4110柴油机进、排气系统仿真及优化研究

王素梅

摘 要：利用BOOST软件对4110柴油机进、排气系统建模，分别从进、排气歧管的长度、直径和配气相位等参数进行优化分析。优化结果表明：随着进气歧管长度、直径及配气相位参数的改变，功率、扭矩和燃油消耗量变化不明显，三者在一定程度上受充量系数的影响；4110柴油机采用可变长度、直径进气歧管；采用进、排气可变配气相位，即在低速时进气提前角60 °，排气迟闭角72 °；在高速时进气提前角50 °，排气迟闭角62 °；而排气歧管的参数对发动机的性能影响的较小，对排气歧管的参数不做任何改变。通过优化4110柴油机整体性能得到良好的提升。

关键词：柴油机 进、排气系统 配气相位 优化

中图分类号：TK429 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）06（c）-0065-01

为了提高柴油机的动力性和经济性，改进柴油机的燃烧质量至关重要。进排气系统、燃料供给系统和燃烧室形状三者相互配合是决定燃烧过程的关键因素。要使混合气形成过程和燃烧过程完善，必须使缸内有充足的新鲜空气、合适的涡流运动，而进排气系统的结构和配气相位直接决定着气体流动性能的优劣。设计出性能优良的柴油机进排气系统，可使充气量得到增加，功率提高，扭矩特性得到改善、燃油消耗率降低。因此，对柴油机进排气系统性能进行仿真及优化，在工程实践中具有较大意义[1，2]。

1 4110柴油机计算模型的建立及参数设置

在BOOST软件中建立4110柴油机的模型，主要包括气缸、容积腔、空气滤清器及进排气歧管等，如图1所示，设定计算模型的各个参数。仿真分析得：柴油机功率、扭矩和燃油消耗量的计算结果和实验值之间最大误差不超过5%，满足模型的精度要求，可作为柴油机仿真研究模型[3-4]。

2 进、排气系统的优化

2.1 进气系统的优化

分别从进气歧管长度和直径两方面来进行优化[5-8]，模型中进气歧管长度均为700 mm，直径均为38 mm。在其它参数不变的条件下，将进气歧管长度、直径设为可变参数，分别取长度500 mm、600 mm、800 mm和900 mm，直径36 mm、37 mm、39 mm和40 mm进行计算。优化分析得：随着进气歧管长度、直径的改变，功率、扭矩和燃油消耗量变化不太明显，且三者在一定程度上还受充量系数的影响。所以采用可变长度、可变直径进气歧管。即：低速时，进气歧管长度采用900 mm，进气歧管采用缩口形，前部和中部直径为40 mm，后部直径为38 mm；高速时，进气歧管长度采用500 mm；进气歧管采用扩口形，前部和中部直径为36 mm，后部直径为38 mm。

2.2 排气系统的优化

分别从排气歧管长度和直径两方面来进行优化[5-8]，模型中排气歧管长度均为300 mm，直径均为38 mm。在其它参数不变的条件下，将排气歧管长度、直径设为可变参数，分别取长度100 mm、200 mm、400 mm和500 mm，直径36 mm、37 mm、39 mm和40 mm进行计算。优化分析得：排气歧管长度和直径变化对发动机性能的影响不太大，所以对排气歧管管长和直径不做改变。

2.3 进排气配气相位的优化研究

模型中，进气提前角50 °，排气迟闭角62 °，优化时，只改变进气提前角和排气迟闭角[5-8]，分别取进气提前角60 °、40 °、30 °和20 °，排气迟闭角52 °、72 °、82 °、92 °进行计算。优化分析得：采用进、排气可变配气相位，即在低速时进气提前角60 °，排气迟闭角72 °；在高速时进气提前角50 °，排气迟闭角62 °。

3 结论

（1）对比四种常用直列发动机进、排气歧管的布置形式，进气歧管选择使进气更加均匀的布置形式，排气歧管选脉冲型。

（2）采用可变长度、可变直径进气歧管。即：低速时，进气歧管长度采用900 mm，进气歧管采用缩口形，前部和中部直径为40 mm，后部直径为38 mm；高速时，进气歧管长度采用500 mm；进气歧管采用扩口形，前部和中部直径为36 mm，后部直径为38 mm。

（3）采用进、排气可变配气相位，即在低速时进气提前角60 °，排气迟闭角72 °；在高速时进气提前角50 °，排气迟闭角62°。

（4）通过上述优化，4110柴油机的整体性能得到了良好提升。

参考文献

[1] 崔洪江.YC6T柴油机进排气系统性能仿真及优化研究[D].大连海事大学，2011.

[2] 刘杨.增压柴油机进排气系统优化匹配的仿真研究[D].北京交通大学，2009.

[3] 梁澄清.基于一三维模型及其耦合的4D24柴油机进气排气系统仿真研究[D].南昌大学，2013.

[4] 宋武强，姚胜华.基于AVL_BOOST的车用柴油机进气系统模拟分析[J].内燃机，2011（3）：16-18.

[5] 崔莹.增压柴油机进气系统通流特性研究[D].华中科技大学，2013.

[6] 李浩.增压柴油机进气系统匹配与研究[D].昆明理工大学，2014.

[7] 曹骞.进气系统结构对柴油机充气效率影响的数值仿真研究[D].山东大学，2012.

[8] 孙晓辉.柴油机进气过程的数值仿真研究[D].山东大学，2011.