4110柴油機進、排氣系統(tǒng)仿真及優(yōu)化研究

王素梅

摘 要：利用BOOST軟件對4110柴油機進、排氣系統(tǒng)建模，分別從進、排氣歧管的長度、直徑和配氣相位等參數(shù)進行優(yōu)化分析。優(yōu)化結(jié)果表明：隨著進氣歧管長度、直徑及配氣相位參數(shù)的改變，功率、扭矩和燃油消耗量變化不明顯，三者在一定程度上受充量系數(shù)的影響；4110柴油機采用可變長度、直徑進氣歧管；采用進、排氣可變配氣相位，即在低速時進氣提前角60 °，排氣遲閉角72 °；在高速時進氣提前角50 °，排氣遲閉角62 °；而排氣歧管的參數(shù)對發(fā)動機的性能影響的較小，對排氣歧管的參數(shù)不做任何改變。通過優(yōu)化4110柴油機整體性能得到良好的提升。

關鍵詞：柴油機 進、排氣系統(tǒng) 配氣相位 優(yōu)化

中圖分類號：TK429 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）06（c）-0065-01

為了提高柴油機的動力性和經(jīng)濟性，改進柴油機的燃燒質(zhì)量至關重要。進排氣系統(tǒng)、燃料供給系統(tǒng)和燃燒室形狀三者相互配合是決定燃燒過程的關鍵因素。要使混合氣形成過程和燃燒過程完善，必須使缸內(nèi)有充足的新鮮空氣、合適的渦流運動，而進排氣系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和配氣相位直接決定著氣體流動性能的優(yōu)劣。設計出性能優(yōu)良的柴油機進排氣系統(tǒng)，可使充氣量得到增加，功率提高，扭矩特性得到改善、燃油消耗率降低。因此，對柴油機進排氣系統(tǒng)性能進行仿真及優(yōu)化，在工程實踐中具有較大意義[1，2]。

1 4110柴油機計算模型的建立及參數(shù)設置

在BOOST軟件中建立4110柴油機的模型，主要包括氣缸、容積腔、空氣濾清器及進排氣歧管等，如圖1所示，設定計算模型的各個參數(shù)。仿真分析得：柴油機功率、扭矩和燃油消耗量的計算結(jié)果和實驗值之間最大誤差不超過5%，滿足模型的精度要求，可作為柴油機仿真研究模型[3-4]。

2 進、排氣系統(tǒng)的優(yōu)化

2.1 進氣系統(tǒng)的優(yōu)化

分別從進氣歧管長度和直徑兩方面來進行優(yōu)化[5-8]，模型中進氣歧管長度均為700 mm，直徑均為38 mm。在其它參數(shù)不變的條件下，將進氣歧管長度、直徑設為可變參數(shù)，分別取長度500 mm、600 mm、800 mm和900 mm，直徑36 mm、37 mm、39 mm和40 mm進行計算。優(yōu)化分析得：隨著進氣歧管長度、直徑的改變，功率、扭矩和燃油消耗量變化不太明顯，且三者在一定程度上還受充量系數(shù)的影響。所以采用可變長度、可變直徑進氣歧管。即：低速時，進氣歧管長度采用900 mm，進氣歧管采用縮口形，前部和中部直徑為40 mm，后部直徑為38 mm；高速時，進氣歧管長度采用500 mm；進氣歧管采用擴口形，前部和中部直徑為36 mm，后部直徑為38 mm。

2.2 排氣系統(tǒng)的優(yōu)化

分別從排氣歧管長度和直徑兩方面來進行優(yōu)化[5-8]，模型中排氣歧管長度均為300 mm，直徑均為38 mm。在其它參數(shù)不變的條件下，將排氣歧管長度、直徑設為可變參數(shù)，分別取長度100 mm、200 mm、400 mm和500 mm，直徑36 mm、37 mm、39 mm和40 mm進行計算。優(yōu)化分析得：排氣歧管長度和直徑變化對發(fā)動機性能的影響不太大，所以對排氣歧管管長和直徑不做改變。

2.3 進排氣配氣相位的優(yōu)化研究

模型中，進氣提前角50 °，排氣遲閉角62 °，優(yōu)化時，只改變進氣提前角和排氣遲閉角[5-8]，分別取進氣提前角60 °、40 °、30 °和20 °，排氣遲閉角52 °、72 °、82 °、92 °進行計算。優(yōu)化分析得：采用進、排氣可變配氣相位，即在低速時進氣提前角60 °，排氣遲閉角72 °；在高速時進氣提前角50 °，排氣遲閉角62 °。

3 結(jié)論

（1）對比四種常用直列發(fā)動機進、排氣歧管的布置形式，進氣歧管選擇使進氣更加均勻的布置形式，排氣歧管選脈沖型。

（2）采用可變長度、可變直徑進氣歧管。即：低速時，進氣歧管長度采用900 mm，進氣歧管采用縮口形，前部和中部直徑為40 mm，后部直徑為38 mm；高速時，進氣歧管長度采用500 mm；進氣歧管采用擴口形，前部和中部直徑為36 mm，后部直徑為38 mm。

（3）采用進、排氣可變配氣相位，即在低速時進氣提前角60 °，排氣遲閉角72 °；在高速時進氣提前角50 °，排氣遲閉角62°。

（4）通過上述優(yōu)化，4110柴油機的整體性能得到了良好提升。

參考文獻

[1] 崔洪江.YC6T柴油機進排氣系統(tǒng)性能仿真及優(yōu)化研究[D].大連海事大學，2011.

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[3] 梁澄清.基于一三維模型及其耦合的4D24柴油機進氣排氣系統(tǒng)仿真研究[D].南昌大學，2013.

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[6] 李浩.增壓柴油機進氣系統(tǒng)匹配與研究[D].昆明理工大學，2014.

[7] 曹騫.進氣系統(tǒng)結(jié)構(gòu)對柴油機充氣效率影響的數(shù)值仿真研究[D].山東大學，2012.

[8] 孫曉輝.柴油機進氣過程的數(shù)值仿真研究[D].山東大學，2011.