AVL燃烧分析及在标定的应用培训
基于AVL-Fire的柴油机缸内燃烧仿真模拟
基于AVL-Fire的柴油机缸内燃烧仿真模拟程清波;卢莉莉;耿莉敏;王城【摘要】对于柴油机来说,燃烧过程的好坏直接影响着发动机的动力性、经济性和排放性.文章运用CFD软件AVL-Fire对某柴油机的燃烧过程进行仿真模拟,建立燃烧室三维模型,划分计算网格,选择合适的计算模型,初始条件,边界条件进行数值计算,并对仿真结果进行描述,分析其速度场、温度场和压力场,为燃烧室优化设计提供参考.【期刊名称】《汽车实用技术》【年(卷),期】2016(000)011【总页数】2页(P28-29)【关键词】柴油机;仿真;燃烧室;燃烧过程【作者】程清波;卢莉莉;耿莉敏;王城【作者单位】长安大学汽车学院,陕西西安 710064;长安大学汽车学院,陕西西安710064;长安大学汽车学院,陕西西安 710064;长安大学汽车学院,陕西西安710064【正文语种】中文【中图分类】U467.310.16638 /ki.1671-7988.2016.11.011CLC NO.: U467.3 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2016)11-28-02 发动机缸内燃烧过程研究是内燃机设计与研发领域的关键部分。
近年来，随着计算流体力学的发展与进步，国内外各研究机构都开展了相应的研发计划，数值模拟技术愈来愈成为发动机研发者青睐的方法，并引领着发动机的进步与革新。
目前，发动机缸内燃烧数值模拟的研究已取得一定成果。
本文采用奥地利AVL公司开发的内燃机燃烧模拟专用CFD软件Fire，分析柴油机的缸内燃烧情况，以期进行改进[1]。
1.1 三维模型的建立及网格划分根据某柴油机的实际形状，以Fire软件中的ESE Diesel模块为平台，适当简化建立燃烧室的二维平面模型，由于活塞是对称形状，燃烧室的一半如图1所示：使用Fire软件ESE Diesel模块生成网格，网格质量较高。
ESE Diesel模块会根据需要对燃烧室部分区域网格进行细化，以达到较好的计算效果，三维立体动网格由平面网格旋转得到，所选柴油机是四孔喷油器，为了简化计算模型，取整个燃烧室的1/4为计算域，网格数为31324个[2]。
AVL燃烧分析及在标定的应用培训资料讲解
3、LNV IMEP 为N个循环的最小IMEP当小于
80%时发动机有失火（怠速除外）。
8/21/2012
30
Thermodynamic Correction
Ref: AVL IndiCom User Manual
31
Thermodynamic Correction
32
设置点火信号的工作范 围及观察窗口。
14
Ignition Signal Set-up （点火信号设置）
15
IndiCom Results（采样结果）
选择要测量和计算的参数
16
Pmax（最大燃烧压力）
17
PMax （最大燃烧压力）
18
Indicated Mean Effective Pressure（平均有效燃 烧压力）
点火顺序及转角 。
Type(类型) strokes/cycle(冲程) stroke（缸径）
conrod(活塞连杆中心距) bore(行程) compression（压
缩比） polytropic coefficient(汽油1.32，柴油1.37，直
喷1.35)。
2
Angle Encoder（较标仪）
9
Cylinder Pressure Set-up（绝对压力设置）
由于此类型压力传感器只能测量压力的变化值，而不 能直接测量出压力的绝对值，因此按图示设置零位修 正（zero level correction）以便能计算出压力的绝对 值。
10
Cylinder Pressure Set-up （绝对压力设置）
AVL Indicom SetUp（AVL燃烧分析设置）
Equipment & set-up of AVL Indicom system for combustion measurement（AVL燃烧分 析的基本设置）
AVL_FIR应用精华总结
A VL Fire软件的使用教程点1.Number of closure levels是指的细化程度。
2.●准备stl 文件（Pro/E 模型save as） 0-3 天取决于CAD 模型的好坏● 建立2D 初始拓扑网格 4 天用MSC/Patran 或Hypermesh● 产生3D 初始拓扑网格半天用MSC/Patran 或Hypermesh● 用FAME 完成网格 1 天 AVL FAME● 检查调整网格质量（付体积、雅可比等）半天 AVL FAME● 修正坏单元( 分成四面体单元等方法) 半天用MSC/Patran 或Hypermesh。
这是AVL 进行项目分析时的一个参照时间。
由于后期可能会进行10－20 个改动方案的计算，以便确定最优方案，所以只要在原初始拓扑的基础上稍加改动，便可产生新的优质网格，大大缩减改动方案的网格划分所需时间。
同时由于六面体的计算机资源也占用得少，计算速度也快，大大加快了项目的分析进度。
工程师可把主要时间用于接触定义、边界定义和结果处理等，将精力集中在优化设计方案的分析和筛选上。
可用MSC/Patran 或Hypermesh 做初始拓扑，网格能匀称地跨越几何表面为佳（一般网格节点离表面2mm 左右）.用于EXCITE 悬置振动响应计算的整机网格，控制在1 万单元以内；EXCITE 噪声计算的网格控制在5 万单元以内，可使用与壳单元的联合网格。
