某汽油发动机排气系统性能分析与改进设计

发布时间：2020-07-11 06:00

【摘要】：汽车排气系统对发动机性能影响很大,继而影响整车的动力性及经济性。“以已有动力总成为基础和对标车为目标的汽车开发模式”存在对标车型底盘与现有发动机匹配差的问题,故而设计时需要对发动机排气系统、悬置系统等子系统进行适应性调整。为保证新开发车型的动力性和经济性以及排放性能,对这类产品发动机的排气系统性能进行分析与改进设计具有非常重要的工程意义。论文以企业某SUV为对象,起初搭载A发动机,根据系列化要求,升级改用与A发动机同平台不同排量的B发动机,整车期望排气管路基本沿用,这样整车改动量最小。要求排气系统满足发动机性能要求,即排气背压值不能大于目标值。为此,运用CFD和FEA方法,对排气岐管进行分析设计,最后通过试验验证,解决了企业实际问题,为企业提供一种快速有效的优化分析方法。本文主要内容如下:1.首先根据借用A发动机的排气系统三维模型,提取内部流道,建立与B发动机相配的CFD分析模型,排气背压的CFD分析值与试验值分别为60.5kPa和60.9kPa,数据一致性较好,但均高于55kPa的设计目标,表明该CFD模型可行,但不能将A发动机的排气系统简单移植到B发动机上。然后,利用该CFD模型在STAR CCM+中分析了排气歧管的稳态内流场,得到了排气歧管内流场和歧管内表面温度和换热系数,结果发现该排气歧管前端速度均匀性差、气流吹覆面积低、氧传感器速度差异性大;利用ABQUAS对排气歧管进行流固耦合的FEA热分析,获得歧管温度场分布、热应力、热变形、热模态以及热塑性特性,结果排气歧管最高热应力超过材料屈服极限,表明排气歧管结构存在优化空间。2.基于CFD和FEA分析结果,排气背压高于55kPa的设计指标,结合整车布置及相关设计要求,对排气歧管进行了合理的结构改进设计,并将改进前后的歧管进行对比分析,结果表明,改进后的排气歧管各方面性能指标较原方案好,排气系统背压分析结果为52.2 kPa,满足理论设计要求。3.对结构改进后的排气系统先后进行了台架试验和整车试验等实际工程试验。试验结果排气背压53.2kPa,较原方案降低了7-8 kPa,且排气歧管未出现裂纹、断裂等现象。验证了CFD分析和FEA分析结果的正确性,表明理论分析方法可行,能指导实际工程问题。
【学位授予单位】：重庆理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U464.171
【图文】：

研究的技术路线

可以通过测试获得。图2.1 给出了排气系统背压与发动机功率关系。图中可以看到：发动机功率与排气背压是呈线性反比关系；背压越大，气阻也就越大，进气量减小，发动机功率就越低，功率损失也就越大；排气背压每增加 1mmHg，功率损失约为 0.7%[24]。

图 2.2 发动机配原排气系统时的性能试验现场试验方法：按 GB/T 18297-2001《汽车发动机性能试验方法》[25]、《某发动规范》进行试验。发动机基本参数见下表 2.1。试验条件：

【参考文献】

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1 王兆欣;徐政;陈明;张小矛;;自然吸气发动机排气系统氧传感器布置研究[J];上海汽车;2017年07期

2 盛宏业;李志广;黄昌瑞;;某增压汽油发动机催化器结构设计[J];汽车工程师;2015年02期

3 马志豪;陈孝培;袁中营;高定伟;张梓龙;;GW15汽油机排气歧管的优化设计[J];河南科技大学学报(自然科学版);2013年04期

4 黄海波;张超;姚炜;雷蕾;;汽油机催化转化器优化分析[J];内燃机与动力装置;2013年02期

5 邓帮林;刘敬平;杨靖;冯仁华;付建勤;;基于双向流固耦合的汽油机排气歧管热应力分析[J];内燃机学报;2011年06期

6 许涛;张建操;;氧传感器在发动机排气系统中的布置设计研究[J];北京汽车;2011年03期

7 袁守利;谢亮;刘志恩;;汽车排气系统传热与热负荷研究[J];武汉理工大学学报(信息与管理工程版);2011年03期

8 黄泽好;张浩亮;孙章栋;董腾鲜;;某发动机排气歧管流场分析与结构优化[J];西南大学学报(自然科学版);2011年01期

9 刘启华;虞金霞;霍宏煜;;满足欧Ⅴ排放法规增压汽油机的设计和研究[J];车用发动机;2010年01期

10 傅秋阳;;某发动机排气歧管流固耦合分析的应用[J];合肥工业大学学报(自然科学版);2009年S1期

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3 陈东兴;车用发动机排气歧管总成的疲劳可靠性优化研究[D];广东工业大学;2013年

4 刘晓宇;汽车排气歧管设计理论研究[D];武汉理工大学;2013年

5 赵凤启;某乘用车排气系统流场的分析研究[D];南京理工大学;2013年

6 徐世龙;某汽油机排气歧管的热负荷研究[D];南京理工大学;2013年

7 赵楠楠;发动机排气系统优化设计及应用分析[D];武汉理工大学;2012年

8 董理;汽油机紧耦合式排气歧管振动特性研究[D];哈尔滨工程大学;2008年

本文编号：2750047