大型低速柴油机配气相位的优化计算
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由图9可知,随着排气迟闭角的增大,柴油机的 最高燃烧压力先增大后减小,在排气迟闭角为47℃A 时,该柴油机的最高燃烧压力达到最大值。
通过上述分析,综合考虑柴油机的经济性和可 靠性,最佳的三个排气迟闭角应为52,57,72℃A。
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第1期 2011年2月
内燃机
Internal Combustion Engines
No.1 Feb.201l
攀大型低速柴油机配气相位的优化计算≤
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139.53℃A/220.47℃A,140.28℃A/219.72℃A,
141.10℃A/218.90℃A,141.93℃A/218.07℃A, 142.75。CA/217.25℃A,序号依次记为l。12。通过
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内燃机
2011年2月
模拟计算,得到不同负荷,不同进气正时下的柴油机 性能,见图10、图11、图12、图13。
万方数据
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内燃机
—』半秽婴型哒攀翥卜
名称
参数
功率/kW 转速/(r‘rain。)
缸径/mm
7 150 127 500
有效油耗率(g.kW叱h一1) 发火JI顷序
171 1—4—3—2—5
器,C01为中冷器,P11为扫气箱,P12为排气总管,
VPl~VP5为曲轴箱,C1~c5为五个气缸,MPl~MP8
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排气迟闭角/。CA
图9排气迟闭角对最高燃烧压力的影响
2.3进气正时的优化计算’
笔者研究的大型低速柴油机采用排气阀一扫气 口直流扫气的换气形式。在缸套的下部设有一圈扫
气口,由活塞的启闭来控制柴油机的进气。改变扫气 口在气缸套上的位置,柴油机的进气正时随之改变, 从中选取一个最佳位置,即最佳进气正时,使该柴油
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排气提前角为79℃A时,涡轮前排温达到最小值。 由图5可以看出,随着排气提前角的增大,最高
燃烧压力先增大后减小。排气提前角为83℃A时, 最高燃烧压力达到最大值。
通过上述分析,综合考虑柴油机的经济性和可靠 性,排气提前角宜选取7l,79,83℃A这三个角度。 2.2排气迟闭角的优化计算
二冲程柴油机的过后排气阶段是指从扫气口关 闭到排气口关闭为止。在这一阶段,缸内的部分新鲜 空气将经开启着的排气口排至排气管,是一个新气 损失阶段,所以过后排气阶段不宜过长。但是如果这 一阶段过短可能导致废气排出不充分,气缸中残留 废气较多,柴油机燃烧恶化,降低了柴油机的性能。 因此,存在一个最佳的排气迟闭角,使柴油机的性能 最佳。保持其它配气相位角度不变,初步选取排气迟 闭角为42—87℃A,每隔5℃A模拟计算排气迟闭角 对柴油机性能的影响,以确定最佳排气迟闭角,见图 6、图7、图8、图9。
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笔者采用AVL BOOST软件,建立了整机的工作 过程模型,计算分析了排气提前角、排气迟闭角和进 气正时对柴油机性能的影响,以经济性和可靠性为 优化指标,对其进行了优化,最后将优化前后的柴油 机性能进行了比较。
1模型的建立
笔者研究的样机为MAN B&W 5S50MC型柴油 机,主要参数见表1。
根据MAN B&W 5S50MC型柴油机的系统结构 特征,利用AVL BOOST软件所建立的仿真模型见 图1。该模型燃烧室部分选择Vibe燃烧放热模型、 Woschni 1978传热模型,增压器选择简单模式[51。图1 中,SBl和SB2为系统边界,TCI为废气涡轮增压
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排气提前角代A
图3排气提前角对油耗率的影响
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图4排气提前角对涡前排温的影响
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摘要:利用AVI公司的BOOST软件建立了某大型低速二冲程柴油机的工作过程仿真模型,在三种不同的负荷工况下,
AVL BOOST是一维发动机循环和气体交换的
作者简介:刘勤安(1984一),男,江西吉安人,助教,工学 硕士,主要从事柴油机工作工程及性能优化的研究。
收稿日期:2010—10—12
模拟软件。它可以模拟包括燃烧在内的发动机所有 循环和进排气系统的特性。它可应用于各种发动机 设计方案的优化,气门正时的优化,增压系统的设计, 各零部件的优化设计和发动机瞬态性能的评价等。
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排气提前角/。CA
图5排气提前角对最高燃烧压力的影响
由图4可以看到,随着排气提前角的增大,涡轮
前排温先减小后增大。50%负荷下排气提前角为8l
。CA时,涡轮前排温达到最小值;75%负荷下排气提前
角为83。CA时,涡轮前排温达到最小值;100%负荷下
第1期
刘勤安:大型低速柴油机配气相位的优化计算
机的性能达到最佳。改变扫气口在气缸套上的位置, 扫气口上下每移动5 mm计算一次,得到一组进气 开启角/进气关闭角为:134.54℃A/225.46℃A,