静力分析（变形和应力）中，切割出CAD 模型的分析区，比如：可以是半个缸体，也可以是整个机体裙部和油底壳等，由分析目标而定。
根据结构做不同拉伸方向的拓扑，最后完成的网格一般可控制在80-100 万以内。
3.网格质量的检查过程与注意的问题：1】在工作域上选择体积网格。
2】在FH 应用工具栏的info 中选择Checks。
3】Required checks 这一栏里的选项是必须要检查的，选择上所有的选项，如下图所示，在Recommended checks这一栏中是推荐用户进行选择的。
AVL BOOST 2019培训课件
2020年7月AVL Simulation Suite是AVL公司推出的一款功能强大的仿真套件，包含了AVL BOOST、AVL CRUISE、CRUISE M、AVL FIRE、AVL EXCITE等多个仿真模块，其中AVL BOOST完全集成的IC引擎仿真软件，能够提供先进的模型，可以准确预测发动机性能，排气管排放和声学；AVL CRUISE是一种灵活的车辆传动系统模拟解决方案；CRUISE M是一种多学科的车辆系统仿真工具，可以在办公室中用于动力总成概念分析，子系统设计和虚拟组件集成；AVL FIRE则是用于内燃机的领先的计算流体动力学（CFD）模拟软件包，是开发电动动力总成主要组件的有力工具。
新版本的AVL Simulation Suite 2019 R2带来了全新的功能和改进，可以大幅度的提高用户的工作效率。
主要准备数据⏹几何结构◆管道数据，包括管道的长度，直径，弯曲半径◆汽缸数据，包括缸径，冲程，压缩比，连杆长度，活塞销偏心，气道表面积，缸头表面积，活塞表面积，气门座直径，气门升程，气门间隙◆中冷器结构及流动性能参数◆涡轮增压器的涡轮机和压气机的map 图◆空滤器结构及流动性能参数◆催化转化器结构及流动参数⏹试验数据◆试验过程中的环境压力和温度◆试验的油耗，功率，扭矩◆试验的涡轮机数据，包括涡前涡后的温度和压力以及压前压后的温度和压力软件界面介绍菜单栏快捷方式当前模型元件树元件库(双击可将元件加载到模型区域)模型区域信息栏主要元件介绍在page setup 中定义图形纸张的大小，方向，节点的大小和节点单位等软件操作基本步骤步骤1 ：图形建模1. 将元件布置到建模区域2. 用管道连接各个元件3. 布置测量点4. 确定计算充气效率的参考点步骤2 ：输入参数1. 全局参数2. 各个元件的参数步骤3 ：计算模型步骤4 ：分析计算结果，改进模型1、图形建模充气效率参考点注意管路方向测量点操作说明：⏹双击Element元件可对模块参数进行定义单击选中模块后可以移动和缩放⏹调整连接管道位置时，按下Shift可以关闭节点对齐功能⏹元件位置的微调要按住shift，R键可以旋转⏹管道连接时：黑色点表示流体接口，蓝色点表示信号连接，橙色点表示机械连接，绿色点表示后处理管路连接⏹管道连接时注意管道的方向，一般应与流动方向一致⏹凡是元件有方向性时，其连接点时带有方向的三角形⏹选中元件连接节点，拖动鼠标可以将连接点移动到合适的位置Copy Data元件参数设置时，有相同结构参数的多个元件可采用copy data功能减少数据输入的工作量◆选中元件◆Element菜单可用◆选择Copy Data◆在弹出的窗体中copy参数给相同对象2、输入参数2、输入参数-全局参数全局参数模型计算任务计算收敛控制循环仿真（换气、性能相关）后处理仿真（排放相关）NVH仿真（噪音相关）2、输入参数-全局参数全局参数计算收敛控制模型管道网格精度定义物质性质⏹Classic是缺省设置，主要用于常用的发动机的工作过程计算，在这种设置下程序在这种设置下程序在这种设置下程序在这种设置下程序所考虑的物质成分是燃烧产物，新鲜空气和燃油蒸汽⏹General 用户自定义物质成分，并且也可以自定义各物质之间的反应方程以及反应系数，对应某些化学反应速率不能忽视的燃烧概念比如HCCI ，可以应用这种方式，另外也能够定义详细的排放物生成反应模型。
AVL燃烧分析仪去除燃烧噪声的研究 (1)
第 1期
岳常智等 : AVL 燃烧分析仪去除燃烧噪声的研 究
43
据采集单元包 括 8 个 快速通 道和 16 个慢速 通道。 快速通道用于采集高频信号, 慢速通道用于采集低 频信号。信号放大器包括应变放大器、 石英放大器 和载荷放大器, 分别对应于应变传感器、 石英压力传 感器和进排气阀升程传感器的信号放大。根据需要 还 能对 数 据采 集 单元 和 信号 放 大器 的数 量 加 以 扩充。 1. 3 试验设备与仪器 图 1 所示为该试验设备 , 试验机采用四冲程直 喷式 1135 型柴油机, 四气门 , 喷油器中心正置 , 试验 中使用的主要测试仪器是 AVL620 燃烧分析仪。试 验机主要技术参数见表 1。
2
2. 1
减小误差的主要方案
减小误差的主要理论 本实验主要采取均值滤波 的方法, 对由通道效
应所产生的误差进行修正。 在测压通道内所用的误差均可以近似地认为是 高斯分布的白噪声。在去除噪声时大多选择线性平 滑滤波、 均值滤波、 中值滤波这三种方法。 线性平滑滤波器因易于设计和在多数场合的优 越性能而成为信号处理的重要手段, 尤其表现在信 号频谱和噪声 频谱具有 显著不同 特征的时 候。然 而, 在进行通道效应所产生的误差处理时, 经常要处 理具有陡峭边缘也即具有很宽频谱的信号 , 线性平 滑滤波器却在平滑噪声的同时也使图像边缘变得模
