GT-Power工作指南

上海维恩汽车技术有限公司GT-Power工作指南上海交通大学汽车工程研究院发动机所年月日上海维恩汽车技术有限公司GT-Power工作指南编写：校对：审核：批准：上海维恩汽车技术有限公司目录1.软件简介.................................................................................................-1-2.数据收集.................................................................................................-1-2.1发动机结构数据...........................................................................-2-2.2发动机试验数据...........................................................................-4-3.四缸汽油发动机模型的建立.................................................................-4-3.1单缸汽油机的建立.......................................................................-6-3.1.1进气环境（InletEnvironment）...........................................-6-3.1.2进气支管（intakerunner）...................................................-7-3.1.3进气道（IntakePort）..........................................................-9-3.1.4进排气门（IntakeExhaustValves）...................................-10-3.1.5气缸（Cylinder）................................................................-12-3.1.6喷油器（FuelInjector）.....................................................-16-3.1.7排气道与排气支管（ExhaustPortandRunner）..............-17-3.1.8出口环境（OutletEnvironment）......................................-19-3.1.9发动机曲轴箱（EngineCrankTrain）..............................-20-3.2扩展为四缸汽油机模型.............................................................-23-3.2.1进气系统的建立..................................................................-25-3.2.2排气系统..............................................................................-31-4.模型的运算与结果显示.......................................................................-32-5.模型的校准...........................................................................................-34-5.1匹配进气歧管压力.....................................................................-34-5.2校准容积效率.............................................................................-34-5.3背压的校准.................................................................................-35-5.4匹配气缸压力.............................................................................-35-5.5排气温度的匹配.........................................................................-35-5.6校准由倒拖获得的FMEP.........................................................-35-6.发动机性能的优化...............................................................................-37-上海维恩汽车技术有限公司6.1OPTIMIZER的使用......................................................................