135.20℃A/224.80℃A,135.93℃A/224.07℃A,
136.65℃A/223.35℃A,137.36℃A/222.63℃A,
138.08℃A/221.92℃A,138.79℃A/221.21℃A,
由图10可知,进气正时对柴油机功率的影响很 小。由图11可知,二冲程柴油机的油耗率随扫气口在 缸套上位置的下移而先减小后增大。但负荷不同,使 柴油机油耗率达到最低值时的进气正时也不同。在 50%,75%,100%负荷时,使油耗达到最低值时的进气 开启角/进气关闭角分别为141.93℃A/218.07℃A,
·由图6可知,排气迟闭角对柴油机功率的影响 很小。由图7可以看出,随着排气迟闭角的增大,柴 油机的油耗率先减小后增大。在50%,75%和100% 负荷时,排气迟闭角分别为52,57,72℃A,柴油机的 油耗率最低,经济性最佳。
由图8可知,随着排气迟闭角的增大,柴油机涡 轮前排气温度先减小后增大。在50%负荷和75%负 荷下,排气迟闭角为72℃A时涡前排温达到最低 值;在100%负荷下,排气迟闭角为67℃A时涡前排 温达到最低值。
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为定义的八个测量点。1。20为管段。
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2011年2月
图1 BOOST仿真模型图
2配气相位的优化计算
2.1排气提前角的优化计算 排气提前开启可减少排气损失和气缸内残余废
气量,这样既减少了推出废气的功消耗,又为增加新 鲜空气创造了有利的条件。为此,可适当加大排气提 前角。但是,排气提前角过大,就会影响活塞做功冲 程的进行,导致发动机动力性、经’济J陛下降。因此,存 在一个最佳的排气提前角。保持其它配气相位角度 不变,初步选定排气提前角为67~89℃A,每隔2℃A 模拟计算排气提前角对柴油机性能的影响,见图2、 图3、图4、图5。
O前言
配气机构是柴油机的重要组成部分,它直接关 系到柴油机运转的可靠性、振动和噪声,并影响柴油 机的动力性、经济性和排放等基本性能【11。所以,合理 的配气相位是提高功率,降低油耗的一种有效方法, 对改善柴油机的技术状况,节约能源,提高经济效益 和降低排放都有十分重要的现实意义f21。目前对配气 相位优化设计主要有试验和数值模拟两种方法。通 过传统试验对配气相位进行优化将导致工作量过 大,耗费大量的人力和物力。随着计算机技术的发 展,以及预测模型的不断完善,数值模拟方法在柴油 机研制和开发中得到了广泛应用,并大幅度缩短了 研制周期【3’4】。
分别对排气提前角、排气迟闭角和进气正时进行了计算和分析,得到了不同工况下的最佳值,用正交试验法选出一组
最佳配气相位角度。最后对优化前后柴油机的性能进行了对比分析,结果表明,优化后该柴油机的性能得到了改善。
计算结果为柴油机的改进和优化提供了理论依据。 关键词:柴油机;配气相位;数值模拟;性能优化
中图分类号:TK422
文献标识码:A
文章编号:1000—6494(2011)01—0033—06
Valve Timing Optimization of Large-scale Low-speed Diesel Engine
(Marine Engineering College,Dalian Maritime University,Dalian 1 1 6026,China)
Abstract:Large—scale low-speed two-stroke diesel engine working process model is built up by the AVL BOOST software, in which the different timing of exhaust open,exhaust close,and intake were calculated and analyzed at three operation load conditions.At different engine condition,different optimum results were obtained,then a best valve timing was chose by orthogonal experimen嘲.At last,the Simulation calculation was carried out to compare the performance of engine ame— liorated with original one.The results show that the performance of diesel engine Was impmved.The calculation results can provide theoretic guidance for、optimal designs of diesel engines. Key words:diesel engine;valve timing;numerical simulation;performance optimization
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图6排气迟闭角对功率的影响
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图7排气迟闭角对油耗率的影响
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排气迟闭角/。CA
图8排气迟闭角对涡前排温的影响