和处理之后的结果。 图 5 为不经滤波时放热率曲线 , 我们可以看出 , 这个放热率曲线锯齿很多, 误差十分大 , 基本属于错 误的曲线。
3
实验结果比较与分析
图 3 中锯齿较多的是原始 缸压曲线, 比较光滑 的是经过数字滤波模块处理之后的曲线, 可以看到 , 未经过任何处理的缸压曲线, 由于有通道效应的存 在, 使得曲线极不光顺, 用它来计算缸内其他数值误 差较大 , 而经过数字滤波处理之后的曲线变得较为 光滑 , 但是着火点不够明显, 还是存在较大误差。这 说明 , 在处理具有陡峭边缘也即具有很宽频谱的信 号时 , 数字滤波的效果不是很明显。
世界四大内燃机设计咨询公司概况(AVL等)
奥地利AVL、德国FEV、英国Ricardo、美国Southwest Research Institute，并称内燃机设计咨询业内四巨头，他们对于发动机的设计都各有各的计算评价标准而且都为行业所认同。
简介如下：1 SwRI- Engine, Emission and Vehicle Research （美国西南研究院1947 年）全名：Southwest Reserch Institute中文名：美国西南研究院，发动机、排放和车辆研究所成立年份：1947年总部：得克萨斯州，圣安东尼奥San Antonio, Texas美国西南研究院——SwRI成立于1947年，是一家独立的、非赢利性质的应用技术研发机构。
研究院拥有3200多名员工，总部位于美国德克萨斯州圣安东尼奥市，占地1200多英亩，其中近200万英尺的最先进的实验室及各类试验设施、车间和办公用地。
2009财年总收入为5.64亿美元。
美国西南研究院在美国和世界多地设有办事处，以及时反映客户需求和更好地服务本地客户。
发动机、排放和车辆研究所（Engine, Emissions and Vehicle Research Division）是美国西南研究院的一个重要技术部门，具有当前行业顶级的研发能力、世界一流的设备及工程技术人员为客户提供各种技术服务。
部门提供的服务包括：发动机、变速器和传动系统的设计和分析柴油和天然气发动机开发与研制传动控制系统的开发与研制摩托车和小型发动机技术的开发与研制变速器及车辆的开发与研制2 AVL List（奥地利1948年）全名: Anstalt fur Verbrennungskraftmaschinen List中文名：AVL李斯特，李斯特内燃机及测试设备公司全球总部：奥地利格拉茨Graz, Austria创始人：Prof. Dr. h.c. Helmut List. 创立年份：1948年李斯特内燃机及测试设备公司(AVL List GmbH)成立于1948年，3,100名员工。
22_柴油机多维燃烧模拟计算与分析_天津大学焦运景等
网格正视图
网格剖面图
a P k / P 力 压
8000
6000
计算值 实测值
4000
2000
0
200
240
280
网格透视图 网格上视图 图 2 计算网格示意图(BDC) Fig.2 3-dimension CFD Mesh of Chamber(BDC) 2.3 计算初始参数的确定 为减少计算时间，本研究在柴油机的燃烧模拟 中没有考虑进气冲程，对燃烧过程的模拟从进气门 关闭时刻开始计算，到排气门开启前结束。由于在 440 CA 后 NO 排放物的生成趋势已基本趋于稳定， 碳烟的氧化速度也已很慢，为节约计算时间，本文 模拟计算在 440 CA 时结束。计算步长上止点前为 0.5 CA，上止点后为 0.1 CA，计算历时 48 个小时。 计算初始设缸内压力和温度处处均匀，初始缸 压为 237.5kPa，初始缸温为 340.6K，气缸的初始边 界条件根据经验，设燃烧室壁面温度 593K，缸盖壁 温为 553K，缸套壁温为 403K；燃油的初始温度为 353K。 喷嘴喷孔个数、喷孔空间夹角、喷孔直径及喷 嘴的空间位置都按该柴油机的实际值输入。由于缺 乏喷油规律的实测数据，喷油规律假定为方波脉冲 燃油喷射规律。 3 计算模型的验证 计算模型的验证 在模拟计算过程中除了建立正确的模型和输入 正确的发动机相关结构参数外，选择准确的燃烧模 型参数来描述缸内燃烧过程是模拟计算结果达到最
ρ
t
∂ui ∂x j
µ ； G = −g σ
i
t p
∂ρ ∂xi
；µ
t
= Cµ ρ
k2
ε
µ
ε1
ε2
ε3
ε4
k
柴油共轨发动机标定培训材料PPT学习教案
会计学
1
标定的重要性
什么是标定 控制软件为了通用性，其中的各种参数（常量、1D、2D 变量）都是以变量的形式出现 对这些变量进行变动，使发动机性能最优化的工作称为标 定
为什么要标定 为了广泛适应，电控软件中所有的变量都是可调的 将所有变量赋予优化值的过程称之标定（Calibration) 可以通过标定最大限度地发挥柴油机潜力，达到最优 标定很差的发动机性能甚至会比机械泵还差
团队合作精神、明确的目标、科学务实的作风、 不屈不挠的努力是取得成功的基石
第16页/共18页
17
谢谢！
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18
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2
标定的重要性
标定环境与工具
必须使用开发用ECU——与产 品ECU不同
必须采用“标定工具”——如 后述的VISU、INCA
标定环境——含标定软件的PC 机，接口、通讯协议
