进行验证与优化后依靠发动机台架试验结果进一步验证优化后仿真模型的正确模利 0 & 1 ) 2 3 4 5 来 Q ) Z泄性拟结果表明用软件建立的泄漏故障模型提取漏故障排气背压以及是可准确的靠的排气温度等主要特征参数柴柴 Q ) Z 泄仿关键词油机油机颗粒物捕集器漏故障真与优化 & [ *,"A -!!!文 ' !!!文 "#7*1 ,"+, ,$"7 ""1 $$/-1 $中图分类号献标志码章编号 : 2 H "$A "#8$7 ; ^ A J GRC A ",1 "/7, ; 4 A ,$"7A "" P 5 E HSE F 4& 5 E C GC GP. 5 C P E H4 '' 5 = T( C D C F E 5 T& 5 E GM I2 5 F E F C 2 GW GC N 4 5 M C F T '& C E G^ C G /$$"#" ' 9 ?C GE ) ,A ( C D C F E 5 TY 4 ?C J D 4Q 4 IE 5 F = 4 GF '' 5 = T( C D C F E 5 T& 5 E GM I2 5 F E F C 2 GW GC N 4 5 M C F T '& C E G^ C G /$$"#" ' 9 ?C GE ) /A Q 4 IE 5 F = 4 GF 2 K ' C 5 J 5 E K F < GP C G4 4 5 C GP ': E N E D ' 4 5 2 GE SF C J E D < GP C G4 4 5 C GP' J E H4 = T 'e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

基于GT-Power 对机车柴油机燃用生物柴油的性能分析

0引言近年来，随着全球轨道交通设备的快速发展[1]，对铁路货运高速、重负荷的要求越来越高[2-3]。

为了满足市场需求，世界各国柴油机都朝着高功率、低能耗、低污染方向发展[4-5]。

进排气系统作为柴油机的重要组成部分，其良好的设计可以提高容积效率，从而在特定的发动机转速下提供更好的扭矩和动力[6-8]，并提高机车柴油发动机的运行性能，这有助于提高功率、降低油耗和减少排放[9-11]。

近年来，已有许多研究人员对发动机进排气系统的优化进行研究。

例如，金云峰等[12]通过对进排气过滤系统进行研究，观察进排气压差对柴油机的影响；基于其运行原理建立进排气压差与空气流速之间的函数关系，对进排气系统进行优化。

母忠强等[13]利用数值计算与地面试验验证相结合的方法，研究了Ma3.5条件下双气路进排气系统的总体性能和流场变化规律。

Kang 等[14]使用带有进气和排气节流的柴油微粒过滤器来增加活塞泵的输送能力，从而优化了进排气系统。

Cheng 等[15]在柴油发动机上安装了可变几何涡轮增压器和废气再循环阀，优化了进气气流控制和废气再循环比。

Li 等[16]通过研究智能充电压缩点火——一种新的双燃料燃烧模式，优化进气压力和进气系统。

Song 等[17]研究了辅助增压技术，并确定在排气和进气之间存在平衡关系，以优化进排气系统。

Zhen 等[18]使用一维仿真软件开发了四缸点火甲醇发动机的仿真模型，研究了30%、50%和70%负荷工况下的节气门开度对发动机性能、燃烧和排放的影响，以找到最佳节气门开度。

本文以16V265H 柴油机为研究对象，通过GT-Power 软件建立仿真模型，研究分析16V265H 柴油机在1000r/min 、50%负荷工况下燃用B0、B10、B20等3种不同配比生物柴油，及在不同气门正时（包括：进气门提前角（IVO ）、进气门迟闭角（IVC ）、排气门提前角（EVO ）、排气门迟闭角（EVC ））[19]下的功率、油耗、排放变化，并找出其工作最优值。

基于GT-Power的8190柴油机涡轮增压系统仿真研究

10.16638/ki.1671-7988.2020.13.048基于GT-Power的8190柴油机涡轮增压系统仿真研究任运征，程伦，杨珂（长安大学，陕西西安710064）摘要：文章基于GT-Power仿真模拟软件，以8190柴油机为基础构建整机模型对涡轮增压系统进行研究。

通过更改不同的相继涡轮增压系统设置，如大小增压器的位置、流量比和增压器开闭，得到不同工况下的发动机运行参数并分析对比，使8190柴油机整机经济性和动力性处于最佳。

