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        額定工況下柴油機(jī)使用性能優(yōu)化計(jì)算建議的提出

        2014-10-21 14:47:51衛(wèi)志平
        科技創(chuàng)新與應(yīng)用 2014年31期
        關(guān)鍵詞:使用性能柴油機(jī)

        衛(wèi)志平

        摘 要:壓縮比、配氣相位、進(jìn)排氣均為柴油機(jī)性能重要的性能指標(biāo),這些性能指標(biāo)的優(yōu)化與否,關(guān)系到柴油機(jī)的正常使用。文章將在了解額定工況下柴油機(jī)使用性能優(yōu)化計(jì)算內(nèi)容的基礎(chǔ)上,進(jìn)而深入研討優(yōu)化計(jì)算的方法。

        關(guān)鍵詞:柴油機(jī);額定工況;使用性能;優(yōu)化計(jì)算

        1 額定工況下柴油機(jī)使用性能優(yōu)化計(jì)算的內(nèi)容

        1.1 柴油機(jī)壓縮比

        柴油機(jī)壓縮比,為柴油機(jī)氣缸總?cè)莘e與燃燒室容積的比值。雖然該比值大小與柴油機(jī)轉(zhuǎn)速?zèng)]有關(guān)系,但對(duì)柴油機(jī)的經(jīng)濟(jì)性、機(jī)械負(fù)荷、起動(dòng)性能有直接的影響,譬如柴油機(jī)壓縮比增大后,其運(yùn)行的爆發(fā)壓力將驟增,使得柴油機(jī)需要承受更大的機(jī)械負(fù)荷。由此可見(jiàn),對(duì)柴油機(jī)壓縮機(jī)的計(jì)算,需分別站在柴油機(jī)經(jīng)濟(jì)性、機(jī)械負(fù)荷、起動(dòng)性能的視角,研討壓縮比優(yōu)化計(jì)算的方法。

        1.2 柴油機(jī)配氣相位

        柴油機(jī)的配氣相位,用于表示進(jìn)氣閥、排氣閥在開(kāi)啟和延續(xù)時(shí)的時(shí)間,包括進(jìn)氣提前角、出氣提前角、進(jìn)氣滯后角、出氣滯后角。其中進(jìn)氣提前角與進(jìn)氣阻力相關(guān),起到掃除燃燒室殘余廢氣的作用;出氣提前角的大小,對(duì)廢氣排出阻力有直接影響,太大則會(huì)增加廢氣排出的能量損耗,太小則會(huì)增加氣缸內(nèi)工質(zhì)膨脹功率損失量;進(jìn)氣滯后角控制活塞在到達(dá)下止點(diǎn)時(shí)進(jìn)氣閥的開(kāi)度,對(duì)于進(jìn)氣流慣性的利用充分與否,有一定的影響;出氣滯后角與進(jìn)氣提前角形成氣閥重疊關(guān)系,關(guān)系到廢氣排出慣性的徹底性。由此可以看出,柴油機(jī)進(jìn)出氣的效率水平,受到配氣相位的影響,需通過(guò)對(duì)配氣相位的優(yōu)化計(jì)算,為柴油機(jī)性能優(yōu)化提供依據(jù)。

        1.3 柴油機(jī)進(jìn)排氣

        柴油機(jī)進(jìn)排氣管道阻力的控制,與進(jìn)排氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)的合理性與否具有直接關(guān)系,后者可通過(guò)充量系數(shù)的增大,改善柴油機(jī)的進(jìn)排氣,最終改善柴油機(jī)的動(dòng)力性。對(duì)柴油機(jī)進(jìn)排氣的優(yōu)化計(jì)算,需分別考慮管道的摩擦阻力、管道流通面積大小、管道形狀、管道內(nèi)氣體流動(dòng)方向變化等,借助BOOST軟件進(jìn)行仿真計(jì)算,確定額定工況下柴油機(jī)性能參數(shù)的變化規(guī)律,作為進(jìn)排氣系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)的依據(jù)。