柴油机的标第定2页/共比18页汽油机更难
汽油机的燃烧3 与燃烧室、进气
标定的内容
发动机标定 传感器标定 电喷系统零部件标定 发动机性能标定 发动机排放标定 最大功率、扭矩、转速限 制
11. 热环境验证
12. 高原验证
14. 最终验证 (排放、OBD、可驾驶性、性能)
第4页/共18页
5
5. 首辆车辆准备
6. 车辆原型优化 (排放、 可驾驶性、性能、冒烟、 噪声、诊断)
13. 冷环境验证
高温标定
为什么需要高温标定 柴油机在高温下运行可能碰到的问题：柴油机和共轨系统的工作条件发生变化
第7页/共18页
8
高寒标定
高寒标定时，在极端低温下测试标定结果。进行冬季测试之前，应大体标 定完常用工况的可驾驶性与排放： 起动性能与预热。在冷起动试验室中完成基本标定后进行 驾驶性能：在易滑路面上测试车辆的可操纵性，标定其驱动控制脉谱。 标定低温时的低怠速控制器。 共轨油压：发动机起动时共轨油压的建立，起动结束后的稳定性。 与发动机温度有关的全负荷增量。在低怠速工况与车辆起步时，限制 后的输出扭矩是否能够保证冷态发动机足以正常运转，或者在全负荷 工况下是否需要更大的输出扭矩?参见标定说明“冒烟极限限制油量” 低压油路：密封材料在低温时容易变脆，燃油油路中的软管接头仍然 能够保证密封完好而不泄漏吗？低压油路会泄漏，或有空气侵入吗？
avl_boost软件应用
AVL BOOST软件简介AVL BOOST是一个为建立整台发动机的模型而开发的一套模拟程序。
它不仅可以在设计阶段预测发动机的稳态性能，而且还可以分析成型发动机的热力学过程。
模拟的目标是减少在昂贵的试验台架上的投资，并且可以在计算机上用一种或更多种能应用于实际的产品更换原来的机型。
它可以进行一维发动机工作过程模拟（包括实际循环模拟、换气过程模拟）计算，使用户建立一个完整的发动机模型（包括各种附件，例如空气滤、EGR系统等），进行发动机稳态及瞬态性能方面计算，同时可以优化进、排气系统等一些影响性能的主要零部件的设计。
该软件可以应用在下列范围：♦各种发动机草案的对比♦在不损害功率输出，扭矩和燃油消耗的情况下优化组件的几何形状，例如进气系统，排气系统，气门尺寸等。
♦优化气门正时和凸轮型线♦增压系统的设计♦声学♦发动机瞬态性能的评价（加速/加载，减速/卸载）AVL BOOST已经应用于很多种种发动机的开发和优化任务。
该软件包括交互式预处理程序、主程序和后处理程序三部分。
预处理程序：提供了基于windows技术基础上的图形界面，它包含一个模型编辑器，所需数据由模型编辑器指导输入。
建立发动机的计算模型时，先用鼠标从菜单中选择出所需的模块，然后用管件把它们连接起来。
由于有大量的模块可供使用，用这种方式可以模拟较复杂的发动机配置。
主程序：为所有可应用的模块提供了理想的模拟算法。
管道流动采用一维模拟，通过解气体动力学方程得出管道横截面上的压力，温度和流速的平均值。
流动损失由于受三维空间的影响，在发动机的特定位置通过适当的流量系数加以考虑。
后处理程序：对模拟的大量结果进行分析。
想要显示的数据可以从计算模型图中直接选取。
后处理程序为计算结果的分析提供下列形式：信息分析：程序在运行时信息可以根据信息类型，模块或曲轴转角来分类。
瞬态分析：每一循环计算的平均值可以根据循环号或时间来进行显示。
图形分析：图形显示的是模拟的最后一个循环的结果，横坐标为曲轴转角，纵坐标为各种发动机指标（包括发动机功率、扭矩、油耗等）。
燃烧机培训课件-2024鲜版
源利用率越高。
排放指标
02
包括烟气中的CO、NOx、SOx等有害物质的含量，排放指标越
低，对环境的污染越小。
燃烧稳定性
03
指燃烧机在不同工况下的燃烧稳定性，稳定性越好，运行越可
靠。
16
不同类型燃烧机性能比较
燃油燃烧机
热效率高，排放指标低，但需要定期清洗和维护，对燃油品质要 求较高。
燃气燃烧机
热效率高，排放指标低，运行稳定，但需要接入燃气管道，使用 成本较高。
安全培训内容
包括燃烧机安全操作规程、事故应急处理措施、消防安全知识等；针对不同岗位人员制定相 应的培训计划，提高员工的安全意识和操作技能。
安全培训形式
采用理论授课、案例分析、实践操作等多种形式进行培训；定期组织员工进行安全知识考核， 确保培训效果。
2024/3/28
演练计划安排
制定燃烧机事故应急演练计划，明确演练目的、时间、地点、参与人员等；定期组织员工进 行演练，提高员工应对突发事件的能力；对演练效果进行评估和总结，不断完善应急预案和 措施。
8
燃烧机运行参数调整
温度调整
根据生产需求，调整燃烧 机的温度设定值，确保燃 烧室温度稳定。
2024/3/28
压力调整
通过调整燃烧机的压力参 数，确保燃料与空气混合 比例合适，提高燃烧效率。
火焰检测
定期检查火焰状态，调整 火焰检测器的位置和灵敏 度，确保火焰稳定。
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日常维护与保养事项
清洁工作
定期清理燃烧机及其附 件的灰尘和杂物，保持
生物质燃烧机
环保性能好，使用可再生资源，但热效率相对较低，需要较大的 燃烧空间。
2024/3/28
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选型建议及实际应用案例
AVL燃烧分析及在标定的应用培训ppt课件
Use Loss Angle = 0.7° CA for Motored Pressure.
