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浅谈基于AVL—BOOST软件的发动机开发过程

作者：姚红飞

来源：《科技与创新》2015年第15期

摘 要：发动机的开发是一个非常复杂的过程，涉及到的零件很多，对性能的要求也很高。在设计开发的过程中，需要考虑的参数也很多，比如排放性、经济性、动力性、可靠性、结构的美观性，要尽可能地轻量化等。在一切为零的基础上开发一款发动机时，要借鉴以往发动机型的技术经验，并运用AVL-BOOST之类软件做前期模拟，之后再进行实体机型的试制，这样可以大大节约成本，缩短开发周期，提高开发效率。 关键词：发动机；AVL-BOOST软件；成本；开发周期

中图分类号：TK412 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.15.017 文章编号：2095-6835（2015）15-0017-02

近年来，不论是国内还是国际乘用和商用车市场，自主品牌的汽车都呈现出了蓬勃发展的态势。由于发动机本身的特性，其更新换代越来越快，国内与国际先进发动机的差距也越来越小，甚至出现了反超。随之而来的市场化竞争也越来越激烈，因此，作为企业，谁能紧跟市场需求，高效率、快步伐、低成本地开发出市场所需的发动机，谁就能在市场的大潮中站稳脚跟。作为关键产品的发动机，优化其设计开发流程是非常重要的。 1 发动机的开发过程

一般发动机的开发过程如图1所示。 图1 发动机的开发过程示意图 1.1 机型指标

开发前期，根据客户的需求或市场情况提出开发指标，主要包括发动机的动力性、经济性和排放性，而主要数据为功率、扭矩、排放指标和油耗等。 1.2 概念设计

先要确定发动机的主要结构参数，然后对零部件按系统或功能进行模块化。确定缸体形式、气缸数、缸径、冲程、 缸心距、连杆长度、活塞压缩高度和爆发压力等热力学相关参

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数，根据这些参数确定缸体高度、缸心距、前端面、后端面、宽度、主盖螺栓和缸盖螺栓的位置等参数，从而确定发动机的总体尺寸和布置情况。 1.3 布置设计

完成发动机整体概念设计后，进入发动机布置设计阶段，细化设计的相关参数，主要包括：①发动机具体零部件结构和参数设计，即前端面、后端面、进气管、排气管、油底壳、连杆、曲轴等和缸体相关件的具体结构、尺寸设计。②布置设计，例如缸盖和缸体的设计，尤其是在缸体上布置的系统结构和参数设计，具体包括：冷却系统水泵、水路；润滑系统机油泵、油路；正时导轨、涨紧器的油路；通风系统回油、通风、窜气等；附件系统使用凸台或支架、起动机、变速器等或悬置。 1.4 零部件图纸设计

将所有零部件设计完成，制成工程图纸。 1.5 样机试制

将所有零部件加工制造，并装配发动机实体样机。 1.6 试验验证

进行发动机点火燃烧试验时发现设计缺陷，验证其是否达到初始设计的目标。 1.7 设计变更

如果发现存在设计缺陷，就要变更零部件的设计。如果凸轮轴的型线设计不合理，可以再次设计并加工制造。 1.8 设计变更后试验验证

对设计变更内容进行再次试验，验证其可行性。 1.9 设计定型

通过多次试验最终完成设计定型。 2 AVL-BOOST发动机开发软件实际应用

AVL-BOOST发动机开发软件是奥地利李斯特内燃机和测试设备公司（AVL List GmbH）开发的针对发动机整机开发前期（概念设计阶段）搭建的整机模型，通过多次数值模拟计算预

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测整机性能，直到获得开发目标性能（比如扭矩、功率），然后确定首轮机型的相关结构尺寸。

2.1 BOOST软件使用简介 建模的基本步骤如图2所示。 图2 建模的基本步骤示意图

图3为完整的柴油发动机整机模型，每个图示代表1个零部件，图中标有增压器、中冷器和空滤器等。

图3 图形操作（整机模型搭建）

在整个建模过程中，使用的主要元件如图4、图5所示。 2.2 输入参数

气缸参数如图6所示。

气门开闭、气门升程参数如图7所示。 2.3 计算模型

在模型中，计算过程监控如图8所示。 在整个建模中，结果分析如图9所示。 图4 建模过程中使用的主要元件1 图5 建模过程中使用的主要元件2 图6 气缸参数

图7 气门开闭、气门升程参数 图8 计算过程监控图 图9 结果分析示意图 2.4 分析计算结果、改进模型