关键词：仿真模拟；相继涡轮增压系统；流量比中图分类号：U461.99 文献标识码：B 文章编号：1671-7988(2020)13-152-03Simulation Research on Turbocharge System of 8190 Diesel EngineBased on GT-PowerRen Yunzheng, Cheng Lun, Yang Ke（Chang'an University, Shaanxi Xi'an 710064）Abstract: Based on GT-Power simulation software, this paper builds a model of the whole machine on the basis of 8190 diesel engine to study the turbocharging system. By changing the settings of different successive turbocharging systems, such as the position of the supercharger, the flow ratio and the opening and closing of the supercharger, the engine operating parameters under different operating conditions are obtained and analyzed and compared to make the 8190 diesel engine economic and power is at its best.Keywords: Simulation; Successive turbocharging system; Flow ratioCLC NO.: U461.99 Document Code: B Article ID: 1671-7988(2020)13-152-03引言传统的涡轮增压系统已经难以满足排放法规和性能需求。

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第 24卷第 3期 2 0 0 8年 9月
长沙交通学院学报
JO URNAL O F CHANGSHA COMM UN ICAT IO NS UN IVERS ITY
Vol. 24 No. 3 Sep. 2008
文章编号 : 1000 - 9779 (2008) 03 - 0076 - 05
压缩比为 12. 5,标定转速为 1 000 r/m in,标定功率为 2 647 kW ,燃烧室形状为开式 ,排量为 199. 05 L ,气
缸数量为 16缸 , V 型夹角为 50°,增压方式为定压增压 ,空气中间冷却.
按照 16V240ZJ型柴油机中气体工质的流经路线 ,气体流经进气系统时 ,先、后经过空气滤清器 →
为压缩始点时的气缸内工质压力、温度和气缸容积 ; Vs 为气缸工作容积 ; p0 为发动机倒拖时的气缸压
力 ; C1 为气流速度系数 ; C2 为燃烧室现状系数.
由式 ( 1)求出瞬时平均换热系数之后 , 带入换热量方程式就可以求出整个工作过程气缸与外界的
换热量.
GT2Power采用一维交错网格 ,将柴油机进排气系统分成若干控制体积 , 应用有限体积法进行数值
= 0.
(5)
式中 : c,ρ, p和 F分别表示进口截面的流体流速、密度、压力和管截面积 , 其对应出口截面的参数分别为
c1
=
c
+
5c 5x
·dx,ρ1
=ρ+ 55ρx·dx,
p1
= p + 55px·dx和
F1
=F
+
5F 5x
·dx.
1. 3 发动机 Power模型
16V240ZJ型增压柴油机其主要技术参数有 :缸径 ×冲程为 240 mm ×275 mm ,连杆长度为 580 mm ,
GT2Power在机车柴油机上的仿真应用
王娟 , 李明海
(大连交通大学交通运输工程学院 , 大连 116208)
摘要 : 利用 GT2Power搭建了直喷式四冲程增压柴油机的仿真平台 ,其中包括 16缸模型、进排气管路模型、涡轮增压器模型和中冷器模型. 并在机车用大功率重载增压柴油机 16V240ZJ 型发动机上进行了工作过程模拟计算验证 ,计算结果与实验结果吻合良好 ,误差较小. 可见 , 利用 GT2Power软件建立仿真计算模型这种方法 ,为机车柴油机的性能研究提供便利. 关键词 : GT2Power软件 ; 16V240ZJ柴油机 ; 性能中图分类号 : U464. 172 文献标识码 : A
Abstract: GT2Power software is app lied for setting up a direct injection diesel engine model for four strokes, supercharged locomotive diesel engine. This model included in2cylinder model, intake system , exhaust sys2 tem , turbocharger, intercooler and the work p rocess simulation and computation of 16V240ZJ diesel engine w ith heavy load and high power are validated. From the contrast of test results and computation results, they have a good agreement and sm all error. It’s obvious that the m ethods by app lying GT2Power software for seting up sim ulation and computation model are useful, and can p rovide great advantages for studying locomotive diesel engine performance. Key words: GT2Power software; 16V240ZJ diesel engine; performances