-37-6.2DOE的使用...................................................................................-40-上海维恩汽车技术有限公司-1-1.软件简介GT-SUITE系列软件是由美国GammaTechnology公司开发的一款完整的、自成体系的开发平台，涵盖了发动机本体、驱动系统、热管理系统、燃油供给系统、曲轴机构、配气机构、空调系统等车辆各个子系统。GT-POWER是GT-SUITE下的发动机性能分析模块，能有效模拟计算发动机的功率、扭矩、比油耗等参数，为发动机的性能优化或改型提供方向，节省大量的试验工作，缩短产品开发周期。GT-Power主要有以下功能：1.功率、扭矩、油耗等性能参数的计算；2.气门升程曲线和正时的优化；3.进排气管路的设计和调整；4.涡轮增压器匹配和响应特性，废气旁通阀的设计；5.发动机控制功能的设计；6.发动机后处理系统的仿真计算，能模拟发动机后处理系统的工作过程；7.GT-POWER的TPA（ThreePressureAnalysis）分析功能，能充分把设计工程师与试验工程师的工作相结合；8.EGR（废气再循环）管路系统的设计；9.管路系统温度，气缸部件的热分析；10.进排气的噪声，消声器、谐振腔的设计；11.燃烧分析，HC、CO、NOx和碳烟的排放分析；12.HCCI及后处理装置的化学反应。2.数据收集GT-Power发动机模型的建立需要一系列的数据，主要分为发动机结构数据和试验数据两部分。上海维恩汽车技术有限公司-2-2.1发动机结构数据软件需要在发动机实际结构参数的基础上建立计算模型，需要先收集表1.1a中的数据。表1.1a发动机结构参数表：序号项目名称1进气管路系统空滤前管路长度及直径2空滤后管路长度及直径3增压器至中冷器前管路长度及直径（增压机型）4中冷器后至节气门前管路长度及直径（增压机型）5空滤器后至节气门前管路长度直径（非增压机型）6节气门至稳压腔前管路长度及直径7稳压腔体积8各进气歧管长度及直径9缸盖各缸对应进气道长度及直径10各缸对应排气道长度及直径11进排气道流量系数12进排气门直径13进排气门冷、热态间隙14进排气门升程曲线15进排气门配气正时16缸头表面积17缸头温度18缸体缸径19冲程20压缩比21连杆长度22活塞销偏移23活塞串气间隙24曲轴箱平均压力25空燃比（汽油机）上海维恩汽车技术有限公司-3-26循环喷油量（柴油机）27燃烧起始角28燃烧持续期29形状因子m30循环缸压数据31排气管路系统各排气歧管长度及直径32排气稳压腔体积33排气稳压腔至增压器前管路长度及直径（增压机型）34排气背压35空滤器总体积36进口腔体积37出口腔体积38空滤器长度39质量流量40目标压损41进口压力42进口温度43中冷器总体积44进口腔体积45出口腔体积46空滤器长度47质量流量48目标压损49冷却介质温度50冷却目标温度51增压器增压器流量系数52增压器总效率53压气机效率54机械效率55压气机压比若处于发动机前期开发阶段，模拟计算的目的就是确定以上某参数的最优上海维恩汽车技术有限公司-4-值。这种情况下可以先将该参数设置为参变量，待模型完全建立后通过运算一系列的情况（case）来确定最优值。2.2发动机试验数据GT-Power计算模型建立后需要发动机从试验获得的性能数据来调整模型参数，以使计算结果与实际的相匹配，也就是模型校核的过程，这是为以后利用模型对发动机作预测性分析准备的。表1.2a为所需的发动机试验参数。表1.2a模型校核需要的试验参数：序号数据名称1功率/扭矩2倒拖摩擦功率3空气流量/燃油流量/空燃比4平均指示压力5比油耗BSFC6容积效率或空气消耗率7进排气歧管的平均温度与压力8涡轮增压器的转速，增压后的压力和搵到（增压机型）9排气背压与温度10缸内压力或燃烧速率11进气动态压力（最好在进气歧管支管中测量）12排气动态压力（最好在排气管与三元催化转化器中测量）13排气道、排气管入口和三元催化转化器出口处的平均温度以上数据应包括在节气门全开或者全负荷下多个转速的数值。在发动机的前期开发阶段，或者未能获得以上全部试验数据，但可以参考与其共用部件的相关发动机的数据。3.四缸汽油发动机模型的建立打开GTise，选择新建，出现以下对话框，License选择GT-POWER，点击上海维恩汽车技术有限公司-5-下一步。图3a在以下对话框根据建立模型后的应用类型可以在新建文件中预加载所需的模板。例如需要建立一个只要计算如功率、燃油消耗率等基本性能的自然吸气点燃式发动机（汽油机），这种情况下只有普通发动机（GeneralEngine）和汽油机特有（SIEngineSpecifics）两个选项是必须的。点击完成后带相关模板的模型文件就已经成功建立了。如果需要更多模板，可以点击工具栏中的TilewithTemplateLibrary按钮，在弹出的对话框中选择需要的模板。图3b上海维恩汽车技术有限公司-6-在GT-POWER中的部件（component）分为模板（template）、对象(object)、零件(part)三种。所有的模板都可以从模板库中提取，然后在模板的基础上定义对象，再根据模型需要定义各个零件。3.1单缸汽油机的建立3.1.1进气环境（InletEnvironment）建立模型的第一步是描述发动机进气的边界条件，这可以通过定义“EndEnvironment”模板来实现。双击模板“EndEnvironment”后可以创建一个新的对象，并命名为“env-inlet”。按图3.1.1a中定义环境压力和温度，在组分（composition）栏中填入“air”后字体会自动变成绿色，代表着它是连接到工程模板库中参考对象的一个指针变量。可以通过双击来定义参考对象，按图3.1.1c中填入各组分的比例。回到对象的定义页面，选择海拔与湿度（AltitudeandHumidity）一栏,定义如图3.1.1b所示。定义各参数值时可以通过点击左上方的图标获取帮助信息。图3.1.1a上海维恩