高原工况下某增压柴油机喷油提前角的研究.pdf

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1、内燃机与配件高原工况下某增压柴油机喷油提前角的研究ResearchonInjectionAdvanceAngleofTurbochargedDieselEngineunderPlateauConditions高杰①；薛冬新il；戚元涛3；王洪峰②①大连理工大学内燃机研究所，大连116023；②大连中车柴油机有限公司，大连116022摘要：根据设计和实验参数建立某增压柴油机GT—Power仿真模型并验证了模型的准确性。通过改变大气压力模拟高原环境，研究了额定转速下喷油提前角变化对柴油机性能的影响，确定了不同工况最佳喷油提前角变化趋势。结果表明随着大气压力下降，在一定范围内增大喷油提前角会

2、改善使柴油机性能，使功率增加，燃油消耗率减少，但同时缸内温度和爆发压力增加，影响安全运行。关键词：增压柴油机；喷油提前角；高原；分析Keywords：turbochargeddieselengine；injectionadvanceangle；plateauconditions；analysisO引言我国是世界上高原地域面积最大的国家，高原的主要气候特点是随着海拔升高大气压力逐渐减小、空气密度和温度降低，内燃机工作在这样的环境下会产生启动困难、增压器超温超速、燃烧恶化等问题，因此科研工作者越来越重视内燃机在高原工况性能优化的研究Ⅲ。目前内燃机在高原工况下的性能优化有许多方向，比如改善进

3、气、供油、燃烧等，其中喷油提前角作为电控柴油机供油最重要的参数之一，会影响缸内燃烧过程，使缸内压力、发动机效率、排气温度等参数发生变化12】。本文根据设计参数和实验数据应用一维计算机模拟软件GT—Power对大连中车柴油机有限公司开发的12V265型机车柴油机进行模拟计算，研究喷油提前角变化对此机型的影响以及在不同的高原工况下最佳喷油提前角的变化规律。1柴油机仿真计算模型1．1柴油机仿真模型建立本文研究的12V265型柴油机是基于时速160km／h的HXN3C型交流传动客运内燃机车的应用需求，同时在设计时也考虑到适应一定范围的高原环境条件。额定功率3500kW，额定转速1000r／mi

4、n，额定工况扭矩33426Nm，缸径265mm，四冲程，爆发压力168bar。建模时选取GT—power自带的气缸、曲轴箱、中冷器、喷油器等模块，由进排气系统相连接，进而组成完整的增压柴油机的模型。软件里也带有传感器模型及执行器模型，借此可以用于精确控制某些特定的参数。此次模拟的增压柴油机为12缸V型柴油机、2进气门、2排气门、增压中冷，两个增压器并列布置在柴油机输出端，柴油机两侧采用独立增压一配气一冷却的结构布置方式。此条件下会有较高涡轮机效率，振动也较小，叶片强度可以取得较低些，排气系统的结构也变得简单，便于排布和保养，所以可以降低成本[31。燃烧模型选择韦伯模型。图1为GT—po

5、wer建模图。1．2模型验证在内燃机的数值模拟中，仿真模型的；隹确性是基石，能够保证分析和预测结果的可靠，经过不断的调试，应用上文所建模型的模拟结果与原机型的实验结果吻合较好。表1是标准大气压下、额定转速n=1000rpm的试验数据与模拟结果的比较。表1模拟结果与实验结果比较功率(kW)扭矩(N·m)爆发压力(bar)缸内最高温度(K)实验3525336261651745模拟349433370167．91692误差O88％O．76％2．9％3％可以看出模拟值与实验值的误差均在3％以内，所以本模型可以反映此柴油机的工作状态[41。2喷油提前角对性能的影响高原相对于平原环境，压力、温度和空

6、气含氧量等因素会影响柴油机的工作性能，只是相对于大气压力，其他因素变化对柴油机性能的影响很小，故本论文中模拟的高原环境是以大气压力变化来定义的。在下文分析喷油提前角对性能的影响时，选择了机车柴油机主要运行的高转速n=1000rpm进行研究，大气压力1bar代表平原工况，0．7bar代表高原工况。图2和图3表现了不同工况提前角变化对柴油机功率和燃油；14耗率的影响。在高原工况下，当喷油提前角由11。CA逐渐增大时，柴油机的功率总体呈增加趋势，而燃油消耗率逐渐减小；当喷油提前角提前为18。CA时，柴油机功率达到最大值，燃油消耗率最小；当喷油提前角继续增大时，柴油机功率有明显的下降趋势，同时

7、燃油消耗率上升。在平原工况下，此机型随着喷油提前角的增大，功率和燃油消耗率没有出现峰值，不过在18。CA后，变化趋势变缓。由图4、5可知，柴油机工作在高原工况与工作在平原工况相比，缸内爆发压力降低，缸内最高温度升高，这主要是由于随着海拔升高，大气压力降低，柴油机进气量减少，后燃严重导致的。在两种工况下，当喷油提前角逐渐增大时，喷油时刻缸内的温度和压力会越低，缸内燃油的物理化学反应变化时间就越长，则滞燃期越长，滞燃期内喷入燃烧室的燃料就越多，那么