基于滚流比的某汽油发动机进气道优化设计和研究
基于WAVE模型的某车用汽油机进气系统优化设计
基于WAVE模型的某车用汽油机进气系统优化设计汽油机的进气系统是其能效和排放的关键之一。
优化进气系统设计可以提高内燃机性能和燃油经济性。
本文将采用WAVE模型来进行某车用汽油机进气系统的优化设计。
1. WAVE模型简介WAVE模型（Wave Action in the Vehicular Environment）是一种模拟汽车内部流动的计算模型。
它考虑了气体流动的各种因素，包括压力波、惯性波、熵波等。
该模型模拟汽车内部流动的过程非常精确，可以用于设计各种汽车部件。
2.现状分析某车用汽油机的进气系统由进气管、空气滤清器、节气门组成，进气流程受到中空气室、气门和活塞等参数的影响。
该汽油机进气系统存在以下问题：（1）进气管长度不足，进口处存在阻力，影响进气量。
（2）空气滤清器设计不合理，阻力大。
（3）节气门开度过大或过小，影响进气流量。
（4）气门大小和活塞面积不匹配，导致气门开度不够，影响进气效率。
（5）进气死区存在过大，新鲜空气无法快速充斥缸内。
3. 优化设计（1）加长进气管长度，适当开口角度。
通过WAVE模型仿真，探究不同长度、开口角度对进气量的影响。
选择合适的进气管设计，并考虑加入可拆卸式某种材质的进气喉，使其方便拆卸和清洁。
（2）优化空气滤清器。
加大空气滤清器的面积，采用更为优质的滤芯材料，以减小阻力，提高进气量; 另外也提高车内的氛围，避免因为尘埃等杂质影响驾驶人员的健康。
（3）通过WAVE模型仿真，确定最佳节气门开度。
合理安排节气门开度（不同转速下）和曲线的匹配，控制空燃比，提高燃油燃烧效率。
（4）增大气门直径和会腔直径，使其与作用面积更加匹配。
在确保燃油经济性的条件下，提高进气效率。
此外，还应采用排气管和进气死区的协同设计，消除死区和反复冲击现象，达到更好的进气效果。
4. 结论本文采用WAVE模型对某车用汽油机进气系统进行优化设计，得出了以下结论：（1）进气管长度和开口角度对进气系统性能有显著影响，可以通过进气喉的更换或不同角度的设计来加以改善。
进气道滚流比对发动机充气模型精度影响的试验研究
残余废气系数以及燃烧过程[6-8]。 在发动机开发过程中的样机缸盖小批量生产阶
ratio conditions is compared. The results show that the tumble ratio has a significant effect on the intake state of the engine.
For the same ECU calibration data, the change of tumble ratio will lead to obvious deviation of charge model accuracy.
1 充气模型的基本理论
1.1 充气模型 充量系数ηV，即充气效率，是内燃机每循环实际
进入气缸的新鲜充量 m1与以进气环境状态充满气缸
汽 车 文 摘 57
车文摘
工作容积的理论充量 msh之比[9]。如公式 1 所示。
ηV
=
m1 m sh
（1）
发动机管理系统中相对充气量的概念与充气效
率略有不同，是每循环实际条件下进入气缸的新鲜空
Key words: Turbocharged gasoline engine, Charge model accuracy, Inlet port, Tumble ratio
0 前言
随着全球能源需求的日益增长和环境的不断恶 化，各国相继推出了更严格的乘用车排放法规和油耗 法规。汽油缸内直喷（Gasoline Direct Injection, GDI） 技术能够精确的控制燃油喷射量，从而实现精确的空 燃比控制，燃油经济性比进气道喷射汽油机更好 ， [1,2] 而且能够减少冷启动排放。高压缩比、高充气量燃烧 系统能优化燃烧过程，提高动力性和燃油经济性，也 是当今汽油机主流技术[3]。
402_某汽油机进气道优化分析_吉利汽车_丁树勇等
某汽油机进气道优化分析丁树勇1，刘建斌2，马冠钦3（1,2,3浙江吉利动力总成有限公司，浙江省慈溪市杭州湾新区滨海二路818号）[摘要] 本文以某自然吸气汽油机进气道为研究对象，以尽量不降低流量系数，提高滚流比为原则，应用A VL FIRE软件对进气道进行了三维数值模拟优化分析，通过气道稳态试验台对两个进气道样件进行了验证，并取得较好的一致性。
