基于AVL-BOOST的柴油机性能仿真研究

科　—技信息　—黑龙江——　科｛技Ｉ论Ｉ坛　由远程　基于ＡＶＬ－ＢＯＯＳＴ的柴油机性能仿真研究　（辽宁省高速公路管理局葫芦岛管理处，辽宁葫芦岛１２５００１）　摘要：发动机工作过程仿真已经成为发动机开发设计和改进工作的一个重要手段和环节。以某６缸柴油机结构参数为基础，运用一维动力　学软件ＡＶＬ—ＢＯＯＳＴ建立了发动机工作过程模型。通过发动机台架试验获取的外特性功率、油耗及缸内压力数据和仿真计算结果的对比，验证了　发动机仿真模型有效性。最后，利用仿真模型计算了配气相位对柴油枷陆能的影响，结果表明：减小进气门延迟角，而其他相位角保持不变，发动机　油耗下降。　关键词：发动机；仿真；配气相位；进气门延迟角　表１柴油机主要技术规格　内燃机工作过程模拟计算是一种现代化　１５Ｏ　／＼　的计算研究方法。在发动机的设计开发阶段和　型式　直列式、四冲程、水冷、直喷式燃烧室　百１２０　／　＼　性能试验研究阶段，可以应用内燃机工作过程　吸气方式　肺冲增压　县９０　／　＼　模拟计算的方法对发动机的主要性能指标进行　压缩比　０　１７　５：１　／　＼＼　３０　预测。通过性能模拟计算和结果分析，可了解发　气缸数　６　／■＼　０　动机的一些主要参数对其性能的影响，减少样　气缸直径（Ⅱｌｎ１　１０８　２８０　３３０　３８０　４３０　４８０　机的试验工作量，从而对发动机的设计和实验　话喜＇ｔＳ＂Ｎ（ｎｍ　ｌ３Ｏ　曲轴转角［ｄｅｇ］　起到积极的指导作用㈣。　发火次序　ｌ一５　３　６—２—４　１柴油机整机性能仿真基本原理　增压柴油机是一个很复杂的热力装置，在　进行内燃机工作过程数值计算时，首先要建立　模型。建立计算模型的步骤大致如下：ａ尉所研　究的对象进行观察和测量，即收集数据和资料。　ｂ．将实际复杂的系统分解成若干个容易处理的　子系统，建立相应的物理模型。ｃ．根据热力学、　ＩＶＣ［ｄｅｇ】　传热、传质等方面的知识，将简化的物理模型进　图３换气损失、着火延迟期规律　行定量的数学描述，建立数学模型。ｄ．利用已建　立的初步模型进行模拟计算，求出该模型所包　含的全部物理参量，并通过试验验证，进一步修　改模型，最后达到实用的目的。　２∞ｌ　在进行柴油机的工作过程与匹配计算时，　先把柴油机的计算模型划分为几个的、相　互联系的热力平衡系统。划分的要求是：ａ．对划　分的每个系统均能够假定每瞬时在系统内各点　的气体压力、温度和成分都是均匀的，即处于热　力平衡状态。对排气管压力等参数以一维不稳　图５最大燃烧压力、排温规律　图４功率、油耗规律　定流动理论来计算时例外；ｂ．系统与系统之间　否合理主要以充气效率、残余废气系数、换气损　角保持不变，进气门延迟角由原来的５５。ＣＡ　通过热量与质量的传递相互联系。　进气提前　减小到４５。ＣＡ时，由２—５图所示，发动机燃油　对于四冲程涡轮增压柴油机，可以划分为　失为衡量标准。柴油机原机配气相位：而其他性能指标基本不变。　以下五个热力平衡系统：ａ．废气涡轮增压器子　角４７。ＣＡ，进气延迟角５５。ＣＡ，排气延迟角　消耗率有所下降，排气提前角１００。ＣＡ。经过仿真分析，　５结论　系统．ｂ．空气中间冷却器子系统　进气管子系　５２。ＣＡ，柴油机所选进气门提前角、排气门提前角、排气　利用ＡＶＬ—ＢＯＯＳＴ一维仿真软件建立了某　统；ｄ．排气管子系统；ｅ．气缸子系统。　门延迟角均为最佳相位角。因此，文中只对进气　６缸柴油机仿真模型，通过发动机台架试验获　２仿真模型建立　取了发动机外特性功、油耗及缸内压力数据，并　ＡＶＬ　ＢＯＯＳＴ是一个建立整台发动机模　门延迟角的仿真结果进行说明。　改变进气门延迟角，其他相位角保持不变，　３祷　＆∈　孑　０富口吾　０旨ｇ高一　与仿真计算结果相对比，验证了仿真模型的有　型的模拟程序。它可以模拟包括燃烧在内的发　　效性。利用仿真模型计算配气相位对性能影响，　动机所有循环和进排气系统的特性。它可应用　发动机性能指标变化规律如图２到图３所示。而其他相位角保　于各种发动机设计方案的优化，气门正时的优　由图２可知：在３５。ＣＡ一５５。ＣＡ范围内，随着　结果表明：减小进气门延迟角，８７２增加　持不变，发动机性能得到了优化。　化，增压系统的设计，各零部件的优化设计和发　进气门延迟角的增大，充气效率由０．到０．９２６，增加幅度较大；在５５。ＣＡ～６５。ＣＡ　参考文献　动机瞬态性能的评价等。　充气效率基本保持不变，在６５。ＣＡ～　［１］赵保平，，高富贵．多输入多输出振动试验　选用某６缸柴油机建立仿真模型，柴油机　范围内，７５￣ＣＡ范围内，充气效率呈下降趋势，但变化　应用综述ｆ　Ｊ１．装备环境工程，２００６，３．　的主要技术规格如表１所示。　幅度较小；在３５。ＣＡ～７５。ＣＡ范围内，残余废　『２１王海刚，陈石，刘石．内燃机进气道和缸内流　３仿真模型的验证　　场『Ｊ］．工程热物学报，２００２，３．　利用ＡＶＬ　ＢＯＯＳＴ计算得到缸内压力曲　气系数曲线呈外凸性，但变化不大。图３表明：３］赵亚男，刘碧蓉．汽车发动机特性仿真研究ＩＪ１．　线与柴油机台架试验缸内压力曲线对比。由图　在３５。ＣＡ～５５。ＣＡ范围内，随着进气门延迟　【２００８，１．　着火延迟期减小，在５５。ＣＡ～７５。　北京交通大学学报，１可以看出，所得到的缸内压力曲线均与实验　角的增大，作者简介：由远程（１９７６，１０～），男，学历：本科；　值吻合得很好，最大燃烧压力相差０．３６％。由此　ＣＡ范围内，着火延迟期基本保持不变。　由图４、图５可知：随着进气门延迟角的增　毕业院校：吉林工业大学交通学院。职称：工程　可知，所建立的计算模型完全可以反映发动机　大，燃油经济性变差，燃油消耗率增加，在进气　师；研究方向：载运工具运用工程及交通运输管　运行状况。　门延迟角为５５。ＣＡ时，最大燃烧压力最大，而　理　４配气相位对性能影响的仿真研究　　配气相位会影响换气过程的完善程度，从　排气温度最小。进气门提前角、排气门提前角、排气门延迟　而影响发动机的性能指标。配气相位选择的是　２一