        2 額定工況下柴油機(jī)使用性能優(yōu)化計(jì)算的方法

        2.1 柴油機(jī)壓縮比優(yōu)化計(jì)算

        2.2 柴油機(jī)配氣相位優(yōu)化計(jì)算

        柴油機(jī)的配氣相位,與柴油機(jī)的進(jìn)出氣有關(guān),進(jìn)而決定柴油機(jī)功率損耗和油耗的高低。對(duì)柴油機(jī)配氣相位的優(yōu)化計(jì)算,應(yīng)根據(jù)實(shí)機(jī)的情況,在確保凸輪軸型線穩(wěn)定的情況下,轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)氣和出氣的凸輪軸,然后偏移調(diào)整凸輪軸的相位。作者建議參照凸輪軸偏移前后的對(duì)比示意圖,借助仿真計(jì)算模型,摸索出柴油機(jī)性能配氣相位的變化規(guī)律,最后進(jìn)行性能的優(yōu)化。首先是柴油機(jī)進(jìn)出氣凸輪偏移量的計(jì)算,繪制凸輪偏移量與柴油機(jī)爆發(fā)壓力、容積效率、泵氣損失之間的影響趨勢(shì)圖,然后在-4°CA-+4°CA的變化范圍內(nèi),分析出偏移量在向正方向增大時(shí)進(jìn)氣提前角、進(jìn)氣滯后角、出氣提前角、出氣滯后角之間的關(guān)系,最終確定進(jìn)出氣阻力控制的方法。其次是繪制凸輪偏移量與扭矩、功率、油損耗率之間的影響趨勢(shì)圖,同樣在-4°CA-+4°CA的變化范圍內(nèi),分析容積效率變化和泵氣平均損失壓力降低對(duì)柴油機(jī)性能參數(shù)變化的影響,最后確定柴油機(jī)動(dòng)力性能的優(yōu)化方法。再次是分析凸輪偏移量與柴油機(jī)缸內(nèi)最高溫度、NOx排放量之間的影響趨勢(shì)關(guān)系,確定對(duì)進(jìn)氣量降低具有直接影響的充量系數(shù)。通過(guò)以上的影響趨勢(shì)分析計(jì)算,最終確定進(jìn)氣提前角優(yōu)化后的角度為66°CA、進(jìn)氣滯后角優(yōu)化后角度為54°CA、出氣提前角優(yōu)化后角度58°CA、出氣滯后角優(yōu)化后角度56°CA。

        2.3 柴油機(jī)進(jìn)排氣優(yōu)化計(jì)算

        柴油機(jī)壓氣機(jī)后中冷器的進(jìn)氣管路擴(kuò)大之后,壓氣機(jī)出口位置氣體的動(dòng)能,可轉(zhuǎn)換成為壓力能,對(duì)進(jìn)氣壓力的提高,具有較好的幫助。在確定柴油機(jī)的進(jìn)氣總管直徑偏移值之后,分別通過(guò)總管直徑的仿真計(jì)算,找出進(jìn)氣總管偏移值對(duì)柴油機(jī)性能影響的變化規(guī)律。一方面是分析柴油機(jī)總管管徑偏移值與扭矩、功率、油耗之間的關(guān)系,分析結(jié)果顯示,進(jìn)氣總管直徑增加后,進(jìn)氣的阻力將降低,當(dāng)直徑偏移量達(dá)到+20mm時(shí),柴油機(jī)的動(dòng)力性將達(dá)到最優(yōu)化狀態(tài);另一方面是分析柴油機(jī)總管管徑偏移值與充氣系數(shù)、NOx排放量、排氣溫度之間的關(guān)系,確定總管管徑偏移值在+20mm時(shí),柴油機(jī)排放性能得到一定程度的改善,但變化情況并不明顯。除此之外,柴油機(jī)的排氣歧管直徑的大小,與柴油機(jī)性能亦有一定關(guān)聯(lián),期間借助仿真計(jì)算的方法,可掌握歧管直徑的變化趨勢(shì),并作為整機(jī)優(yōu)化改造的依據(jù),譬如柴油機(jī)歧管直徑增大后,柴油機(jī)的扭矩和功率呈先增后減的趨勢(shì),與油耗成反比關(guān)系,也就是說(shuō),在進(jìn)行仿真計(jì)算后,對(duì)柴油機(jī)排氣歧管進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整,可形成對(duì)柴油機(jī)油耗的友好控制。經(jīng)計(jì)算,確定柴油機(jī)歧管達(dá)到65mm時(shí),柴油機(jī)的扭矩和功率取最大值,而油耗率則處于最小狀態(tài),主要的原因是柴油機(jī)排氣歧管增加后,排氣時(shí)的阻力越來(lái)越小,在65mm標(biāo)準(zhǔn)值時(shí),柴油機(jī)的換氣程度得到了改善,其動(dòng)力自然得以提升。至于充氣效率、NOx排出量、排氣溫度等,與排氣歧管直徑變化的關(guān)系分析,應(yīng)考慮脈沖增壓對(duì)充氣效率的影響,經(jīng)仿真計(jì)算,確定排氣歧管直徑的最小值不能低于55mm。最后確定柴油機(jī)排氣歧管直徑的改進(jìn)設(shè)計(jì)范圍為55-65mm。

        3 結(jié)束語(yǔ)

        綜上所述,柴油機(jī)使用性能與其壓縮比、配氣相位、進(jìn)出氣系統(tǒng)有關(guān),可將這三者作為柴油機(jī)使用性能優(yōu)化計(jì)算的主要內(nèi)容,這三方面的計(jì)算內(nèi)容,均需要在柴油機(jī)額定工況的條件下,考慮柴油機(jī)功能實(shí)現(xiàn)的同時(shí),其功耗的大小如何。文章通過(guò)研究,基本明確了額定工況下柴油機(jī)使用性能優(yōu)化計(jì)算內(nèi)容和方法,但鑒于不同型號(hào)柴油機(jī)性能要求的差異性,因此以上方法在實(shí)際中的應(yīng)用,還應(yīng)該考慮到不同型號(hào)柴油機(jī)的性能要求,予以靈活的應(yīng)用。

        參考文獻(xiàn)

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        [3]張煥宇,郝志勇,鄭旭.柴油機(jī)冷卻系統(tǒng)散熱性能優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].浙江大學(xué)學(xué)報(bào):工學(xué)版,2014(1):10-13.

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