由图2可知,排气提前角对柴油机功率的影响 很小。由图3可知,排气提前角对柴油机的油耗率影 响很大,排气提前角在67~89℃A范围内变化时,油 耗率先减小后增大。当柴油机在50%负荷和75%负 荷下,排气提前角为79℃A时,柴油机的油耗率最 低;当柴油机在100%负荷下,排气提前角为7l℃A 时,柴油机的油耗率最低。
通过上述分析,综合考虑柴油机的经济性和可 靠性,最佳的三个排气迟闭角应为52,57,72℃A。
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内燃机
Internal Combustion Engines
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141.10℃A/218.90℃A,141.93℃A/218.07℃A, 142.75。CA/217.25℃A,序号依次记为l。12。通过
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内燃机
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模拟计算,得到不同负荷,不同进气正时下的柴油机 性能,见图10、图11、图12、图13。
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内燃机
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名称
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有效油耗率(g.kW叱h一1) 发火JI顷序
171 1—4—3—2—5
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图9排气迟闭角对最高燃烧压力的影响
2.3进气正时的优化计算’
笔者研究的大型低速柴油机采用排气阀一扫气 口直流扫气的换气形式。在缸套的下部设有一圈扫
气口,由活塞的启闭来控制柴油机的进气。改变扫气 口在气缸套上的位置,柴油机的进气正时随之改变, 从中选取一个最佳位置,即最佳进气正时,使该柴油
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排气提前角为79℃A时,涡轮前排温达到最小值。 由图5可以看出,随着排气提前角的增大,最高
燃烧压力先增大后减小。排气提前角为83℃A时, 最高燃烧压力达到最大值。
通过上述分析,综合考虑柴油机的经济性和可靠 性,排气提前角宜选取7l,79,83℃A这三个角度。 2.2排气迟闭角的优化计算
二冲程柴油机的过后排气阶段是指从扫气口关 闭到排气口关闭为止。在这一阶段,缸内的部分新鲜 空气将经开启着的排气口排至排气管,是一个新气 损失阶段,所以过后排气阶段不宜过长。但是如果这 一阶段过短可能导致废气排出不充分,气缸中残留 废气较多,柴油机燃烧恶化,降低了柴油机的性能。 因此,存在一个最佳的排气迟闭角,使柴油机的性能 最佳。保持其它配气相位角度不变,初步选取排气迟 闭角为42—87℃A,每隔5℃A模拟计算排气迟闭角 对柴油机性能的影响,以确定最佳排气迟闭角,见图 6、图7、图8、图9。
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笔者采用AVL BOOST软件,建立了整机的工作 过程模型,计算分析了排气提前角、排气迟闭角和进 气正时对柴油机性能的影响,以经济性和可靠性为 优化指标,对其进行了优化,最后将优化前后的柴油 机性能进行了比较。
1模型的建立
笔者研究的样机为MAN B&W 5S50MC型柴油 机,主要参数见表1。
根据MAN B&W 5S50MC型柴油机的系统结构 特征,利用AVL BOOST软件所建立的仿真模型见 图1。该模型燃烧室部分选择Vibe燃烧放热模型、 Woschni 1978传热模型,增压器选择简单模式[51。图1 中,SBl和SB2为系统边界,TCI为废气涡轮增压
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排气提前角代A
图3排气提前角对油耗率的影响
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图4排气提前角对涡前排温的影响
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摘要:利用AVI公司的BOOST软件建立了某大型低速二冲程柴油机的工作过程仿真模型,在三种不同的负荷工况下,
AVL BOOST是一维发动机循环和气体交换的
作者简介:刘勤安(1984一),男,江西吉安人,助教,工学 硕士,主要从事柴油机工作工程及性能优化的研究。
收稿日期:2010—10—12
模拟软件。它可以模拟包括燃烧在内的发动机所有 循环和进排气系统的特性。它可应用于各种发动机 设计方案的优化,气门正时的优化,增压系统的设计, 各零部件的优化设计和发动机瞬态性能的评价等。
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图5排气提前角对最高燃烧压力的影响
由图4可以看到,随着排气提前角的增大,涡轮
前排温先减小后增大。50%负荷下排气提前角为8l
。CA时,涡轮前排温达到最小值;75%负荷下排气提前
角为83。CA时,涡轮前排温达到最小值;100%负荷下
第1期
刘勤安:大型低速柴油机配气相位的优化计算
机的性能达到最佳。改变扫气口在气缸套上的位置, 扫气口上下每移动5 mm计算一次,得到一组进气 开启角/进气关闭角为:134.54℃A/225.46℃A,
135.20℃A/224.80℃A,135.93℃A/224.07℃A,
