15年汽車工程會集tt082

２０１５ＣＧ ?游典 【】空濾器進氣結(jié)構直接影響發(fā)動機進氣溫度、進氣阻力及動力性能?進氣溫度越高?進氣阻力越大?發(fā)動機動力性也越差?本文主要研究空濾器的不同進氣結(jié)構對發(fā)動機性能的影響?并通過試驗確定最優(yōu)的設計方案?【】發(fā)動機?空濾器?結(jié)構設計?性ＴｈｅＩｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆＡｉｒＦｉｌｔｅｒｏｎＥｎｇｉｎｅＦｅｎｇＹａｎｙａｎ?ＬｉＹｉｌｉｎ?ＹｏｕＤｉａｎ?ＨｅＤａｎｈｕａｉ?ＺｈａｉＣｈｏｎｇｑｉｎｇＣｈａｎｇａｎＡｕｔｏＲ＆ＤＣｅｎｔｅｒ?ＣｈａｎｇａｎＡｕｔｏｍｏｂｉｌｅＣｏ?Ａｂｓｔｒａｃｔ:ＳｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆＡｉｒＦｉｌｔｅｒａｉｒｉｎｔａｋｅｄｉｒｅｃｔｌｙａｆｆｅｃｔｓｔｈｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｏｆｅｎｇｉｎｅ?ｔｈｅｐｒｅｓｓｕｒｅｏｆａｉｒｉｎｌｅｔａｎｄｅｎｇｉｎｅｐｏｗｅｒｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅＴｈｅｈｉｇｈｅｒｔｈｅａｉｒｉｎｔａｋｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ?ｔｈｅｇｒｅａｔｅｒｔｈｅａｉｒｉｎｔａｋｅｐｒｅｓｓｕｒｅ?ａｎｄｔｈｅｅｎｇｉｎｅｐｏｗｅｒｉｓｗｏｒｓｅＴｈｉｓｐａｐｅｒｓｔｕｄｉｅｓｏｎｔｈｅｅｆｆｅｃｔｏｆｔｈｅａｉｒｆｉｌｔｅｒａｎｄｉｎｔａｋｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｔｈｒｏｕｇｈ３ＤＣＦＤａｎａｌｙｓｉｓｏｆａｃａｒ?ａｎｄｆｉｎｄｓｔｈｅｏｐｔｉｍａｌａｉｒｉｎｔａｋｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｔｈｒｏｕｇｈｔｅｓｔＫｅｙｗｏｒｄｓ:ｅｎｇｉｎｅ?ａｉｒＦｉｌｔｅｒ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ? 目前?內(nèi)燃機正朝向大功率輕重量方向發(fā)展?其強化程度不斷提高空濾器是汽車發(fā)動機的重要部件之一?其壓損不均勻性和流通特性的好壞將直接影響汽油發(fā)動機的動力性經(jīng)濟性?如果空濾器進氣損失大均勻性較差?將導致發(fā)動機工作不穩(wěn)定?進而影響汽油發(fā)動機的輸出功率進氣損失越小?流通特性越好?進氣溫度越低?發(fā)動機的性能就越好由此可知?發(fā)動機的性能提升進氣

阻力降低?將直接取決于空濾器進氣結(jié)構的合理設計利用仿真計算的方法對某款自然吸氣發(fā)動機空濾器進氣結(jié)構進行改進?同時通過實驗驗證確定方案?實現(xiàn)初期設計的性能開發(fā)目標１首先通過ＳＴＡＲＣＣＭ＋建立整車模型?圖１為計算用網(wǎng)格示意圖?網(wǎng)格類型為Ｐｏｌｙｈｅｄｒａｌ網(wǎng)格?將計算域分成了四個部分:外流場域風扇域冷凝器域散熱器域?計算四者的換熱情況?共計３７７萬體網(wǎng)格圖１ σｋ設定模型的風速為４５ｋｍ/ｈ? σｋ

?(ρｋ)＋?(ρｋｕｉ)＝?

μｔ?ｋ＋

ｋ ｋ出口邊界條件?環(huán)境溫度為出口邊界條件?環(huán)境溫度為?空濾器進口為質(zhì)量流量?進氣量為ｋｇｓ?空氣密度為ｋｇｍ?模型為ＲｅａｌｉｚａｂｌｅＫＥｐｓｉｌｏｎ模型?差分格式為二階迎風 (

?(ρεｕμｉ＝μ

μ

?ε＋ρＣ１Ｅε 式該模型引入了與旋轉(zhuǎn)和曲率有關的內(nèi)容?可以有效地用于不同類型的流動模擬其控制方程見式(１)和式(２)

