基于AVL Boost的16V396TE54柴油机燃用天然气改型研究

山西中北大学 武泽宇 苏铁熊 任海涛 许俊峰

1 引言

AVLBoost中针对发动机的性能模拟计算程序，在柴油机、汽油机和高热值的单一气体（如氢气、天然气、沼气、液化石油气等）发动机上已普遍应用。但是，由于生物质燃气的成分比较复杂，热值比较低，软件对其进行计算时需要对热值、空燃比、压缩比等参数做相应的变化，以便实现在低热值生物质气体发动机上的模拟计算。本文在原型柴油机模型校验准确的基础上，结合天然气发动机的工作特性，对模型进行修改和参数匹配，计算分析适用于改型的工作参数。

2 16V396TE54柴油机模型

2.1 关于对16V396TE54柴油机模型的建立分析

16V396TE54直喷式柴油机工质循环过程大致是：外界空气通过进气系统的系统边界SB1进入空气滤清器CL1，再由管路2和3分两部分进入两个废气涡轮增压器TC1和TC2的压气机中，之后经过增压中冷器CO1后分别流入左右两排气缸的进气总管PL1、PL2，然后空气由进气歧管进入相应的16个气缸中。在该仿真模型上分布了6个测量点，以便对仿真模型中的进气系统和排气系统中气体的热力过程进行分析，如图1所示。

图1 仿真模型

2.2 模型主要参数

该模型发动机转速为1500r/min，属四冲程发动机，压力100000Pa，温度298K，关键机构参数见下表1和表 2。

表1 汽缸主要参数

表2 燃烧主要参数

3 柴油机模型的校验

通过多次运算，得到燃烧起始角、燃烧持续期、燃烧品质指数三者的最优值，即-14、85、0.8。现将优选值与实验值进行比较，如表3所示。

表3 16V396TE54柴油机实验值与优选值

通过比较可以看出，建立的仿真模型与16V396TE54柴油机基本符合。模拟后的有效功率、比油耗、中冷器温度、最大爆发压力均在实验值的许可范围内。虽然由仿真模型得到的数据比最大许可值还高出7K,但考虑到仿真结果的涡轮前温度高出的幅度并不大，对仿真结果还是认可的。造成这一问题的主要原因可能是燃烧起始角、燃烧持续期、燃烧品质指数三个参数选择不尽合理，使得燃烧放热曲线燃烧结束段喷油较多，导致后燃增加，排气温度因此而增加。

4 柴油机改燃天然气的匹配分析

16V396TE54柴油机改型为天然气内燃机时，要在原柴油机上加装喷油器、节气门、燃气供给装置等结构。主要针对柴油机燃用天然气时的凸轮型线、配气相位、压缩比、增压比、点火提前角进行了匹配优选，其结果如表4所示。

表4 匹配优选结果

5 结论

本文应用AVL Boost建立了16V396TE54柴油机整机仿真模型，通过与试验数据进行对比，验证了模型的准确性。在此基础上，针对天然气发动机燃烧过程的特点，利用所建的天然气发动机模型，对其配气相位、压缩比、增压比、点火提前角、过量空气系数进行了初步的优选和确定。分析结果可以为发动机的整机参数优化匹配提供理论依据，从而提高研发天然气发动机的效率，同时进一步提高发动机的动力性和经济性。

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