关键词：进气道；CFD；滚流比主要软件：A VL FIRE;Optimization Analysis of Intake Port for A Spark-ignited EngineShuyong Ding1, Jianbin Liu2 ,Guanqin Ma31,2,3 ZHEJIANG GEELY POWERTRAIN CO., LTD & 818. Second Binhai Road, Hangzhou Bay New Zone, Cixi, Zhejiang[Abstract] Target on the intake port of a naturally aspirated spark-ignited engine, with the principle of increasing tumble ratio while keeping discharge coefficient from decreasing, a 3D CFD simulation analysis for optimizing intake port has been carried out with the software A VL FIRE. Two intake port samples have been validated on the steady test bench and achieved good identical.Keywords: Intake Port; CFD; Tumble RatioSoftware: AVL FIRE1. 前言随着排放法规的日趋严格和世界性的能源短缺，当前汽车发动机技术的研究主要集中在提高能源利用效率和控制排放两个方面。
毕业论文基于GT-Power汽油机进排气系统优化研究
毕业论文基于GT-Power汽油机进排气系统优化研究上海工程技术大学毕业设计(论文) 基于GT-Power汽油机进排气系统优化研究目录摘要 (1)ABSTRACT (2)1 绪论 .................................................................3 1.1 研究的背景 ......................................................... 3 1.2 发动机研究现状 ..................................................... 4 1.3 本文研究内容与方法 . (4)发动机仿真软件介绍与应用 (5)22.1 发动机仿真软件研究模式 (5)6 2.2 计算机仿真技术的应用和优点 .........................................2.3 发动机常用仿真软件 (6)ATLAB/SIMULINK (7)2.3.1 M2.3.2 RicardoWAVE ..................................................... 7 2.3.3 AVL-BOOST ...................................................... 8 2.3.4 GT-Power ......................................................... 8 3 基于GT-Power发动机仿真模型建立 ...................................... 9 3.1 建立GT-Power模型 .. (9)3.1.1 发动机进排气管模型 ..............................................10 3.1.2 空气滤清器模型 .................................................. 11 3.1.3 喷油器模型 ...................................................... 12 3.1.4 气缸模型 ........................................................ 12 3.1.5 曲轴箱模型 (12)3.2 发动机模型验证 .................................................... 13 4 进气系统优化 ........................................................ 14 4.1进气管长度优化 .. (14)1上海工程技术大学毕业设计(论文) 基于GT-Power汽油机进排气系统优化研究4.2 进气管直径优化 .................................................... 17 4.3 压缩比优化 ........................................................ 19 4.4 谐振腔容积优化 .................................................... 