136.65℃A/223.35℃A,137.36℃A/222.63℃A,
138.08℃A/221.92℃A,138.79℃A/221.21℃A,
由图10可知,进气正时对柴油机功率的影响很 小。由图11可知,二冲程柴油机的油耗率随扫气口在 缸套上位置的下移而先减小后增大。但负荷不同,使 柴油机油耗率达到最低值时的进气正时也不同。在 50%,75%,100%负荷时,使油耗达到最低值时的进气 开启角/进气关闭角分别为141.93℃A/218.07℃A,
·由图6可知,排气迟闭角对柴油机功率的影响 很小。由图7可以看出,随着排气迟闭角的增大,柴 油机的油耗率先减小后增大。在50%,75%和100% 负荷时,排气迟闭角分别为52,57,72℃A,柴油机的 油耗率最低,经济性最佳。
由图8可知,随着排气迟闭角的增大,柴油机涡 轮前排气温度先减小后增大。在50%负荷和75%负 荷下,排气迟闭角为72℃A时涡前排温达到最低 值;在100%负荷下,排气迟闭角为67℃A时涡前排 温达到最低值。
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为定义的八个测量点。1。20为管段。
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图1 BOOST仿真模型图
2配气相位的优化计算
2.1排气提前角的优化计算 排气提前开启可减少排气损失和气缸内残余废
气量,这样既减少了推出废气的功消耗,又为增加新 鲜空气创造了有利的条件。为此,可适当加大排气提 前角。但是,排气提前角过大,就会影响活塞做功冲 程的进行,导致发动机动力性、经’济J陛下降。因此,存 在一个最佳的排气提前角。保持其它配气相位角度 不变,初步选定排气提前角为67~89℃A,每隔2℃A 模拟计算排气提前角对柴油机性能的影响,见图2、 图3、图4、图5。
O前言
配气机构是柴油机的重要组成部分,它直接关 系到柴油机运转的可靠性、振动和噪声,并影响柴油 机的动力性、经济性和排放等基本性能【11。所以,合理 的配气相位是提高功率,降低油耗的一种有效方法, 对改善柴油机的技术状况,节约能源,提高经济效益 和降低排放都有十分重要的现实意义f21。目前对配气 相位优化设计主要有试验和数值模拟两种方法。通 过传统试验对配气相位进行优化将导致工作量过 大,耗费大量的人力和物力。随着计算机技术的发 展,以及预测模型的不断完善,数值模拟方法在柴油 机研制和开发中得到了广泛应用,并大幅度缩短了 研制周期【3’4】。
分别对排气提前角、排气迟闭角和进气正时进行了计算和分析,得到了不同工况下的最佳值,用正交试验法选出一组
最佳配气相位角度。最后对优化前后柴油机的性能进行了对比分析,结果表明,优化后该柴油机的性能得到了改善。
计算结果为柴油机的改进和优化提供了理论依据。 关键词:柴油机;配气相位;数值模拟;性能优化
中图分类号:TK422
文献标识码:A
文章编号:1000—6494(2011)01—0033—06
Valve Timing Optimization of Large-scale Low-speed Diesel Engine
(Marine Engineering College,Dalian Maritime University,Dalian 1 1 6026,China)
Abstract:Large—scale low-speed two-stroke diesel engine working process model is built up by the AVL BOOST software, in which the different timing of exhaust open,exhaust close,and intake were calculated and analyzed at three operation load conditions.At different engine condition,different optimum results were obtained,then a best valve timing was chose by orthogonal experimen嘲.At last,the Simulation calculation was carried out to compare the performance of engine ame— liorated with original one.The results show that the performance of diesel engine Was impmved.The calculation results can provide theoretic guidance for、optimal designs of diesel engines. Key words:diesel engine;valve timing;numerical simulation;performance optimization
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图7排气迟闭角对油耗率的影响
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图8排气迟闭角对涡前排温的影响
由图2可知,排气提前角对柴油机功率的影响 很小。由图3可知,排气提前角对柴油机的油耗率影 响很大,排气提前角在67~89℃A范围内变化时,油 耗率先减小后增大。当柴油机在50%负荷和75%负 荷下,排气提前角为79℃A时,柴油机的油耗率最 低;当柴油机在100%负荷下,排气提前角为7l℃A 时,柴油机的油耗率最低。