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(fā)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(fā)動機上已普遍應用。但是，由于生物質(zhì)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(shù)做相應的變化，以便實現(xiàn)在低熱值生物質(zhì)氣體發(fā)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(chǔ)上，結(jié)合天然氣發(fā)動機的工作特性，對模型進行修改和參數(shù)匹配，計算分析適用于改型的工作參數(shù)。

2 16V396TE54柴油機模型

2.1 關(guān)于對16V396TE54柴油機模型的建立分析

16V396TE54直噴式柴油機工質(zhì)循環(huán)過程大致是：外界空氣通過進氣系統(tǒng)的系統(tǒng)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(jīng)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(tǒng)和排氣系統(tǒng)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(shù)

該模型發(fā)動機轉(zhuǎn)速為1500r/min，屬四沖程發(fā)動機，壓力100000Pa，溫度298K，關(guān)鍵機構(gòu)參數(shù)見下表1和表 2。

表1 汽缸主要參數(shù)

表2 燃燒主要參數(shù)

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(xù)期、燃燒品質(zhì)指數(shù)三者的最優(yōu)值，即-14、85、0.8?，F(xiàn)將優(yōu)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(yōu)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(fā)壓力均在實驗值的許可范圍內(nèi)。雖然由仿真模型得到的數(shù)據(jù)比最大許可值還高出7K,但考慮到仿真結(jié)果的渦輪前溫度高出的幅度并不大，對仿真結(jié)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(xù)期、燃燒品質(zhì)指數(shù)三個參數(shù)選擇不盡合理，使得燃燒放熱曲線燃燒結(jié)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(nèi)燃機時，要在原柴油機上加裝噴油器、節(jié)氣門、燃氣供給裝置等結(jié)構(gòu)。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(yōu)選，其結(jié)果如表4所示。

表4 匹配優(yōu)選結(jié)果

5 結(jié)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(shù)據(jù)進行對比，驗證了模型的準確性。在此基礎(chǔ)上，針對天然氣發(fā)動機燃燒過程的特點，利用所建的天然氣發(fā)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(shù)進行了初步的優(yōu)選和確定。分析結(jié)果可以為發(fā)動機的整機參數(shù)優(yōu)化匹配提供理論依據(jù)，從而提高研發(fā)天然氣發(fā)動機的效率，同時進一步提高發(fā)動機的動力性和經(jīng)濟性。

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