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(guī)律，優(yōu)化出壓縮比的最佳范圍。研究結果表明：優(yōu)化后的柴油機和原機相比在動力性、經(jīng)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(yōu)化設計指明了方向。

關鍵詞：船用柴油機；AVL-BOOST；壓縮比；仿真；優(yōu)化

1.引言

面對保護環(huán)境問題和排放法規(guī)的苛刻，改善內(nèi)燃機的綜合性能，降低有害排放物的含量已成為各內(nèi)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(nèi)燃機循環(huán)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(fā)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(nèi)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(guī)律，優(yōu)化出壓縮比的最佳范圍，為柴油機性能的進一步提高和優(yōu)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(shù)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(tǒng)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(tài)，然后將實驗值和模擬值進行比較以便作為研究的依據(jù)。

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(shù)據(jù)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(yōu)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(yōu)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(fā)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(jīng)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(nèi)燃機性能的影響[J].內(nèi)燃機，2011（6）：13 -15.

[2]張海艷.配氣定時對柴油機性能影響的數(shù)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.