22 5 排气系统优化 .. (24)5.1排气管1段直径优化 .................................................25 5.2排气管2段直径优化 (28)5.3 排气管3段直径优化 ................................................ 31 5.4 排气管4段直径优化 ................................................ 33 5.5 排气管2段长度优化 (35)5.6 排气管4段长度优化 ................................................ 37 5.7 优化结果汇总 (41)6 结论 (42)参考文献 ..............................................................442上海工程技术大学毕业设计(论文) 基于GT-Power汽油机进排气系统优化研究3上海工程技术大学毕业设计(论文) 基于GT-Power汽油机进排气系统优化研究摘要随着时代的发展，石油资源越来越匮乏，环境污染越来越严重，节能减排势在必行。
进气道对缸内直喷增压汽油机性能的影响研究_滚流比
进气道对缸内直喷增压汽油机性能的影响研究_滚流比引言近年来，随着全球能源危机和环保问题的日益严峻，改善燃油经济性，降低CO和尾气排放成为内燃机行业面临的重大挑战。
汽油缸内直喷能够更准确地控制燃油喷射和混合气形成，因而能提高发动机燃油经济性和动力性，减少冷启动排放，且具有更良好的瞬态响应性能。
另外，利用增压可以提高进气密度，增加进气量，从而更大幅度地提高动力性。
在欧洲和日本，通过引进汽油缸内直喷、增压、减小排量等技术，整车燃油经济性比传统非增压、气道喷射汽油机可提高15%到20%，已经很接近柴油机水平，排放已达到欧5，并且可实现欧6。
因此，汽油机采用缸内直喷与涡轮增压相结合技术成为满足较低CO排放法规的重要技术之一。
而且，随着更为严格CO排放法规的出台，各大公司有往小排量缸内直喷增压汽油机的开发趋势。
尽管GDI汽油机优点众多，但在开发过程也有许多问题有待进一步解决，比如要避免汽油喷射湿壁现象造成的机油释稀，分层充气燃烧后处理，增压均匀混合爆震等问题。
目前，利用CFD分析成为GDI燃烧系统的前期开发重要手段之一。
本文首先对某款排量为2.0L的缸内直喷增压汽油机的两种高、低滚流比气道进行了稳态CFD分析，然后针对这两种不同滚流比气道进行了缸内油气混合瞬态CFD分析。
最后在发动机性能试验台架上进行了验证。
1进气道稳态CFD分析进气道稳态CFD分析几何模型一般包括进气道、进气门、进气门座、燃烧室顶部、2.5倍缸径的模拟缸套和进口稳压腔。
进气道三维稳态模拟分析流动控制方程有连续性方程，动量守恒方程，能量守恒方程和气体状态方程。
湍流模型采用高雷诺数模型；离散方程组的压力和速度耦合采用SIMPLE算法；空间网格采用中心差分格式；固定壁面边界采用绝热无滑移，壁温300K；在近壁区，为了避免在近壁区使用过细的计算网格，减少计算时间，采用壁面函数对边界层进行处理。
与气道稳态试验台类似，进出口采用定压差方法，压差设定为7.84kPa。
试析某汽油发动机进气道的优化仿真
试析某汽油发动机进气道的优化仿真牛彩云;陈浩平;叶燕帅【摘要】发动机是汽车车辆的重要组成部分,其主要功能是为汽车运行提供足够动力.但是在汽车使用过程中,发动机进气道噪音问题还时常存在,并且一直是一个难以解决的问题,所以就需要对发动机进气道进行优化改造,在保证发动机性能的基础上降低噪音污染.针对发动机进气道的优化仿真进行分析,对发动机进气道进行深入研究,希望为发动机进气系统性能优化提供帮助.【期刊名称】《现代制造技术与装备》【年(卷),期】2018(000)012【总页数】2页(P145-146)【关键词】发动机;进气道;优化仿真【作者】牛彩云;陈浩平;叶燕帅【作者单位】广西科技大学,柳州 545006;广西科技大学,柳州 545006;广西科技大学,柳州 545006【正文语种】中文发动机进气系统是车辆产生噪声的主要原因，但进气道产生噪声的原因很复杂，包含了很多影响因素，管口噪声就是非常重要噪音组成部分。
目前，发动机进气系统仿真优化主要集中在一维声学方面，并不能将消声原件模型实现参数化。
另外因为进气系统消声元件声学模型没有实现参数化，导致进气系统声学性能试验设计以及近似模型与优化等都不能有效进行，这对进气系统开发周期产生了严重影响，所以需要进一步对仿真模型进行探索和研究，实现发动机优化仿真，对发动机进气系统声学性能进行改善，保证其能够更好地达到车内外噪声标准。
1 发动机进气道声学理论发动机进气系统主要由管道与消声元件组成，在对进气系统的声学性能进行设计中，需要对频率范围进行考虑，如果声波波长要远远大于管道直径以及消声元件整体尺寸，则认为声波在该进气系统内是一种平面波形式进行传播的。
因此，一般使用管道声学对进气系统声波传播特性进行分析，而管道声学是一种研究声波于管道内进行一维声学的传播[1]。