σε ｋ

２０１５ＣＧ 式中μｖ分別為流體動力黏度和黏度?Ｇｋ為速度梯度引起的湍動能產(chǎn)生項?σｋ和σε分別是湍動能及其耗散率的湍流數(shù)?取σｋ＝１０?σε＝１２?Ｃ２＝１９?Ｃ１＝ｍａｘ(０４３?η/η＋５)?η＝Ｓｋ/ε?Ｓ＝２ＳｉｊＳｉｊ?其中?Ｓ為應變率張量模數(shù)?Ｓｉｊ為平均應變率?Ｓｉｊ＝１/２(?ｕｉ/?ｘｉ＋?ｕｊ/?ｘｊ)２目前市場上所使用的乘用車發(fā)動機空濾器進氣口多位于發(fā)動機冷凝器發(fā)動機散熱器和風扇等冷卻模塊組成的發(fā)動機艙?冷卻系統(tǒng)在對發(fā)動機冷卻的同時?對發(fā)動機艙內(nèi)高溫空氣冷卻?直接進入空濾器在這種情況下?由于發(fā)動機艙溫度較高?

少?降低了發(fā)動機的動力性?同時進入空濾器的空氣常處于負壓區(qū)?在空濾器進氣口處常產(chǎn)生漩渦?使得空氣進氣量不足?圖是原始方案空濾器進氣流線?從圖中可以看出?由于進氣口布置在機艙內(nèi)?在計算工況下?發(fā)動機進氣溫度較高達到高出設置溫度?影響發(fā)動機的動力性和經(jīng)濟性圖是空濾器外部溫度場從圖中可以看出空濾器殼體表面平均溫度仍較高為對空濾器的空氣具有進一步的加熱作用?更高的進氣溫度?勢必降低發(fā)動機的動力圖２空濾器進氣流 圖３空濾器外部溫度圖 通過對多個車型測試顯示~１００ｋｍｈ加速時間增加ｓ~ｓ?同時?通過發(fā)動機臺架試驗降低空濾器進氣溫度?是提高發(fā)動機動力性的主要之一為了進一步降低空濾器進氣溫度?需要進一步對空濾器進氣結(jié)圖 ２為了降低發(fā)動機進氣溫度?需要在滿足裝配條件下?盡可 圖５供了ａｂ兩種優(yōu)化方案?分別為將空濾器進氣口布置在防撞梁上面?具體結(jié)構如圖６ａ所示?將空濾器布置在發(fā)動機冷卻模塊上面?如圖６ｂ所示同樣為了衡量方案的優(yōu)劣通過整車的三維穩(wěn)態(tài)仿真計算?得出了空濾器進氣口的溫度具體見表１圖６ａｂ給出了空濾器的進氣口流線從圖中可以看出方案ｂ結(jié)構中?空濾器進氣過發(fā)動機艙加熱?基本為環(huán)境溫度?仿真結(jié)果為４１℃?相對方案下降了２６℃?僅比環(huán)境溫度高出該方案為優(yōu)方案ａ相對與原方案也有所下降?但是仍有大量的機艙高溫空氣進入空濾器?對 ２０１５ＣＧ圖６表１ 進氣口溫度/原方 ａ方 ｂ方 通過進氣口位置分析優(yōu)化?空濾器進氣溫度已經(jīng)接近最佳值?但空濾器殼體表面平均溫度仍較高空氣在經(jīng)過空濾器本體后溫度會上升?影響動力性為了精確計算出節(jié)氣門溫度?進行發(fā)動機動力性風險程度 過Ｒａｄｔｈｅｒｍ計算殼體熱交換及流動該方法考慮固體傳熱?精度高?不需要建立固體模型空濾器流動模型?操作簡便?傳熱計算速度快圖是空濾器表面溫度分布通過仿真計算空濾器殼體表面平均溫度為６９℃圖是通過Ｒａｄｔｈｅｒｍ進行的空濾器流動模擬?然后通過耦合計算出空濾器節(jié)氣門溫度為４７℃符合空濾器進氣溫度目標要求通過空濾器后?發(fā)動機進氣溫升為?具體結(jié)果見表２

圖７圖８空濾 表２ 進氣口溫度/節(jié)氣門溫度/℃４６根據(jù)以上計算結(jié)果?對整車進行環(huán)境艙試驗驗證?試驗結(jié)果如圖９所示通過對空濾器進氣溫度節(jié)氣門溫度的測試對比可以發(fā)現(xiàn)在測試條件相同情況下方案ｂ進氣溫度?比原方案試驗溫度降低了?比環(huán)境溫度僅僅高出?非常接近空濾器進氣溫度的最佳值節(jié)氣門測試溫度為相對空濾器進氣口升高了該環(huán)境艙試驗結(jié)果?跟仿真計算結(jié)果基本一致通過對空濾器進氣結(jié)構的分析與計算?再通過對比試驗進行驗證可以很好地縮短開發(fā)周期從試驗結(jié)果來看?計算結(jié)果與試驗結(jié)果也較好地吻合誤差基本控制在８％以內(nèi)２０１５ＣＧ ３

圖９低本文通過對某轎車三維計算流體