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Thermodynamic Correction
Ref: AVL IndiCom User Manual
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Thermodynamic Correction
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观察窗口的设置
11
Cylinder Pressure Set-up （绝对压力设置）
12
Ignition Signal Set-up（点火信号设置）
直接从点火线圈和ECU连接 线上取点火信号。
设置当电压下降到多少V时火 花塞点火。（如1V，这和点火 线圈的特性有关）
13
Ignition Signal Set-up （点火信号设置）
9
Cylinder Pressure Set-up（绝对压力设置）
由于此类型压力传感器只能测量压力的变化值，而不 能直接测量出压力的绝对值，因此按图示设置零位修 正（zero level correction）以便能计算出压力的绝对 值。
10
Cylinder Pressure Set-up （绝对压力设置）
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Heat Release（热量释放）
22
Heat Release
23
Knock（爆震）
爆震采样时间≤ 0.1DC才能有效观测到爆震。
AVL_BOOST进行发动机验证计算时应注意的几个问题
AVL BOOST发动机性能验证模拟时应注意的几个问题闫小俊（A VL AST，上海榕桥路327号）摘要：讨论A VL BOOST应用于发动机性能验证模拟时应注意的几个问题关键词：匹配验证主要软件：A VL BOOST1. AVL BOOST目前的应用情况和实际问题在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。
目前，国内的发动机和整车行业较少做一个全新发动机的设计项目，但是为了适应多变的市场需求，对现有发动机的改型设计是发动机性能开发工程师的一个主要任务。
众所周知，要想对发动机性能进行合理的改进，从模拟计算上来讲，首先要保证原型机计算模型的计算结果与实测结果一致，即计算模型的设置参数是正确的前提下进行设计参数的优化。
本文就如何对模型参数进行合理的调整，从而使得模拟结果与实验结果相一致应注意的几个问题进行讨论2.模型建立时关键边界条件的设置2.1 摩擦功的设置发动机全负荷时，摩擦功占总输出功的15%～25%，因此摩擦功的准确设置是重要的。
在BOOST中，摩擦功做为边界条件，需要通过实测或者采用经验公式进行确定。
下面就这些方法进行总结。
2.1.1 实验方法实验方法有示功图法，倒拖法，灭缸法和油耗线法。
其中示功图法是最为准确的方法，但是其要求能够测量缸压以及准确的上止点标定。
倒拖法是目前国内最常采用的方法，但是倒拖法测量的倒拖功包含一定的泵气损失，并且随着压缩比的上升，其误差会增大，因此适用于压缩比不高的汽油机，用户在boost模型中，可以设置倒拖模式，计算给定转速下的泵气损失，将实测得到的倒拖功减去泵气损失，即为摩擦损失。
灭缸法要求切断一个气缸的供油和点火时，不致引起其它缸进排气特性较大的变化，因此不适用于汽油机和增压发动机,其适用的范围很小。
油耗线法实质上是做发动机的负荷特性试验，所需的测量设备最少，但是其不适合量调节负荷的汽油机，适合于增压比不高的柴油机（增压压力小于 1.5bar），对于中高增压的发动机，除了示功图法外，目前尚无其它适用的试验方法来取代。
AVL技术资料AVL.活塞故障诊断
活塞故障诊断黄第云 李红庆（广西玉柴机器股份公司技术中心 广西玉林市天桥西路88号）摘 要：通过A VL GLIDE 的仿真计算，活塞敲击模拟结果和故障件吻合，并就活塞强度的几个问题展开讨论，找出活塞故障的原因为改进提出建议。
关键词：活塞、故障诊断主要软件：A VL GLIDE1 前言一个有内冷却油道的活塞（图1）裙部缺口处出现裂纹后，造成活塞裙部断裂，继而致使缸套、缸体损坏。
应用AVL GLIDE找出故障原因，并提出建议改进。
示功图（图2）选取最大扭矩转速和标定转速工况进行分析。
图1 活塞模型图2 最大扭矩和标定工况燃气压力曲线2 零件及轮廓参数①活塞动力学分析需要的零部件活塞；第一道气环；第二道气环；油环总成；活塞销；气缸套；连杆总成。
如右图所示。
②定义活塞的经线（图3），显示热态的轮廓几何表面（图4）。
图3 活塞热态轮廓线图图4 轮廓热态几何表面图③定义缸套轮廓缸套相对于名义直径的径向半径偏差主要为缸套热负荷形变，缸套的温度场参照同类机型缸套的硬度塞测温试验结果，工作时的缸套热态轮廓线和几何表面分别见图5、图6。
图5 缸套热态轮廓图6 缸套热态几何表面活塞工作时裙部主要承压区域（红色）④活塞的刚度计算，首先画出六面体活塞网格（图7），通过有限元算出活塞的径向位移（图8）。
图7 活塞有限元网格图8 活塞的径向刚度分布3 计算结果及分析3.1 仿真与故障件结合分析选取两个关键的活塞敲击时刻（活塞离开上止点走3度和17度），活塞敲击情况见活塞敲击模拟的动画示意图（图9）。
上止点下行走3度 上止点下行走17度图9活塞敲击示意图(标定工况)活塞在下行的时候（也就是在上止点走3度）对活塞裙部有一个反踢（敲击），这个区域刚好在活塞主承压面侧的裙部底边。
而活塞裙部型线最低边刚好有1mm的倒角，和裙部桶体椭圆没有做圆弧过渡。
活塞从上止点下行走17度，活塞与缸套发生强烈敲击（最大接触压力达23 MPa）。
对于柴油机而已，铝合金活塞与缸套的接触压力一般小于15 MPa为宜，最大接触压力区域正好为活塞裙部的中部，这在故障中缸套的冲击位置吻合（图10）。
AVL_EXCITE_Piston_and_Rings学习整理
AVL EXCITE Piston ＆Rings 软件学习交流1.1 概述EXCITE Piston ＆ Rings软件是AVL Workspace系统中的一个应用软件模块，为原GLIDE的升级版本，该系统具有常规的友好用户界面的模拟环境。
模型通过使用通用的图形块编辑器而建立，用预制模板生成2D 曲线和3D 动画结果。
图1-1给出了活塞组件的模拟模型。