2 发动机进气噪音的产生机理发动机的进排气门在使用中会产生周期性的开闭，导致进气管道内空气压力和密度产生相应起伏变化，从而发出空气动力噪音，即进气噪音。
高滚流比进气道在增压汽油机上的应用
高滚流比进气道在增压汽油机上的应用王志国;曹权佐;曹亮;施玉春;于荣枫【摘要】进气道结构是决定缸内滚流强度的主要因素，在传统进气道的基础上，设计了一款适合增压机型的高滚流进气道。
%Intake port structure is the main factor of the in-cylinder tumble strength, based on the normal intake port models, a high tumble ratio intake port is designed for a turbocharged gasoline engine.【期刊名称】《汽车实用技术》【年(卷),期】2016(000)010【总页数】4页(P102-104,118)【关键词】高滚流;增压;进气道【作者】王志国;曹权佐;曹亮;施玉春;于荣枫【作者单位】哈尔滨东安汽车发动机制造有限公司技术中心，黑龙江哈尔滨150060;哈尔滨东安汽车发动机制造有限公司技术中心，黑龙江哈尔滨 150060;哈尔滨东安汽车发动机制造有限公司技术中心，黑龙江哈尔滨 150060;哈尔滨东安汽车发动机制造有限公司技术中心，黑龙江哈尔滨 150060;哈尔滨东安汽车发动机制造有限公司技术中心，黑龙江哈尔滨 150060【正文语种】中文【中图分类】U463.810.16638 /ki.1671-7988.2016.10.033CLC NO.: U463.8 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2016)10-102-04 滚流是一种其旋转轴垂直于气缸轴线的缸内大尺度空气运动形式，在压缩行程后期转变为湍流。
滚流对缸内的油气混合及湍动能有着积极的影响，滚流越强，点火时刻的缸内湍动能越强，燃烧速度就越快。
进气道结构是决定缸内滚流强度的主要因素，可以把能使缸内形成滚流的进气道称为滚流进气道。
汽油机PIV稳态进气试验及滚流比计算
汽油机PIV稳态进气试验及滚流比计算朱忠攀;林瑞;杜爱民;朱沛沛;袁峥正【摘要】针对某3缸汽油机,搭建了粒子图像测速(PIV)可视化试验测试系统,并进行缸内流场测量.研究了通过不同流场切面进行滚流比计算的试验方法,并进行了试验与仿真结果的对比.研究结果表明:基于2D3C PIV试验测得的缸内横切面速度场与AVL FIRE软件仿真数据具有较好的一致性,试验与仿真计算的流量系数与滚流比随气门升程的变化趋势吻合,误差在合理范围内.通过2D2C PIV可以测得缸内不同切面的速度场来表征缸内三维的流场变化,其中气门轴对称切面很好地表征了滚流的运动状态,此外,通过一系列PIV测量得出的等间距轴向切面与旋转轴向切面可以拟合横切面的速度场,其速度分布与梯度变化趋势与2D3C测得的速度场相同,但测得滚流比计算值偏小.【期刊名称】《内燃机工程》【年(卷),期】2017(038)004【总页数】7页(P121-127)【关键词】内燃机;汽油机;PIV试验;进气;滚流比【作者】朱忠攀;林瑞;杜爱民;朱沛沛;袁峥正【作者单位】同济大学汽车学院,上海 201804;同济大学汽车学院,上海 201804;同济大学汽车学院,上海 201804;同济大学汽车学院,上海 201804;同济大学汽车学院,上海 201804【正文语种】中文【中图分类】TK417汽油机进气道设计的流动特性参数指标主要有流量系数和滚流(涡流)强度等。
相关研究表明：流量系数是表征充气量的重要指标，而滚流比则对气流运动、混合气形成及燃烧排放具有重要影响，高滚流比可以提高燃烧速率，改善燃烧稳定性与经济性，气道设计一般需要在获得足够流量系数的前提下尽量加大滚流强度[1-2]。
因此，流量系数、滚流比日益成为汽油机气道设计的重要性能衡量指标。
目前，国内外广泛采用稳态流动试验法检测试验发动机气缸盖进、排气道的宏观流动特性参数，但针对滚流比的计算评价方法尚未取得统一，常见的方法包括Ricardo评价方法、FEV评价方法、AVL评价方法及SwRI评价方法等[3]，由于试验设备、试验条件、计算方法等影响，其滚流比计算结果差异较为明显，且上述试验方法无法从微观角度展开流场测量分析。
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发动机进气道的设计布置对其经济性有重要的 影响[1-3]. 进气道结构非常复杂，其关键部位的设计对 其流动影响很大，因此找到这些关键部位并进行一 定的改进是进气道优化设计的重要工作[4-6]. 传统的 进气道设计工作是在进气道试验台上反复试验，通 过经验得出数据，其时间周期长且具有一定的盲 目性[7].
