4110柴油機進、排氣系統仿真及優化研究

王素梅

摘 要：利用BOOST軟件對4110柴油機進、排氣系統建模，分別從進、排氣歧管的長度、直徑和配氣相位等參數進行優化分析。優化結果表明：隨著進氣歧管長度、直徑及配氣相位參數的改變，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的影響；4110柴油機采用可變長度、直徑進氣歧管；采用進、排氣可變配氣相位，即在低速時進氣提前角60 °，排氣遲閉角72 °；在高速時進氣提前角50 °，排氣遲閉角62 °；而排氣歧管的參數對發動機的性能影響的較小，對排氣歧管的參數不做任何改變。通過優化4110柴油機整體性能得到良好的提升。

關鍵詞：柴油機 進、排氣系統 配氣相位 優化

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

為了提高柴油機的動力性和經濟性，改進柴油機的燃燒質量至關重要。進排氣系統、燃料供給系統和燃燒室形狀三者相互配合是決定燃燒過程的關鍵因素。要使混合氣形成過程和燃燒過程完善，必須使缸內有充足的新鮮空氣、合適的渦流運動，而進排氣系統的結構和配氣相位直接決定著氣體流動性能的優劣。設計出性能優良的柴油機進排氣系統，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，對柴油機進排氣系統性能進行仿真及優化，在工程實踐中具有較大意義[1，2]。

1 4110柴油機計算模型的建立及參數設置

在BOOST軟件中建立4110柴油機的模型，主要包括氣缸、容積腔、空氣濾清器及進排氣歧管等，如圖1所示，設定計算模型的各個參數。仿真分析得：柴油機功率、扭矩和燃油消耗量的計算結果和實驗值之間最大誤差不超過5%，滿足模型的精度要求，可作為柴油機仿真研究模型[3-4]。

2 進、排氣系統的優化

2.1 進氣系統的優化

分別從進氣歧管長度和直徑兩方面來進行優化[5-8]，模型中進氣歧管長度均為700 mm，直徑均為38 mm。在其它參數不變的條件下，將進氣歧管長度、直徑設為可變參數，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進行計算。優化分析得：隨著進氣歧管長度、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的影響。所以采用可變長度、可變直徑進氣歧管。即：低速時，進氣歧管長度采用900 mm，進氣歧管采用縮口形，前部和中部直徑為40 mm，后部直徑為38 mm；高速時，進氣歧管長度采用500 mm；進氣歧管采用擴口形，前部和中部直徑為36 mm，后部直徑為38 mm。

2.2 排氣系統的優化

分別從排氣歧管長度和直徑兩方面來進行優化[5-8]，模型中排氣歧管長度均為300 mm，直徑均為38 mm。在其它參數不變的條件下，將排氣歧管長度、直徑設為可變參數，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進行計算。優化分析得：排氣歧管長度和直徑變化對發動機性能的影響不太大，所以對排氣歧管管長和直徑不做改變。

2.3 進排氣配氣相位的優化研究

模型中，進氣提前角50 °，排氣遲閉角62 °，優化時，只改變進氣提前角和排氣遲閉角[5-8]，分別取進氣提前角60 °、40 °、30 °和20 °，排氣遲閉角52 °、72 °、82 °、92 °進行計算。優化分析得：采用進、排氣可變配氣相位，即在低速時進氣提前角60 °，排氣遲閉角72 °；在高速時進氣提前角50 °，排氣遲閉角62 °。

3 結論

（1）對比四種常用直列發動機進、排氣歧管的布置形式，進氣歧管選擇使進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、可變直徑進氣歧管。即：低速時，進氣歧管長度采用900 mm，進氣歧管采用縮口形，前部和中部直徑為40 mm，后部直徑為38 mm；高速時，進氣歧管長度采用500 mm；進氣歧管采用擴口形，前部和中部直徑為36 mm，后部直徑為38 mm。

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

（4）通過上述優化，4110柴油機的整體性能得到了良好提升。

參考文獻

[1] 崔洪江.YC6T柴油機進排氣系統性能仿真及優化研究[D].大連海事大學，2011.

[2] 劉楊.增壓柴油機進排氣系統優化匹配的仿真研究[D].北京交通大學，2009.

[3] 梁澄清.基于一三維模型及其耦合的4D24柴油機進氣排氣系統仿真研究[D].南昌大學，2013.

[4] 宋武強，姚勝華.基于AVL_BOOST的車用柴油機進氣系統模擬分析[J].內燃機，2011（3）：16-18.

[5] 崔瑩.增壓柴油機進氣系統通流特性研究[D].華中科技大學，2013.

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