柴油机性能优化计算及分析.pdf

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1、柴油机设计与制造Design&ManufactureofDieselEngine2008年第4期第15卷渊总第125期冤柴油机性能优化计算及分析毛明华倪计民(同济大学，上海200092)摘要利用GT-POWER建立了柴油机计算模型，通过试验验证了模型的正确性。以降低柴油机的燃油耗率为目标，从压缩比、配气相位和供油提前角三个方面，对柴油机标定工况进行性能优化，并对2气门和4气门两种结构柴油机的性能进行了分析、对比。Abstract:AnengineperformancesimulationmodelisestablishedwithGT-POWERandthemodelisverifie

2、dbyenginetest.Theoptimizationofengineratedperformanceiscarriedoutbysimulationwithfuelconsumptionreductionasatargetandtakingcompressionratio,valvetimingandinjectiontimingintoconsideration.Theperformancesofengineswith2valvespercylinderand4valvespercylinderareanalyzedandcompared.关键词：柴油机GT-POWER模拟计算

3、优化计算Keywords:dieselengine,GT-POWER,simulation,optimization1前言表1柴油机主要参数内燃机工作过程的数值计算是一种现代化的计发动机型式直列6缸尧水冷算研究方法遥随着内燃机燃烧尧流动尧传热等循环进气形式自然吸气过程子模型向多维化尧实用化发展袁模拟计算结果气门数2气门已经能较好地与实测结果吻合遥内燃机热力循环模拟优化袁就是在内燃机热力循环模拟的基础上袁采缸径伊行程/mm135伊150用优化的方法袁寻找内燃机性能达到最优设计的运排量/L12.88行参数遥GT-Power是一款专门用于发动机性能模压缩比17拟计算的软件袁广泛应用于发动机的

4、设计尧开发尧燃油喷射方式直列机械泵改进等工作遥标定功率/kW162本文在柴油机试验研究的基础上袁建立了柴油标定转速/r窑min-12200机GT-Power计算模型袁利用模型对柴油机的性能进行了模拟计算袁寻找柴油机性能优化的方法遥油机燃烧过程的研究为依据袁表2见列出了柴油机本文主要介绍了降低柴油机标定工况燃油耗率的优燃烧模型的参数遥进尧排气门流量系数及进气门涡化方法遥流强度通过气道稳流试验获得遥2柴油机模型的建立3柴油机模型的验证本文以自然吸气柴油机为研究对象袁柴油机主柴油机标定工况缸内压力的试验数据与计算结要参数见表1遥模型中袁气缸传热模型采用果的对比见图1曰柴油机标定工况放热率曲线

5、试验Woschni模型曰平均机械压力损失采用试验数据袁数据与计算结果对比见图2遥标定工况2200r/min转速时平均机械压力损失为图1尧图2可以看出计算结果与试验数据基本吻160kPa曰燃烧模型采用三元韦柏燃烧模型袁以柴合袁进一步说明用模型进行模拟计算其结果是可信来稿日期：2008-09-03作者简介：毛明华（1979－）女，在读硕士研究生，工程师，主要研究方向为柴油机技术。渊403冤-11-表2柴油机传热模型及燃烧模型参数的遥4柴油机标定工况性能优化传热模型参数输入参数4.1柴油机性能优化的数学模型对流系数1本文以降低柴油机标定工况的燃油耗率为目辐射系数1标袁以柴油机主要运行参数和结

6、构参数为优化变量气缸盖与气缸套面积比1.3进行性能优化的计算分析遥活塞与气缸套面积比1.3优化目标院标定工况有效燃油耗率ge最小袁即ge(X)=ge袁min气缸盖壁平均温度/K500优化变量院X=[x1,x2,x3,x4]气缸套壁平均温度/K400其中袁活塞壁平均温度/K550x1要要要喷油定时曰预混燃烧系数0.2x2要要要压缩比曰预混燃烧持续期4x3要要要进气定时曰x4要要要排气定时遥预混燃烧指数1.1约束条件院主燃烧期20最高爆发压力限制院pz臆14MPa曰主燃烧指数1.1最高缸内温度限制院tC臆2500K曰后燃系数0.05排气温度限制院tT臆920K遥4.2喷油定时对柴油机性能的

7、影响后燃持续期10模拟计算时袁保持柴油机标定工况下的喷油量后燃指数1.1及燃烧模型不变袁分别计算喷油提前角为上止点前1028益A到18益A范围内喷油定时对柴油机燃油耗率实测值的影响遥8计算值柴油机标定工况燃油耗率随喷油提前角的变化见图3遥从图3可以看出柴油机在喷油提前角为上止/MPa6点前22益A附近时燃油耗率最低袁为243.9g/kW窑h遥压力4250缸内21-248·h)0-360-270-180-90090180270360·(kW246