本文先通过试验来验证滚流比对发动机性能的
影响，然后采用计算流体动力学(CFD)数值模拟方法 对其进气道进行仿真计算并验证，再使用多目标优 化(EMO)方法确定进气道优化后的几何参数，最后 通过仿真验证优化结果.
1 进气道流动特性的评价方法
为了比较不同几何参数的进气道的性能，本文 用无量纲流量系数来评价不同气门升程下进气道流
第 36 卷 第 1 期 2019 年 1 月
广东工业大学学报 Journal of Guangdong University of Technology
Vol. 36 No.பைடு நூலகம்1 January 2019
doi: 10.12052/gdutxb.180045
基于滚流比的某汽油发动机进气道优化设计和研究
Hu De-qing1, Xiong Rui1, Wu Jian1,2, Xie Huo-zhi1, Pan Hao-kun1 (1. School of Electromechanical Engineering, Guangdong University of Technology Guangzhou 510006, China;
关键词: 汽油机进气道；计算流体动力学(CFD)；滚流比；流量系数；多目标优化(EMO)
中图分类号: U464.132
文献标志码: A
文章编号: 1007–7162(2019)01–0087–06
Optimization Design and Research of a Gasoline Engine Inlet Port Based on Tumble Ratio
收稿日期：2018-03-13 基金项目：广东省科技厅省部产学研结合基金资助项目(2013B090400002) 作者简介：胡德卿(1990−)，男，硕士研究生，主要研究方向为内燃机进排气道CFD分析. Email：hudeqingcfd@
胡德卿1，熊 锐1，吴 坚1,2，谢火志1，潘浩坤1
（1. 广东工业大学 机电工程学院，广东 广州 510006；2. 广州汽车集团有限公司 汽车工程研究院，广东 广州 510640）
摘要: 为提高发动机燃油经济性, 首先通过部分负荷试验, 验证了滚流比对燃油经济性的影响; 再通过气道稳流试验, 验证了所建立的三维稳态计算模型的准确性以及气道评价参数之间的关系. 基于计算机液体动力学(CFD)分析影响气 道流通特性的几何参数, 采用最优拉丁超立方抽样和响应面法(RSM)拟合出发动机进气道的近似模型, 应用第二代非 劣排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)对气道中心线倾斜角和喉口下压角进行优化, 通过比较流量系数、滚流比等参数确定优化 设计方案. 研究结果表明: 优化后的进气道模型能够在保证流量系数不变的情况下一定程度上提高滚流比, 最终获得 了提升气道滚流比的优化设计结果.
2. Automotive Engineering Institute, Guangzhou Automobile Group Co., Ltd., Guangzhou 510640, China)
Abstract: In order to improve the fuel economy of the engine, the influence of tumble ratio on fuel economy is verified by partial load test; the accuracy of three-dimensional steady calculation model and the relationship between flow coefficient and tumble ratio is verified by ports steady test. The geometric parameters of affecting ports flow characteristics are analyzed based on CFD(Computation Fluid Dynamics), fitting out an approximate model with the Optimal Latin hypercube sampling and response surface method (RSM). Optimizing the tilt Angle and throat Angle via the Elitist Nondominated Sorting Genetic Algorithm (NSGA-Ⅱ), it confirms the optimized design scheme by comparing the flow coefficient and tumble ratio. The result shows that the optimized inlet model can improve the tumble ratio on the premise that the flow coefficient is constant, which can eventually get the optimal design result of improving the tumble ratio.