【汽车与环境】江淮发动机性能开发总监陈玮:直喷汽油机燃烧系统开发

盖世汽车综合 2017-12-09

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江淮发动机性能开发总监 陈玮

这是我们江淮汽车第一次参加这个会,这两天听很多专家做了很多的报告,讨论我们汽车未来发展的方向,听来听去,我总结一下就是三大类,一个是混合动力,一个是传统内燃机,一个是纯电动。我们江淮汽车也是这么做的,我们纯电动轿车和SUV已经做到第7代,混合动力的mpv上个月广州车展的时候正式发布,已经试售,百公里7升多,非常好的一款车,发动机是GDI发动机,我们这款发动机还是非常成功的,当时这个发动机的燃烧系统怎么开发的?

分四个方面来讲:

首先是直喷汽油机燃烧系统开发难点,油气混合不好搞,电控的问题,我们认为从源头硬件的本身来讲,油气如果想混合,最主要就是喷油汽气、汽道,必须要有非常强的CAE分析功能,如果想分析好经验可能要有,包括模型,肯定是要有的,还要有一些手段,这些手段就是喷雾,还有流场测试。

从传统的直喷发动机系统开发方案来讲,很多论文上都可以看到,这是我选的一张图,流场的分析,没有喷雾的测试不行,测试完了有模型的校准,最后4缸机出来,台架实验验证。

流程责任分工不好,不明确,而且头和尾也没有定义清楚,经过这几年的发展,这是我们江淮自己的开发流程,这个流程图,这里面标了不同的颜色,我们总结出来几个经验,你这个设计必须要有一个源头的,设计首先要有燃烧系统的设计方案,比如说汽道滚流比多少,这个方案有了以后,这个方案提给CAE分析部门,然后作为他的分析,CAE如果想分析明白,这里面必须有大量的测试,比如说喷雾的测试,关于发动机的测试,对于很多的企业来讲,其实要想把这两个事情测试出来,还是有难度的,因为我们当时开发这个发动机的时候,我们自己想办法怎么办呢?光学发动机要自己设计出来,我们自己设计出来一个光学发动机,这是我们自己做的,我们也没有找人,我们认为设计部门。光学发动机开始设计制造,CAE开始正常分析,然后做一个设计,后面是整机开发。整机开发以后,基本上很多企业都做到这一步以后,后面就很清楚,硬件选型就结束了,后面就是正常的标的。

我们将整个过程,在公司内部也做了分工,燃料开发也不是CAE的事,三个部门都要有,要一起合作,过程当中大家要信息交互,要共享,才能把这个系统最终定义下来。

光学发动机的设计问题,我们当初做这个事情也在想,是不是从AVL买一个,后来我们分析一下,买的话钱非常高,买过以后想改很难,还是得找他,索性我们自己做一个,光学发动机也是我们自己做的,共包括14个分组,过程比较曲折,我们自己做出来了。

150个专用件,把它装出来,比较难,我们试了很多工具,16大件,保证我们光学发动机正常安装起来,目前一直在使用,而且在这个基础上,我们缸盖、气道怎么变,我们都做了一些开发。

上午徐总也在讲的,喷雾是尤其要测的,测的话给CAE作为非常有效的输入。喷雾测哪些呢?我们测的东西比较多,第一就是流量,流量就是在不同的轨压下,我们看脉宽和流量的关系,有一个直观的方面,可以清楚判断这个喷油器合格还是不合格?在这个过程当中我们发现本来的供应商,我们认为很牛的,应该不会有问题的,但是测出来的确有问题。

白光测试,主要是测宏观,中间那个是示意图,右边是我们正常做出来的,贯穿距和锥角。

还有落点测试,这个测试起来比较麻烦,喷嘴的距离多少毫米,我们会看落点到底什么样子?我们做这个试验的时候我们同样发现,我们的供应商也有喷油器不合格的。这个试验也是两个作用,一方面我们见证喷油器到底合格不合格?本来是6个孔的,做出来以后发现6个孔喷在一起了,根本打不开,后来我们交流过以后,才从公司的总部得知设计出了问题,本来以为158的,结果按58计算的。国内其实也没有这种测试能力,可以非常直观的看到喷雾器有没有问题。

这是流速,当时是6个孔,每个孔的速度,大家可以自己选,我们的6个孔不是均匀分布的,每个孔的流量不一样,可以根据自己的需要,看看测的速度是多少?

还有就是粒径测试,我们当时做了50个大气压和100个大气压,喷的越高粒径越小,目前来看很低的,这是100个大气压,这是50个大气压,雾化非常好。

这是我们做的试验,首先测的是气流,在缸内的速度场,主要就是给CAE的。

还会测喷雾,油气混合的情况,其实明显看出来这个工况非常好的话,燃烧起来特别好,这个烟哪儿来的?很清楚,湿壁了肯定烟,燃烧不好就会烟。我们可以看雾化到底怎么样?看燃烧怎么样?雾化的形态后面都会作为我们CAE模型的数据。

前面测了那么多,后面我们为CAE模型做了一个校准,要准确的分析,模型就要校准,怎么能够预测我高负荷的工况,肯定用CAE的手段,前面测的这些东西,我们都做了CAE的校准。

工业发动里面也进行了校准,还有缸内的油气混合形态也简单看一看,可以对喷雾的模型,还可以做一些更加精细的调整。某些校准完了以后,其实这个CAE模型我们认为可以预测我们的发动机性能,当时也做了一个实验,模型校准我们有一个阀值,校准完了以后,我们预测了一下相符合的高压,预测的结果还是非常准的,最终我们做试验出来以后,跟CAE的结果非常准,如果不校准差的非常多,这个CAE模型什么都可以算。

这个模型对于我们的发动机的性能预测起到非常大的作用。我们根据经验,我们认为更主要的一方面,它的模型可以对我们的燃油系统做一个优化,比如说在特定的工况,我们会发现整个缸内的气流场,会在这个地方会死去,缸盖这个地方不太好,就需要优化,这是CAE做的。左下角这个地方的活塞,到这个地方气流也有问题,搞两个圈,中间又有死区,混合也不好,这个地方也是需要修改的,喷雾也是一样,明显可以看出来,总共有6个孔,喷雾的时候,比如说油束3和4直接撞在活塞上,然后湿壁,排放也不好,机油稀释比较严重,遇到这种情况我们对喷雾的特性做一定的修改。我们认为CAE的手段作用就起到了。

到最后我们该优化的都优化完了,我们对4缸机的性能做了硬件选型和性能确认,所有指标都达成的,燃油开发的性能都达到以后,后面就是我们标定开发的工作。

简单总结,我们认为喷油器喷雾参数的测试可以很好的支持喷雾CFD模型的建立和校准,光学发动机缸内流场和油气混合的测试可以很好的标准缸内气体CFD摸,使CAE计算精度大幅度提升。

光学发动机的测试可以直观的发现缸内气体流畅,可以给CAE模型精确的校准,使发动机所有的工况都可以进行检查。

CFD分析与喷雾和光学发动机测试同时进行,避免了因为侧漏导致的模型校准数据不全,可进一步提高CFD模型校准的效率和准确度。

谢谢大家。


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