李金庫(kù)，王 治，趙 天，許建輝

(1.黑龍江工程學(xué)院;2.哈爾濱東安汽車動(dòng)力股份有限公司)

1 GT－Power 軟件一般模型的建立與操作

1.1 建立模型操作步驟

按照啟動(dòng)GT－ISE 模型，創(chuàng)建新模型，加載模板，定義對(duì)象，模板連接等步驟進(jìn)行建模。

1.2 運(yùn)行模塊

連接結(jié)束之后，要對(duì)一些參變量進(jìn)行賦值，通過特性參數(shù)的不同數(shù)值進(jìn)行比較，以達(dá)到性能分析的目的，在此過程中，可以發(fā)現(xiàn)模塊建立所產(chǎn)生的錯(cuò)誤，在保證所有錯(cuò)誤都被改正之后，工作循環(huán)的模擬才能繼續(xù)。

1.3 結(jié)果后處理

1.4 應(yīng)用GT－Power 軟件進(jìn)行噪聲分析

1.4.1 發(fā)動(dòng)機(jī)的基本參數(shù)

近些年，捷達(dá)汽車占我國(guó)乘用車市場(chǎng)比例很大，論文研究的主要是乘用車的進(jìn)氣系統(tǒng)，所研究的原型機(jī)是一臺(tái)捷達(dá)伙伴CIF－P 轎車的發(fā)動(dòng)機(jī)，其具體參數(shù)見表1。根據(jù)表中參數(shù)及其他相關(guān)參數(shù)，運(yùn)用GT－Power 軟件建立進(jìn)氣系統(tǒng)與發(fā)動(dòng)機(jī)耦合模型，在轉(zhuǎn)速為5 500 r/min 的狀態(tài)下，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行測(cè)量分析，所建立的仿真模型主要包括進(jìn)氣系統(tǒng)、排氣系統(tǒng)、氣缸等。針對(duì)NVH 分析與研究，將進(jìn)排氣系統(tǒng)的空濾器和消聲器進(jìn)行的系統(tǒng)建模，可以對(duì)其進(jìn)行調(diào)用。

表1 捷達(dá)伙伴CIF－P 發(fā)動(dòng)機(jī)的基本參數(shù)

1.4.2 GT－Power 發(fā)動(dòng)機(jī)模型各部件參數(shù)設(shè)定

(1)捷達(dá)伙伴CIF－P 發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)設(shè)定

下述發(fā)動(dòng)機(jī)的兩個(gè)參數(shù)設(shè)定圖設(shè)定了整個(gè)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)模型的大腦部分。對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸數(shù)的氣缸設(shè)置形式、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、摩擦實(shí)體、種類等參數(shù)進(jìn)行了設(shè)置。對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火順序、點(diǎn)火間隔進(jìn)行了設(shè)置。

運(yùn)用有限容積法對(duì)熱流體軟件進(jìn)行模擬計(jì)算，利用GT－Power 軟件進(jìn)行建模仿真，其結(jié)果如下圖。

(2)捷達(dá)伙伴CIF－P 發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸參數(shù)設(shè)定

捷達(dá)伙伴CIF－P 發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸的屬性參數(shù)和Cylinder 屬性相同的參數(shù)應(yīng)該一致，此外還包括缸內(nèi)的初始狀態(tài)、燃燒模型傳熱模型等屬性定義。

(3)捷達(dá)伙伴CIF－P 進(jìn)氣系統(tǒng)模塊與參數(shù)設(shè)定

進(jìn)氣系統(tǒng)是由一個(gè)進(jìn)氣管連接到空濾器，再到進(jìn)氣歧管。在歧管末端，有一個(gè)變直徑孔用于節(jié)氣門。進(jìn)氣歧管是由一系列的溢出口和管件構(gòu)成。建立進(jìn)氣系統(tǒng)，第一要建立進(jìn)氣歧管。繪制進(jìn)氣歧管以及離散歧管的方法，如圖1 所示。

圖1 進(jìn)氣歧管和離散歧管示意圖

當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)部分參數(shù)設(shè)定完成后，然后將各個(gè)部件分別進(jìn)行連接，并且按順序與氣缸相連，最后保證整個(gè)系統(tǒng)能夠正常運(yùn)行。