图1-1 活塞组件模型作为GLIDE的新版本，软件增加了一些新功能，主要有：（1）增加了润滑油种类的选择；（2）增加了燃气压力曲线或热力边界随转速变化的插值；（3）增加了便准报告输出；（4）增加了Crank train global对话框图片显示，如图1-2；（5）可定义多个活塞型线和缸套型线，选择使用。
图1-2 Crank Train Globals对话框及图片显示EXCITE Piston ＆ Rings模块专门针对往复式内燃机活塞系统运动特性进行开发设计。
软件可以进行高效的活塞运动分析模拟计算，不论是针对单体活塞还是复合结构活塞，都能进行特性分析，给出可信的结果。
软件中的解析公式认为活塞-缸套的分界面为块状质量，具有三个自由度。
模型可模拟单体活塞或者复合式活塞，并加上刚性联结的连杆后，模型建立完成。
活塞的运动由缸套来约束，关于三维的活塞-缸套相互作用关系，软件考虑了活塞和缸套在轴向和周向的形状。
活塞轮廓线在径向方向上还具有弹性。
在三维活塞-缸套相互作用仿真中，活塞和缸套视为集中质量，并考虑活塞和缸套表面的轴向和周向轮廓，以及活塞径向刚度。
活塞的运动受到气缸压力、惯性力、绕活塞销轴线的转动力矩、连杆的反作用力和摩擦力等的影响。
对活塞动力学分析，软件能对燃烧运行的发动机活塞、活塞环、缸套组件进行二阶运动分析，获得活塞运动的动态成分：弹性接触力、摩擦损失和动能。
因此，计算结果也显示了优化目标，如：降低摩擦损失和磨损、减小活塞敲击噪声、减小缸套穴蚀等。
AVL 415 系列滤纸式烟度计培训
AVL 415 滤纸式烟度计内部综合培训周渊/ AVL 中国27.10.2012颗粒（及烟度）组成和测量设备碳氢（机油）碳“ C “碳氢(燃油）金属和其他硫水稀释颗粒由SPC472 或者CEC 全流稀释通道测量黑碳“ C “通过415s 滤纸烟度计测量439 不透光烟度计用于测量的烟度包括：-黑烟=碳”c”-蓝烟=可见的“碳氢蒸汽”-白烟=可见的“水蒸气”（取决于温度和浓度）Composition of Diesel Particulates在发动机试验台架上柴油排放测量系统的应用范围测量仪器滤纸式烟度计415/415S部分流系统SPC 472不透光度计439检测的成分全部柴油颗粒（滤纸称重-稀释后）烟密度应用ECE R 49, ESC, ETCEEC 91542, ISO 161838法规的认证试验, 研发ECE R 24 HD EURO III, ELR 法规的认证试验研发,生产累积测量累积测量实时在线测量方法研发,生产,特殊法规试验"C",黑烟全流系统AVL CEC Series CFV CVS气体排放全部柴油颗粒（滤纸称重-稀释后）研发,ECE R 49, ESC, ETCEEC 91542, ISO 16183,ECE R 86, EEC 70720,CFR 40, part 86法规的认证试验实时在线累积测量碳烟测量的基本概念和基本原理1.碳烟颗粒（Soot Particle)是在碳氢化合物高温下裂解或燃烧产生的(直径>1nm)。
2.碳烟颗粒测量是通过光学方法确定与被采集烟度大小成比例的滤纸黑度滤纸黑度PB(Paper Blackening) PB= 10*(1-Rb / Rw)Rb为采过烟度的滤纸反射值，Rw为干净滤纸反射值3. 碳烟可用三种结果表征：•滤纸烟度数FSN（Filter Smoke Number),无量纲，0-10,由ISO 10054定义FSN = PB 在405mm有效烟柱采样长度，100kpa, 25度条件下（BOSCH烟度数SZ = PB, ）•碳烟浓度（mg/M3)•污染级（%）仅日本用光学方法确定与被采集烟度大小成比例的滤纸黑度Influence to Results Due to Flow Resistance on the Loaded Filter PaperAVL Smoke Meter 415 / 415S Vs AVL409 ( or local)Comparison FSN / Bosch NumberBosch Number:Sampling Volume:330 cm3Filter Area:8,14 cm2 (d=32 mm) Effective Length:40,5 cmFSN:Effective Length:40,5 cm Temp. at Filter Area:25 °C Press. at Filter Area: 1 barAVL415:Diesel Smoke Measurement withNew Sampling Technology•Internal temperature, pressureand flow sensors secure highreliability and comparibility of themeasurement results•High accuracy and bestreproducibility also for lowestsmoke values•Variable sampling volume•Continues sampling (constantsampling velocity)•Flexible power supply for differenttest applications•automatic calibration, convenientoperationFilter Method –Effective LengthDead volumeS a m p l e v o l u m eFilter areaE f f e c t i v e l e n g t hSample volume –Dead volume –Leak volumeFilter areaEffective length =(ISO DP10054规定)Filter Method Effective LengthFilter Smoke Numbers vs. Carbon ParticulateFilter Paper Loading vs. Paper Blackening Plotted for Different PB RangesCorrelation between FSN and soot ConcentrationIf “c” part is more than 15%, can quick calculate as following:Relation