4110柴油機(jī)進(jìn)、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(jī)進(jìn)、排氣系統(tǒng)建模，分別從進(jìn)、排氣歧管的長度、直徑和配氣相位等參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化分析。優(yōu)化結(jié)果表明：隨著進(jìn)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(jī)采用可變長度、直徑進(jìn)氣歧管；采用進(jìn)、排氣可變配氣相位，即在低速時進(jìn)氣提前角60 °，排氣遲閉角72 °；在高速時進(jìn)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(jī)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(jī)整體性能得到良好的提升。

關(guān)鍵詞：柴油機(jī) 進(jìn)、排氣系統(tǒng) 配氣相位 優(yōu)化

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

為了提高柴油機(jī)的動力性和經(jīng)濟(jì)性，改進(jìn)柴油機(jī)的燃燒質(zhì)量至關(guān)重要。進(jìn)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(guān)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(yùn)動，而進(jìn)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(shè)計出性能優(yōu)良的柴油機(jī)進(jìn)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(jī)進(jìn)排氣系統(tǒng)性能進(jìn)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(jī)計算模型的建立及參數(shù)設(shè)置

在BOOST軟件中建立4110柴油機(jī)的模型，主要包括氣缸、容積腔、空氣濾清器及進(jìn)排氣歧管等，如圖1所示，設(shè)定計算模型的各個參數(shù)。仿真分析得：柴油機(jī)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(jī)仿真研究模型[3-4]。

2 進(jìn)、排氣系統(tǒng)的優(yōu)化

2.1 進(jìn)氣系統(tǒng)的優(yōu)化

分別從進(jìn)氣歧管長度和直徑兩方面來進(jìn)行優(yōu)化[5-8]，模型中進(jìn)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(jìn)氣歧管長度、直徑設(shè)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(jìn)行計算。優(yōu)化分析得：隨著進(jìn)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(jìn)氣歧管。即：低速時，進(jìn)氣歧管長度采用900 mm，進(jìn)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(jìn)氣歧管長度采用500 mm；進(jìn)氣歧管采用擴(kuò)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(jìn)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(shè)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(jìn)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(jī)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(jìn)排氣配氣相位的優(yōu)化研究

模型中，進(jìn)氣提前角50 °，排氣遲閉角62 °，優(yōu)化時，只改變進(jìn)氣提前角和排氣遲閉角[5-8]，分別取進(jìn)氣提前角60 °、40 °、30 °和20 °，排氣遲閉角52 °、72 °、82 °、92 °進(jìn)行計算。優(yōu)化分析得：采用進(jìn)、排氣可變配氣相位，即在低速時進(jìn)氣提前角60 °，排氣遲閉角72 °；在高速時進(jìn)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(jī)進(jìn)、排氣歧管的布置形式，進(jìn)氣歧管選擇使進(jìn)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(jìn)氣歧管。即：低速時，進(jìn)氣歧管長度采用900 mm，進(jìn)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(jìn)氣歧管長度采用500 mm；進(jìn)氣歧管采用擴(kuò)口形，前部和中部直徑為36 mm，后部直徑為38 mm。

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

（4）通過上述優(yōu)化，4110柴油機(jī)的整體性能得到了良好提升。

參考文獻(xiàn)

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