【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

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。

敬请关注盖世汽车“2017汽车与环境创新论坛”直播专题

提示：本文为现场速记，未经专家审核，请勿转载！