Between Opacity and FSNRelation at low smoke FSNExample of Sensitivity and Zero StabilityOpacimeter values at low soot emission0.100.050.00k(m )-10102030Time –minutes0.120.130.200.37FSN =Note: This is why so many 415S were used in R&DAVL 415S Smoke Meter•High sensitivity by variable samplevolume ( resolution 0.01 FSN,repeatability better 0.05 FSN )•Big filter paper roll with 1200measurements per roll•Integrated paper spool deviceas standard•Optional heating ( instrumentand sampling hose )•Conform to newest CE leveland Protectionclass IP 34Smoke Meter 415 Functional DiagrammNEW DESIGNELECTRICAL ENCLOSUREMECHANICAL ENCLOSUREGAS PATHAUTOMATIC WORKING SEQUENCESHOP AIR PURGINGOPTION HIGH PRESSURE UP TO 3000mbarPARTICLE TOWEROPTION STRATEGYSMOKE METER 415S G002Heating1CH or 2 CH SpecialSampling 110VACAdvancedShop AirFilter Paper remainRSI –TCP IP +PC SOFTWAREIn ScreenReal 3000mbarSpecial Sampling6 x D 6 x D 5 x D 3 x D3542176D1AVL 排放柜_催化转换器前5AVL 415 S 滤纸式烟度计2AVL 排放柜_催化转换器后6发动机3AVL 472 颗粒取样器7催化转换器4AVL 439透光式烟度计部分流排放直采系统_采样点布局图1.从排气管到稀释通道须上斜方式安装（以避免冷凝水留在设备中）。
2024版燃烧器培训课程
0102燃烧器是一种将燃料和空气按一定比例混合并点燃，产生高温烟气的装置。
根据燃料类型，燃烧器可分为燃油燃烧器、燃气燃烧器和生物质燃烧器等。
燃烧器定义燃烧器分类燃烧器定义与分类燃料在燃烧器内与空气按一定比例混合，形成可燃混合物。
燃料与空气混合可燃混合物在点火装置的作用下被点燃，产生高温火焰。
点火与燃烧高温火焰将热量传递给受热面，使受热面温度升高。
热量传递燃烧产生的烟气经过处理后排入大气。
烟气排放燃烧器工作原理工业锅炉用于工业锅炉中，提供蒸汽或热水等热能。
热力发电在火力发电厂中，燃烧器用于将燃料转化为高温高压蒸汽，驱动汽轮机发电。
化工领域在化工生产中，燃烧器用于提供反应所需的高温热源。
环保领域在环保工程中，燃烧器可用于废气处理、垃圾焚烧等领域。
燃烧器应用领域01燃烧室提供燃料与空气混合并燃烧的空间，通常由耐高温材料制成。
02喷嘴将燃料以雾状喷入燃烧室，与空气充分混合，确保燃烧效率。
03点火装置用于点燃燃料与空气的混合物，通常由火花塞或点火线圈组成。
燃烧器主要部件03提供燃烧所需的空气，并确保空气与燃料的充分混合。
风机包括燃料泵、过滤器等，用于将燃料从储罐输送到喷嘴。
燃料供应系统监测燃烧过程，并根据需要调整燃料和空气的供应，以确保燃烧的稳定和安全。
控制系统燃烧器辅助设备01020304包括燃料储罐、燃料管道、阀门等，用于储存和输送燃料。
燃料系统包括进风口、风机、空气管道等，用于提供燃烧所需的空气。
空气系统包括点火装置、火焰监测器等，用于点燃燃料并监测燃烧过程。
点火与监测系统包括控制器、传感器等，用于监测和控制燃烧过程，确保燃烧的稳定和安全。
控制系统燃烧器系统组成确保燃气、空气、电源等供应正常，检查燃烧器及各部件是否完好。
启动前检查启动操作停止操作按照燃烧器操作规程，逐步启动燃烧器，观察火焰状态，调整燃气和空气比例，确保燃烧稳定。
在燃烧器运行稳定后，逐步减少燃气供应量，直至火焰熄灭，然后关闭燃烧器及相关设备。
摩托车发动机标定工程师岗位职责,岗位要求模板
职责：
1.在发动机台架或者整车上采集数据，处理标定，验证标定数据的合理性。
使得EMS开发满足开发目标和国家法规规定。
2.完成阶段性的标定报告。
3.遵守标定开发计划，如遇特殊情况及时汇报。
要求:
1.内燃机专业本科学历；
2.2年以上EMS标定工作经验，汽油机汽车，柴油机汽车或者摩托车标定均可；
3.熟悉EMS扭矩系统；
4.能够熟练使用INCA等标定软件；
5.熟悉AVL台架标定系统PUMA，会使用AVL 燃烧分析仪INDICOM更佳；
6.熟练使用ETAS标定工具，示波器，电流钳；
主要职责：
1. iBooster、EHB、ABS、ESC、EPB、EPS等产品的整车测试、性能评估、控制算法的应用和标定；
2. iBooster、EHB、ABS、ESC、EPB、EPS等产品的冬季和夏季试验，根据客户需求和法规进行系统标定；
3. 新产品开发过程中，对产品进行调试、验证工作；
4. 项目开发过程中，提供技术支持，包括：产品匹配、制定标定计划、功能/性能验证及标定、撰写标定报告等；
5. 整车标定过程中，收集标定参数及反馈标定结果，协助算法工程师优化控制算法；
6. 整理客户的反馈信息，与研发人员沟通，更好的优化产品；
7. 完成领导安排的其他工作任务。
岗位要求:
1. 本科及以上学历，车辆、电子信息、机械或其他相近专业优先；
2. 具有C1及以上等级的机动车驾驶证；
3. 掌握CCP标定测试软件及工具，熟悉CAN通讯、DBC解析等；
4. 吃苦耐劳，能适应出差；
5. 英语四级及以上，良好的英语读写能力，良好的沟通协作能力，较强的抗压能力。
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Use Loss Angle = 0.7° CA for Motored Pressure.