單缸發(fā)動(dòng)機(jī)的模型如圖2，四缸發(fā)動(dòng)機(jī)模型的建立及連接模塊如圖3 所示。

圖2 單缸發(fā)動(dòng)機(jī)模型

圖3 四缸發(fā)動(dòng)機(jī)模型

2 進(jìn)氣噪聲仿真分析

在對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣噪聲測(cè)試時(shí)，GT－Powe 采用的是麥克風(fēng)模型。通過傳感器收集到的信號(hào)，在傳遞給麥克風(fēng)。

2.1 未安裝消聲器時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性及噪聲變化趨勢(shì)

2.1.1 噪聲與頻率關(guān)系圖

GT－Post 軟件對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)在5 500 r/min 時(shí)的工況下進(jìn)行初步測(cè)定;圖5 為后處理后測(cè)定的在5 500 r/min 轉(zhuǎn)速下的頻率與進(jìn)氣噪聲關(guān)系圖。

圖4 諧振腔插入前的發(fā)動(dòng)機(jī)模型

圖5 優(yōu)化前5 500 r/min 轉(zhuǎn)速下的進(jìn)氣噪聲曲線

2.1.2 頻率域噪聲關(guān)系表

對(duì)應(yīng)頻率與進(jìn)氣噪聲關(guān)系圖的相應(yīng)數(shù)值見表2。

表2 頻率與進(jìn)氣噪聲關(guān)系值

2.1.3 發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性曲線圖如圖6 ～8 所示。

2.1.4 優(yōu)化前后動(dòng)力學(xué)動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性及其噪聲的對(duì)比

由圖10 得到插入赫姆霍茲消聲器前后對(duì)應(yīng)各頻率值的進(jìn)氣噪聲仿真值，表3 為輸出值。

紅線代表插入赫姆霍茲諧振腔的原發(fā)動(dòng)機(jī)模型的進(jìn)氣噪聲曲線，藍(lán)線表示的是未插入赫姆霍茲諧振腔的發(fā)動(dòng)機(jī)模型進(jìn)氣噪聲曲線。通過對(duì)圖10 及表3 的分析可以清楚的看出在轉(zhuǎn)速為5 500 r/min 的工況下插入赫姆霍茲諧振腔后，進(jìn)氣噪聲有了明顯的改善。

圖6 發(fā)動(dòng)機(jī)燃油消耗隨轉(zhuǎn)速的變化

圖7 發(fā)動(dòng)機(jī)的扭矩隨轉(zhuǎn)速的變化

圖8 發(fā)動(dòng)機(jī)的功率隨轉(zhuǎn)速的變化

圖9 進(jìn)氣系統(tǒng)優(yōu)化前后功率變化

圖10 優(yōu)化前后在5 500 r/min 噪聲曲線比較

表3 為對(duì)應(yīng)頻率與進(jìn)氣噪聲關(guān)系圖的相應(yīng)數(shù)值。

表3 優(yōu)化前后頻率與噪聲關(guān)系仿真值

下面比較在進(jìn)氣系統(tǒng)中插入赫姆霍茲諧振腔前后，發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性的變化情況，見圖11 ～12 所示。

從上述圖型可知，安裝赫姆霍茲消聲器后，發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油消耗量基本沒有太大的變化，發(fā)動(dòng)機(jī)的功率、扭矩在某些頻率處略有所降低，但降低程度并不大，波動(dòng)幅度基本在5%范圍之內(nèi)保證發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油經(jīng)濟(jì)性和動(dòng)力性的要求，安裝的消聲器可以使用。

圖11 進(jìn)氣系統(tǒng)優(yōu)化前后燃油消耗率變化

圖12 進(jìn)氣系統(tǒng)優(yōu)化前后扭矩變化

3 結(jié) 論

(1)根據(jù)捷達(dá)伙伴CIF－P 的發(fā)動(dòng)機(jī)型號(hào)，各部分參數(shù)，以及消聲器本身性能，建立了發(fā)動(dòng)機(jī)一缸及四缸模型;

(2)運(yùn)用Gt－Power 軟件建立進(jìn)氣消聲器的仿真模型。安裝消聲器后，燃油消耗量有所增加，扭矩相對(duì)降低，輸出功率有所降低，但是變化量控制在5%以內(nèi)，不會(huì)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)整體的經(jīng)濟(jì)性能和動(dòng)力性能有較大影響;

(3)最大降噪量達(dá)到2dB，因此，在進(jìn)氣系統(tǒng)增加赫姆霍茲諧振腔的方案可行。

［1］ 張宇，蘇清祖，汪文國(guó).車輛噪聲與控制［M］.機(jī)械設(shè)計(jì)與制造工程，1992，(2):128，44－46.

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