基于GT—power的汽車尾氣濃度的模擬計算

劉全美++王杰++莫壽存++陳萌

DOI：10.16660/j.cnki.1674-098X.2017.14.155

摘 要：隨著科技的發展，社會的進步，汽車已經成為人們必要的代步工具，然而隨著汽車保有量的不斷增加，汽車尾氣帶來的大氣污染問題越來越嚴重。為了有效驗證汽車尾氣帶來的污染程度，該文首利用GT-power模擬計算出了在沒有經過消聲器時的汽車尾氣濃度，說明了在經過三元催化轉化器后汽車尾氣濃度較高，仍有必要設計凈化手段。

關鍵詞：汽車尾氣 濃度 模擬計算

中圖分類號：TG249 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）05（b）-0155-02

隨著社會的發展，汽車現已成為人們日常出行的常用工具，預計2020年將達到13103萬輛。但隨著汽車保有量的增加，汽車在給人們的生活帶來便利的同時也帶來了嚴重的社會問題，其中就包括大氣污染等等。為了驗證汽車尾氣排放的污染程度，該文特采用GT-power模擬計算出了在沒有經過消聲器時的汽車尾氣濃度，計算過程如下。

1 所建模型的發動機基本參數

本設計以一款中小型車用發動機模型為基礎，進行了物理模型的建立。通過對該發動機所建立的物理模型進行模擬運行，可以計算出發動機的扭矩、功率、濃度和噪聲等性能參數，為后期在不同工況下汽車尾氣的擴散和汽車主消聲器的設計提供理論依據。該發動機的基本參數如表1所示。

2 建模過程

GT-power軟件有一個自己的零件模型庫，里邊包含如氣缸、曲軸、各種管結構、管接頭、濾清器、氣門、噴油器等機械結構，各種燃燒模型、噴射模型、傳熱模型和氣體流動模型等。我們可以根據自身需要選取所需機械結構模塊及各種模型，并進行相應的參數設置，最后將各個機構連接起來構成最終的發動機模型。具體建模過程如下。

（1）定義外部環境參數。

（2）進氣支管。

（3）進氣道。

（4）進排氣門。

（5）氣缸。

（6）噴油器。

（7）排氣道與排氣支管。

（8）整體模型。

3 模型校驗

建立完成發動機模型后，并不能確定軟件建立模型對真實發動機運行過程是否能夠做到準確真實的反映，因此需要進行驗證。運行該模型的工作流程，將所得實驗數據輸入GT-post與所建模型仿真結果比較。扭矩誤差與功率誤差均在5%以內，由此可以證明所建模型是準確的。

4 結果分析

通過以上過程，得到了在不同工況下汽車尾氣中NOx、CO和碳氫化合物等污染物的排放曲線，考慮到該文主要是針對NOx進行凈化方法的設計，所以以NOx為例分析其濃度曲線圖。其結果如圖1所示。

由仿真實驗結果分析可知如下幾點。

（1）汽車尾氣中的NOx主要是NO，根據高溫NO的生成機理，產生NO的三要素是溫度、氧濃度和反應時間，即在足夠的氧濃度條件下，溫度越高和反應時間越長，則NO的生成量越大。

（2）在發動機轉速為3000r/min左右時，由于汽車空燃比的變化和燃燒溫度的變化NO的排放濃度較高。之后，隨著發動機轉速的提高，NOx的濃度有所降低，這是因為隨著轉速的提高供油提前角一定時，提前噴油的實際時間縮短，使參加混合燃燒的燃油量變少，初期放熱量和放熱峰值降低，從而使最高燃燒溫度降低。高轉速時缸內高溫的持續時間縮短，這兩個因素都促成在高速時NOx的生成和排放濃度下降。

（3）經過三元催化轉化器后，汽車尾氣中NOx度仍然較高，面對如今越加嚴重的大氣污染問題，我們有必要研究汽車尾氣在大氣中的擴散情況，并且在經過三元催化轉化器后有必要采取更多的凈化手段來降低排放到大氣中的污染物的濃度。

5 結語

該文闡述了在GT-power中建立發動機模型的過程，利用GT-power模擬計算出了1.6L發動機在不同轉速下的尾氣排放濃度，證明了發動機排放的廢氣在經過三元催化轉化器后仍然有必要采取一定的凈化手段來降低其排放濃度，從而為后續在消聲器中增加凈化功能奠定理論基礎。

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