8/21/2012
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Thermodynamic Correction
Ref: AVL IndiCom User Manual
31
Thermodynamic Correction
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AVL TDC Sensor is a more Accurate Method!（使用AVL压缩 上止点传感器将更精确。）
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IndiCom Signal Set-Up（信号设置）
6
Charge Amplifier（信号放大器）
7
Pressure Transducers（压力传感器）
Pressure Transducer mounted in the cylinder head are more reliable than spark plug transducers (but more difficult to fit).
Use sensitivity according to pressure range（压力变化敏感度） 20.70 for 100Bar range (Gasoline)（汽油机） 20.55 for 250Bar range (Diesel)（柴油机）
8
Charge Amplifier Set-up（放大器设置）
Angle Encoder（较标仪）
安装要 求：和 皮带轮 的同心 度不大 于 0.02mm
3
Angle Encoder （较标仪）
设置或者选择较标仪 类型Type。
设置发动机压缩上止 点（通常设置1缸压 缩上止点）
4
Angle Encoder TDC Determination（较标仪压缩上止 点测定）
9
Cylinder Pressure Set-up（绝对压力设置）
由于此类型压力传感器只能测量压力的变化值，而不 能直接测量出压力的绝对值，因此按图示设置零位修 正（zero level correction）以便能计算出压力的绝对 值。
10
Cylinder Pressure Set-up （绝对压力设置）
设置点火信号的工作范 围及观察窗口。
14
Ignition Signal Set-up （点火信号设置）
15
IndiCom Results（采样结果）
选择要测量和计算的参数
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Pmax（最大燃烧压力）
17
PMax （最大燃烧压力）
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Indicated Mean Effective Pressure（平均有效燃烧压力）
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LogP LogV Diagram（PV图）
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IndiCom use for engine calibration （在台架标定的应用）
• 发动机标定常用参数： • 1、MBF50（也可用AI50），发动机在最佳点火角时（MBT） MBF50=8±1 °ATDC（受爆震影响除外）。 • 2、COV IMEP反应发动机的燃烧稳定性，一般要求COV IMEP<3%，放宽条件COV IMEP<5%。COV IMEP越大，发动 机燃烧越不稳定，震动越大。 • 3、LNV IMEP 为N个循环的最小IMEP当小于80%时发动机有 失火（怠速除外）。 • 4、Pmax_2sigma，在应用中主要应用于判断活塞的承受力， 活塞设计最大承受压力> Pmax_2sigma (Pmax_2sigma=Pmax.av+2Pmax.st（Pmax.av为Pmax N(N=300)个循环的平均值，Pmax.st为Pmax N个循环的标准差） • 5、KP_PK爆震压力，爆震标定时用来判断爆震的强弱。 • 6、KP_EFRQ爆震频率，爆震标定时用来判断爆震的频度。
平均有效燃烧压力IMEP= ∮pdv，反应发动机的做工能力， IMEP越大，发动机做工越多。
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Indicated Mean Effective Pressure （平均有效燃烧压力）
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Heat Release（热量释放）
热量释放（燃油燃烧）一般测量AI10%， AI50%,AI75%,AI90%时的曲轴转角。
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Heat Release（热量释放）
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Heat Release
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Knock（爆震）
爆震采样时间≤ 0.1DC才能有效观测到爆震。
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Knock
设置爆震定义，即什么情 况下为一次爆震。
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Knock
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Ignition Results（点火角采样结果）
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Ignition Results
观察窗口的设置
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Cylinder Pressure Set-up （绝对压力设置）
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Ignition Signal Set-up（点火信号设置）
直接从点火线圈和ECU连接 线上取点火信号。
设置当电压下降到多少V时火 花塞点火。（如1V，这和点火 线圈的特性有关）
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Ignition Signal Set-up （点火信号设置）
AVL Indicom SetUp（AVL燃烧分析设置）
• Equipment & set-up of AVL Indicom system for combustion measurement（AVL燃烧分析的基本设 置） • Angle encoder connection（校标仪安装） • Cylinder Pressure transducer mounting and setup(压力传感器及设置) • Ignition signal set-up（点火信号设置） • IndiCom Measurements （采样） • IndiCom Results（采样结果） • IndiCom use for engine calibration （在台架标定的 应用）
1
Engine Geometry Data（发动机机械参数）
点火顺序及转角。
Type(类型) strokes/cycle(冲程) stroke（缸径） conrod(活塞连杆中心距) bore(行程) compression（压 缩比） polytropic coefficient(汽油1.32，柴油1.37，直 喷1.35)。 2