壓縮比對船用中速柴油機性能影響的優化分析

張文孝

（大連海洋大學機械與動力工程學院 遼寧大連 116023）

摘 要：本文基于AVL-BOOST軟件建立了6300型船用中速柴油機工作過程的仿真模型，計算分析了三種載荷下的壓縮比對柴油機性能的影響，得到了壓縮比對6300型柴油機性能的影響規律，優化出壓縮比的最佳范圍。研究結果表明：優化后的柴油機和原機相比在動力性、經濟性及排放性方面得到了一定程度的改善，為柴油機性能的進一步提高和優化設計指明了方向。

關鍵詞：船用柴油機；AVL-BOOST；壓縮比；仿真；優化

1.引言

面對保護環境問題和排放法規的苛刻，改善內燃機的綜合性能，降低有害排放物的含量已成為各內燃機制造廠商和研究學者的重要研究方向之一。提高壓縮比是提高內燃機循環熱效率和動力性能的有效措施之一，但是同時壓縮比的提高也會影響燃燒性能及排放性能。阮見明等[1]應用 BOSST 軟件對直噴天然氣發動機進行了仿真計算；馬富康等[2]應用 BOOST 軟件對 WD615 型柴油機進行了整機仿真；張志清等[3]采用AVL_FIRE三維CFD軟件，對船用中速柴油機缸內噴霧、燃燒過程進行了仿真計算。本文利用AVL-BOOST軟件建立了6300型船用中速柴油機工作過程的仿真模型，計算分析了三種載荷下的壓縮比對柴油機性能的影響，得到了壓縮比對6300型柴油機性能的影響規律，優化出壓縮比的最佳范圍，為柴油機性能的進一步提高和優化設計指明了方向。

2.仿真模型的建立及驗證

2.1仿真模型的建立

所研究的樣機為6300型船用中速柴油機，它的主要技術參數如表1所示。利用 AVL-BOOST建立的仿真模型如圖1所示。圖1中，SB1和SB2是系統邊界，TC1為排氣渦輪增壓器，CO1為中冷器，PL1為進氣總管，PL2和PL3為兩個排氣歧管，9是壓氣機前進氣管，1是中冷器前進氣管，8為中冷器后排氣管，C1-C6為汽缸，2-7為汽缸進氣管，10-15為汽缸排氣管，MP1-MP11為定義的測量點。通過這些測量點，可以計算這些點處的氣體狀態，然后將實驗值和模擬值進行比較以便作為研究的依據。

2.2仿真模型的驗證

為了驗證所建立的仿真模型的可靠性，對6300型船用中速柴油機進行了負荷特性的試驗和模擬計算。試驗和計算結果如圖2所示。從圖中可見，試驗測得的功率、有效油耗率與模擬計算數據能很好的吻合，誤差滿足要求，進而說明該仿真模型是可靠的。

3.仿真優化結果與分析

壓縮比越大，壓力和溫度將升高的越高。而增壓柴油機隨著進氣壓力的提高，其最高燃燒壓力和溫度升高率也隨之增加。實際制造中為了降低機械負荷，一般采用較小的壓縮比；但壓縮比過小時，又對柴油機的指示熱效率、燃燒性能和冷起動不利。超出了合適的范圍，機械效率也會隨著壓縮比的增加而減小。

4.結論

（1）本文建立了6300船用中速四沖程柴油機的BOOST仿真模型， 原機負荷特性的仿真計算值和實測值吻合較好，使用該仿真模型進行柴油機性能優化具有較好的可靠性。

（2）計算分析了壓縮比對柴油機性能的影響。壓縮比越大，發動機的功率、扭矩、最高燃燒溫度和最高燃燒壓力越高，說明較大的壓縮比可以很好地改善柴油機的燃燒性能，從而提高柴油機的動力性能。并且有效油消率隨壓縮比增大而迅速降低， 較好地提高了柴油機的經濟性能。但是，壓縮比太大也使柴油機的機械負荷和熱負荷變大。實際應用來說，應該在保證機械負荷和熱負荷滿足要求的前提下，盡量提高壓縮比為好。

參考文獻：

[1]阮見明，董建，潘志翔.壓縮比對內燃機性能的影響[J].內燃機，2011（6）：13 -15.

[2]張海艷.配氣定時對柴油機性能影響的數值模擬分析[J].柴油機設計與制造，2006 （6）：12 – 16.

[3]張志清，譚東麗.壓縮比對船用中速柴油機燃燒性能的影響[J].艦船科學，2014（8）：75-79.