摘要:本文应用GT-Power软件建立某摩托车发动机工作过程的仿真模型,并通过与消声器模型的耦合仿真,得到改进前后消声器的插入损失和压力损失。仿真结果表明,改进后的消声器在压力损失变化不大的前提下,使得插入损失增加了5-9dB(A)。计算结果可为排气消声器的设计和性能的改善提供指导。
关键词:GT-Power;排气消声器;插入损失;压力损失
中图分类号:U462 文章标识码:A 文章编号:1005-2550(2012)02-0000-00
1概述
发动机排气噪声是摩托车的主要噪声源,随着摩托车的排放标准和噪声标准变得日益严格,选择合理的设计手段和方法来满足法规要求就显得尤为重要。为达到第三阶段排放标准,催化转化器已经成为摩托车的标准配置。根据摩托车的结构特点,催化器需要和消声器集成为一体,即摩托车排气净化消声器。这种一体化设计对消声器提出了新的要求,因此,研究排气净化消声系统对发动机动力性、经济性及噪声性能的影响十分重要[1]。
随着计算机软件技术的迅猛发展及其在工程中的广泛应用,发动机性能仿真技术也得到了快速发展并日渐成熟,成为现代消声器研究的主要平台。本文利用GT-Power软件完成了摩托车发动机排气消声系统与催化装置的匹配研究[2]。
2发动机仿真模型的建立与验证
2.1仿真模型的建立
GT-power软件以一维CFD计算为基础,采用有限容积法进行模拟计算。它把发动机的各系统分为不同的功能模块进行面向对象的编程,然后将这些通用的功能模块以模板的形式存储起来形成模板库。该软件的模板库非常丰富,包括了流体元件、机械部件、分析工具和模拟过程控制等发动机全工况模拟所需的元件与工具。搭建发动机模型,仅需将相应的模板拷贝到建模区域中形成对象并予赋值,然后将对象连接进行有机集成,形成与发动机实际输入与输出关联的发动机仿真程序[3] [4]。
可见,扭矩与功率的仿真结果与实验结果的误差都在允许范围内,所以上述模型可以与消声器模型进行耦合计算。
3发动机与消声器耦合仿真
3.1 消声器模型
GT-Power软件的GT-SUITE用户界面内含有消声器的前处理程序Muffler,Muffler采用图形化设计,包含了消声器的各种零部件数学模型,如壳体、直管、弯管、重叠管、多孔管、吸声材料及隔板等。用户可在图形界面方便地建立消声器复杂几何形状的三维网格,然后系统将此三维网格转化为其内部格式的数据文件,并在GT-ISE中导入即可自动生成GT-power软件的模型[5] [6]。
作者首先建立了原消声器模型(图4),然后在原消声器模型上加入催化器对消声器模型进行了改进(图5)。改进方式如下:在进管处加一根热管(Φ36×45 mm),第一腔内加催化器(直径×长(1)作为计算机辅助工程(CAE)软件的GT-Power可以很好的实现发动机和消声器的耦合仿真,其具有的声学分析模块具有很好的预测性能,能够实现消声器的声学性能分析及结构优化设计。
(2)增加了催化器之后的消声器插入损失增加,尾管噪声减小,在整个转速范围内尾管噪声减小范围为2~5dB(A)。转速在7500rpm以上时压力损失增加,转速在6000rpm 至7500rpm之间时压力损失基本减小,转速在6000rpm以下时压力损失基本不变。
(3)后处理系统已成为控制发动机排放的必然选择,然而,受制于布置空间等外部因素,排放后处理系统的催化器部分往往宜采用与消声器集成的方式。
参考文献
[1] 侯献军,潘洪健,彭辅明等.满足摩托车国Ⅲ排放标准的净化技术研究[J].汽车科技,2010,(4)
[2] 方华, 李冰, 郑广勇等.排气消声器消声性能仿真分析[J].小型内燃机与摩托车,2007,(6)
[3] 颜伏伍,张云飞,刘志恩.摩托车排气净化消声器的设计方法研究[J].小型内燃机与摩托车,2009,(10):25-29.
[4]田翠翠, 侯献军, 刘志恩等.壁面吸声材料对汽车排气消声器性能的影响[J].汽车科技,2008,(6)
[5] 李冰,排气消声器消声性能仿真分析[D],长春:吉林大学,2005.
[6] 侯献军, 刘庆, 刘志恩.基于GT-Power的汽车排气消声器性能分析及改进[J].汽车技术, 2009, (1): 38-40.