基于AVL Boost的16V396TE54柴油機燃用天然氣改型研究

山西中北大學 武澤宇 蘇鐵熊 任海濤 許俊峰

1 引言

AVLBoost中針對發動機的性能模擬計算程序，在柴油機、汽油機和高熱值的單一氣體（如氫氣、天然氣、沼氣、液化石油氣等）發動機上已普遍應用。但是，由于生物質燃氣的成分比較復雜，熱值比較低，軟件對其進行計算時需要對熱值、空燃比、壓縮比等參數做相應的變化，以便實現在低熱值生物質氣體發動機上的模擬計算。本文在原型柴油機模型校驗準確的基礎上，結合天然氣發動機的工作特性，對模型進行修改和參數匹配，計算分析適用于改型的工作參數。

2 16V396TE54柴油機模型

2.1 關于對16V396TE54柴油機模型的建立分析

16V396TE54直噴式柴油機工質循環過程大致是：外界空氣通過進氣系統的系統邊界SB1進入空氣濾清器CL1，再由管路2和3分兩部分進入兩個廢氣渦輪增壓器TC1和TC2的壓氣機中，之后經過增壓中冷器CO1后分別流入左右兩排氣缸的進氣總管PL1、PL2，然后空氣由進氣歧管進入相應的16個氣缸中。在該仿真模型上分布了6個測量點，以便對仿真模型中的進氣系統和排氣系統中氣體的熱力過程進行分析，如圖1所示。

圖1 仿真模型

2.2 模型主要參數

該模型發動機轉速為1500r/min，屬四沖程發動機，壓力100000Pa，溫度298K，關鍵機構參數見下表1和表 2。

表1 汽缸主要參數

表2 燃燒主要參數

3 柴油機模型的校驗

通過多次運算，得到燃燒起始角、燃燒持續期、燃燒品質指數三者的最優值，即-14、85、0.8。現將優選值與實驗值進行比較，如表3所示。

表3 16V396TE54柴油機實驗值與優選值

通過比較可以看出，建立的仿真模型與16V396TE54柴油機基本符合。模擬后的有效功率、比油耗、中冷器溫度、最大爆發壓力均在實驗值的許可范圍內。雖然由仿真模型得到的數據比最大許可值還高出7K,但考慮到仿真結果的渦輪前溫度高出的幅度并不大，對仿真結果還是認可的。造成這一問題的主要原因可能是燃燒起始角、燃燒持續期、燃燒品質指數三個參數選擇不盡合理，使得燃燒放熱曲線燃燒結束段噴油較多，導致后燃增加，排氣溫度因此而增加。

4 柴油機改燃天然氣的匹配分析

16V396TE54柴油機改型為天然氣內燃機時，要在原柴油機上加裝噴油器、節氣門、燃氣供給裝置等結構。主要針對柴油機燃用天然氣時的凸輪型線、配氣相位、壓縮比、增壓比、點火提前角進行了匹配優選，其結果如表4所示。

表4 匹配優選結果

5 結論

本文應用AVL Boost建立了16V396TE54柴油機整機仿真模型，通過與試驗數據進行對比，驗證了模型的準確性。在此基礎上，針對天然氣發動機燃燒過程的特點，利用所建的天然氣發動機模型，對其配氣相位、壓縮比、增壓比、點火提前角、過量空氣系數進行了初步的優選和確定。分析結果可以為發動機的整機參數優化匹配提供理論依據，從而提高研發天然氣發動機的效率，同時進一步提高發動機的動力性和經濟性。

[1]楊振中,尚明偉.基于AVL BOOST的氫燃料內燃機稀燃過程研究[J].車用發動機,2008（ 176）.

[2]馬凡華,丁尚芬等.點燃式HCNG發動機一維數值模擬研究[J].內燃機工程,2011,32（ 2）.

[3]郝利君,張付軍等.天然氣發動機的發展現狀與展望[J].汽車工程,2000,（5）.