摩托车发动机性能优化.pdf

第33卷第1期
内燃机工程
2012年2月
Chinese Internal Combustion Engine Engineering
Februarv 2012
文章编号:1000-0925(212)01-0067-05
330013
摩托车发动机性能优化
刘敬平,冯仁华,杨靖,王勇
(1.湖南大学先进动力总成技术研究中心,长沙410082
2.湖南大学汽车车身先进设计制造国家重点实验室,长沙410082)
Optimization of Motorcycle Engine Performance
LIU Jing-ping
FENG Ren-hua', YANG Jing", WANG Yong
(1. Research Center for Advanced Powertraintechnology, Iiunan University, Changsha 410082, China
State Kcy Laboratory of Advaneed Design and Manutacture for
Vehicle Body, Hunan University, Changsha 410082, China
Abstract: In view of the situation, motorcycle engine performance was poor in medium speed range.
The engine performance was simulated by using the software Gt-power. The intake and exhaust car pro
files, air cleaner structure, length and diameter of exhaust pipe were optimized. Fngine performance Lest re
sults indicate the full load volumetric efficiency is improved resulting in an increase of the engine torque out
put. The optimized max. torque reaches 10 13 Nm, and max. power 8.03 kw
摘要:针对某摩托车发动机中速性能较差的情况,运用发动机性能模拟分析软件GT
Powcr対该杌进行性能开发,找出了原机中转速性能差的原因。通过优化迸排气凸轮型线、空
澺器結构、排气管管长和管径,提高了发动机的充气效率和发动机整机性能。对优化后的发动
机进行了台架试验,优化后发动机的最大扭矩为10.13N?mn,最大功率为8.03kW。
关键词:内燃机;摩托车发动机;充气效率;模拟;性能优化
Key words: IC engine; motorcycle engine; volurnelric efficiency; simulation
pertormance optimlzation
中图分类号:TK41
文献标识码
气系统和凸轮型线,提高发动机的动力性能,最终达
0概述
到预期目标要求
发动机换气过程的好坏直接影响发动机的动力
性、经济性和排放性能。同样大小的气缸容积,在相
1提高发动机充气效率的措施
同的进气状态下若能吸人更多的新鲜空气,则可喷
发动机充气效率是指发动机每循环实际吸入气
入更多的燃料,产生更多的有用功1。因此,合理缸的新鲜充量m与进气管内状态下充满气缸工作
利用进排气动忞特性、优化进排气系统结构与设计容积的理论充量m、之比。发动机的进排气过程对
参数,对提高气缸的充气效率和改善发动机的性能发动机气缸的充气效率有很大影响,充气效率越高,
具有重要意义。本文针对一款摩托车发动机中转速发动机输出的功率和扭矩就可能越大「?。发动机
性能较差、缺乏市场亮争力的情况,借助专业的发动究气效率表达式为
机性能计算软件GT- Power,分析和优化发动机进排
收稿日期:2010-09-21
作者简介:刘敬平(1962-),男,教授,博士,主要研究方向为发动机数值式开发、E-mail:waytのmsn.com
冯仁华(联系人),E-mail: fengrenhuat@ pelto,com,cn。
万方数据
内燃机工程
2012年第1期
,
A. RIp
10
T
1+
式中,小为残余废气系数;e:为压缩比;m。、V。、pn、
翌8
T,分别为在进气门关闭时,缸内气体的质量、体积、
o·…·原机试验值
压力和温度;、、T、为在发动机进气管状态下气体的
目标值
压力和温度;R为摩尔气体常数。
3000400050006000700080009000
根据充气效率的公式,提高充量系数的措施有:
发动机转速(r.min
(1)降低进气系统的流动阻力,提高气缸内进气终了
图1原机和目标扭矩曲线
时的压力;(2)降低排气系统的流动阻力,减少缸内
的残余废气系数;(3)利用进排气的谐振效应;(4)减
表1发动机主要技术参数
少对进气充量的加热。
参数
项目
由于配气机构和发动机的进排气过程密切相
原机
目标
关,凸轮型线直接影响着发动机的进排气性能,对燃
发动机机型
单缸四冲程
烧过程起着至关重要的作用。为了获得较好的发动
缸径/mm×行程/mm
56.5X49.5
排量/L
0.124
机性能,配气相位应随着转速和负荷的变化而变化。
压缩比
最佳的配气相位应使发动机在很短的换气时间内充
进气方式
自然吸气
人最多的新鲜充量,并使排气阻力最小、废气残留量
燃油供给形式
化油器
最少。最终应使发动机进排气管长度、进排气谐振
最大功率/kW
7,82(8500r/min)8.01(8500r/min)
效果、压力波动与发动机配气相位达到最佳匹配,使
最大扭矩/(Nm)
9.4(7000r/min)10.2(6500r/min)
发动机性能达到最佳?。
2问题及目标
3性能仿真模型建立及其标定
试验用摩托车发动机为一款自然吸气的化油器
3.1建立GT- Power性能仿真模型
式单缸汽油机,它在4000~7000r/min转速范围内
GT- Power是以一维CD为基础,采用有限容
性能较差。该摩托车厂家要求在不作大的改动情况
积法对热流体进行模拟计算的软件。大量的实际应
下仅通过优化发动机的进排气系统和配气凸轮型线
用表明:该软件能真实地模拟发动机的实际运行工
来全面提高发动机性能,避免成本增加,以具备更强
况,能省时、省力地进行优化设计,降低设计与试验
的市场竞争力。优化方案要求如下:(1)排气消声器
成本
的外形、连接方式和安装位置保持不变,允许改变消
本文利用GT- Power软件,按照该发动机的实
声器内部结构,排气管最多允许加长50mm;(2)进
际几何结构及管道的布置形式建立仿真分析模型。
气管不进行改动;(3)空滤器外形和安装位置保