GW2.5TCI柴油機配氣相位優化與模擬計算

摘要:本文利用AVL-BOOST發動機模擬軟件建立了GW2.5TCI柴油機的計算模型，模擬計算了配氣相位對柴油機進氣流量和有效燃油耗的影響，并對配氣相位進行了優化，以優化的配氣相位模擬柴油機外特性上的性能，并和樣機試驗值進行了比較，結果表明模擬值和試驗值是一致的，樣機的排放試驗結果達到了國Ⅲ排放標準限值。

關鍵詞:柴油機 模擬計算 配氣相位

0 引言

在發動機的設計開發階段和性能試驗研究階段，可以應用發動機工作過程模擬計算的方法對發動機的主要性能指標進行預測。通過性能模擬計算和結果分析，可了解發動機的一些主要參數對其性能的影響，從而對發動機的設計和實驗起到積極的指導作用[1]。

配氣機構是發動機的主要組成部分，它直接關系到發動機運轉的可靠性、振動和噪聲，并影響內燃機的經濟性和動力性[2]。本文以GW2.5TCI柴油機為樣機，用AVL BOOST模擬軟件對其配氣相位進行模擬計算并對配氣定時進行優化。

1 模型建立

本文以某排量為2.5L的車用柴油機為樣機，對配氣相位進行模擬計算，找出最佳的配氣相位角。柴油機的主要技術參數如下表1:

根據柴油機技術參數建立熱力學計算模型，如圖1所示，其中，SB1、SB2為系統邊界，CL1為空氣濾清器，TC1為渦輪增壓器，CO1為中冷器，PL1～PL2為穩壓裝置，C1～C4為氣缸，R1～R11為阻力，MP1～MP18為測點，J1～J4為接點，1～31為管道，CAT1為催化轉化器。

2 配氣相位優化計算

本文分析了3600r/min、2400r/min和1000r/min全負荷工況時配氣相位對柴油機進氣流量的影響。

隨著進氣提前角從-41℃A減小到-9℃A，進氣流量在3600r/min時-25℃A達到最大值145.5g/s，而且在-30℃A到-20℃A之間變化較小;2400r/min時進氣流量從93.2g/s增加到92g/s，在-35℃A到-20℃A之間變化較小;綜合分析，進氣提前角選在-28℃A。

隨著進氣遲閉角從39℃A增加到71℃A，進氣流量在3600r/min時在50℃A到65℃A之間達到最大值且變化較小;2400r/min時在45℃A到60℃A之間達到最大值變化較小;1000r/min時進氣流量隨著進氣遲閉角的增大呈減少趨勢。在滿足柴油機性能的前提下，進氣遲閉角應在53℃A左右。

隨著排氣提前角從-70℃A減小到-38℃A，進氣流量在3600r/min和2400r/min時增加，在2400r/min時增加較大;在1000r/min時變化不大。綜合考慮各轉速的有效燃油耗和進氣流量，柴油機的排氣提前角應選在-58℃A左右。

隨著排氣遲閉角從12℃A增加到44℃A，在3600r/min時進氣流量在25℃A附近達到最大值145.7g/s，在20℃A到30℃A之間變化較小;在2400r/min和1000r/min時進氣流量有所減少。考慮到排氣遲閉角過大在低速時會出現廢氣倒流的現象，在滿足柴油機性能的前提下，排氣遲閉角應在23℃A。

優化前后的配氣相位如表2所示:

3 優化結果模擬與實驗的對比

用BOOST軟件對優化的柴油機外特性進行了模擬計算，并和實驗結果進行了對比。

在柴油機的外特性性能上，柴油機的功率和扭矩的模擬值與試驗值基本是一致;在低轉速時，柴油機的模擬有效燃油耗略大于實驗值，在高轉速時，模擬值小于實驗值，誤差都在5%以內，外特性上表現出來的性能說明建立的柴油機計算模型與實際的運行工況是相符的，建立的模型是正確的對研發的樣機進行了ESC十三工況排放試驗，試驗結果見表3，排放試驗結果已達國Ⅲ排放限值的要求。

4 結論

4.1 通過BOOST模擬軟件，對柴油機不同配氣相位的進氣流量和有效燃油耗進行了模擬計算和分析，得出了優化的配氣相位角。

4.2 對優化的配氣相位柴油機的外特性進行了模擬計算并對柴油機的ESC十三工況排放進行了試驗，結果表明柴油機的排放達到了歐Ⅲ排放限值的要求。

參考文獻:

[1]許元默，帥石金，王燕軍等.發動機缸內數值模擬現狀及發展方向[J].小型內燃機與摩托車.2002.31(5).

[2]涂南明，彭友德，李芳等.柴油機配氣相位的優化設計[J].汽車科技.2007.1.