1 模型的建立
1. 1 物理模型将该柴油机的整个热力系统模拟为几个串、并联的子系统所组成的物理模型 ,包括 :进排气子系统、
气缸子系统、进排气管子系统、燃油喷射子系统、中冷器子系统和涡轮增压子系统 ,以及相应的边界条件设置 ,共 6个物理模型. 1. 2 数学模型
本研究的数学模型中包括 3个子模型 :热力学子模型 (用来求解燃烧开始后燃烧室内压力、温度和燃烧产物 ) 、传热子模型 (用来求出工作过程总能量 )和环境模型 (用于考虑环境对系统压力、温度和成分的影响 ,也就是边界条件 ).
图 1 16V240ZJ柴油机计算模型
根据发动机的实际结构以及工质的工作过程 (见图 1) ,本研究利用 GT2Power建立的仿真模型如图 2所示. 包括 :进气系统、缸内系统、增压器、排气系统、曲轴箱以及相应的边界条件模型.
图 2 基于 GT2Power建立的整机模型
2 模型验证及结果分析
涡轮增压器与柴油机配合运行时 ,由于增压系统对发动机整个的运行有着很大的影响 ,因此有必要对增压器的工作状态进行分析验证. 图 5 ～8 分别表示通过计算得到的增压器在标定工况下的工作状态. 将计算得到的运行点以数据的形式表达出来 ,并将其与实验值进行对比 ,见表 1. 在表 1中 ,对比了燃油消耗率、最高爆发压力、平均指示压力以及压气机 (涡轮机 )的转速和增压比等. 从表 1可以看出 , 计算值和实验值有较好的吻合 ,误差较小 ,满足了计算精度的要求 ,所建立的模型是可信的.
近年来 ,对发动机进行仿真计算的软件有很多 ,如 : AVL 公司的 Fire, Boost软件及 Gamma Technolo2
收稿日期 : 2008 - 05 - 04 作者简介 :王娟 (1981 - ) ,女 ,大连交通大学助教 ,硕士.
第 3期
王娟 ,等 : GT2Power在机车柴油机上的仿真应用
The applica tion of GT2Power software on the locom otive d iesel
WANG Juan, L IM ing2hai
( School of Traffic and Transportation Engineering, Dalian J iaotong University, Dalian 116028, China)
80
长沙交通学院学报第 24卷
计算值实测值相对误差
燃油消耗率 / ( g·kW - 1 ·h - 1 )
213 210 1. 43%
表 1 标定工况计算值与实测值的比较
最高爆发压力 / Pa 1. 174 ×107 1. 255 ×107
(1)
dy
式中
:
y是无因次时间函数
,
y
φ =φ
vE
-
φ vB
-
φ vB
=φφ- φvB ;φ,φvB和 φvE分别为瞬时曲轴转角、燃烧始点角和燃烧 z
终点角 ;φz是燃烧持续角 ; m 是燃烧品质指数 ; c是常系数.
传热子模型中周壁传热系数采用 W oschni公式 [4 - 5 ]计算 ,即
α g
采用了软件中自有的零维燃烧模型三段韦伯函数模型 ,它是由 3个韦伯函数叠加而成 ,将整个燃烧过程分为预混合燃烧、主燃烧和后燃 3个阶段. 通过联立 3个守恒方程 (即 :能量方程、质量守恒方程和理想气体状态方程 ) ,就可求出缸内气体压力、温度和质量. 韦伯燃烧模型 [3 ]为
dx = c (m + 1) ym ×e - cym + 1.
6. 45%
最高温度 / K
1 880 -
平均指示有效压力 / Pa 1. 78 ×106 1. 61 ×106
7. 50%
压气机转速 /涡轮机转速 22 605 /22 605 23 500 /23 500
3. 81%
压气机增压比
2. 57 2. 58 0. 40%
2. 2 牵引特性的计算分析及验证柴油机的牵引特性是柴油机在机车上运用时的功率输出特性. 因此计算分析柴油机的牵引特性 ,以
计算 ,计算格式为显式. 标量在网格中心计算 ,如 :压力和温度等 ; 矢量在网格的交界面计算 , 如 :速度和
质量流量等. 一维非定常流动计算的基本控制方程 [6 ]为
1) 连续性方程
55ρt +ρ·55xc
+
c·55ρx +ρFc
·dF dx
=
0.
(3)
2) 动量方程
5c 5t
+ c·55xc
+ρ·55px
2. 1 标定工况下模型的验证
第 3期
王娟 ,等 : GT2Power在机车柴油机上的仿真应用
79
根据建立的 GT2Power模型 ,首先进行标定工况下模型的验证计算. 选定转速为 1 000 r/m in,平均有效压力为 1. 609 M Pa,试验测得的燃油消耗率在 210 ～217 g / ( kW ·h)之间 ,供油提前角是上止点前 21°,增压器转速为 23 500 r/m in时的工况为参考标定工况. 实测缸内压力和喷油嘴端压力 ,将计算得到的缸内压力、喷油压力值和实验测得值对比 ,如图 3, 4所示.
77
gy公司的 GT2Power等 ,其中 GT2Power软件由于其界面简单、易于操作、计算速度快及精度高而被广泛使用. GT2Power软件不仅用于发动机稳态和瞬态的仿真计算 ,也可以进行发动机 /动力系统的控制系统分析 ,它在汽车领域已有了广泛的应用.