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内燃机与配件
016年第5期
柴油机喷油提前角对燃烧性能的影响研究
Influence of the Diesel Fuel Injection Advance Angle on Combustion Performance
孙文福′王贵新王建平
(1三亚学院2哈尔滨工程大学
摘要〕柴油机要满足目益严格的排放法规的要求,就必须在提高其动力性的基础上,节
油耗,降低排放;对柴油杌燃娆室内的流场进行研究是达到上述要求行之有效的方法之一。应
用AVL-FIRE软件对某型柴油机的缸内燃烧过程进行了仿真模拟,计算得到了不同喷油提前角
下柴油机指示功率、有效油耗、紅内压力、燃烧放热率、缸内温度和排放物的变化规律。
〔关键词〕柴油机喷油提前角燃烧牲能AVL-FIRE
Abstract: Ta meet the requirements of increasingly stringent emission regulations, diesel must re
duce fuel consumption and emissions based on improving its dynamic performance; and it is one of the ef-
fective methods to study the combustion indoor flow field of diesel engine. U]sing AVI -FTRF software
this paper simulated the cylinder combustion process on a certain type of diesel engine, calculated the in-
dicating power, effective fuel consumption, cylinder pressure, combustion heat release rate, cylinder
temperature and emissions under different fuel injection advance angle
Key word Diesel Fuel injection advance angle Combustion performance AVL-FIRE
0引言
初始参数计算
柴油机喷油提前角是影响其燃烧性能的主要参1.1缸内压力、温度参数计算
数之一,直喷式柴油机的喷油提前角对其经济性
运用AVL- BOOST仿真软件建立准确的柴油
动力性、排放性能的影响比其它参数更为显著。喷机工作过程模型,以模拟其缸内燃烧过程,并得到
油提前角过早或过迟均会直接影响燃油完全燃烧的
7.=47
R+HD7
内E力Pa)
程度,进而影响柴油机的输出功率;不恰当的喷油
提前角会增加柴油机的燃油消耗,导致下作粗暴
燃烧温度过高,部件承受的热负荷增加,甚至会出
现拉缸、敲缸、断活塞环、气动式倒转、加速缸套
气蚀等一系列不良后果-2。因此,喷油提前角的
曲轴转角eg)
优化研究已成为越来越重要的课题。
图1缸内压力曲线
本文首先运用AVL- BOOST软件对柴油机工缸内压力、温度曲线。系统边界参数按照真实的环
作过程进行计算得到进气阀关闭时刻缸内的压力
境温度、压力、流量系数和空燃比进行设定,其余
温度曲线、再运用AVL- HYDSIM仿真软件对燃油参数参照软件说明及柴油机的实际尺寸参数进行设
喷射系统进行仿真得到喷油率曲线,最后把以上得定。对所建立模型的正确性进行验证,其相对误差
到的参数作为AVL-FIRE运行的初始参数,对某都在允许范围内,故可以作为FRE计算数据的来
型柴油机的燃烧过程进行了研究。
源。得到的缸内压力曲线、温度曲线分别如图1
万方数据
孙文福王贵新王建平;柴油机喷油提前角对燃烧性能的影响研究
2000
1800
温度(K
T lal =lw wes sa
料口"H
抽转角(deg)
图2缸内温度曲线
2所示。
1.2喷油规律参数计算
图4某型柴油机燃烧室几何模型
为了得到柴油机的喷油率出线,运用AVL
图5所示。
HYDSIM软件对燃油喷射系统进行模拟计算。该型
柴油机的燃油系统采用传统的机楲式喷油系统,主
要包括喷油泵、高压油管和喷油器三部分。
该型柴油机是高速船用柴油机,采用的是改进
型高强化P型高压油泵,除了具有普通P型泵的
优点外,在结构上采取了更强化的措施:加大凸轮
基圆,泵体进一步改进,挺柱采用鼓形滚轮等,泵
端最高压力可达120MPa,高供油速率为高速机提
供了良好的匹配性,在性能上也有很大提高。计算
所得的柴油机的喷油率曲线如图3所示。
图5燃娆室的三维动网格模型
油规曲
3计算结果分析
某型柴油机的喷油提前角为18°CA,在其他参
002
数不变的前提下,计算了不同喷油提前角对柴油机
燃烧过程的影响规律,所计算的喷油提前角为14°
CA、16°CA、18°CA、20°C.A和22CA。
些转魚(29
喷油提前角对缸内性能参数的影响
3某型柴油机喷油率曲线
指示功率()
2燃烧室三维模型的建立
ESE- Diesel软件是FIRE中专用于内燃机燃
9325
烧室几何模型以及网格划分的模块,模块中有19
+189
种不同的燃烧室结构可供选择。根据棊型柴油机的
声提角(deg
实际模型,寻找和其燃烧室相同形状的模板,建立
图6喷油提前角对指示功率和有效油耗的影响
其燃烧室的二维平面模型,如图4所示。燃烧室的
图6为喷油提前角对指示功率和有效油耗的
二维模型需要设置喉口直径、燃烧室深度以及余隙影响规律。由图可知,喷油提前角从149CA增大
高度等参数,还需要设置一些柴油机的基本参数,到22CA的过程中,指示功率随着喷油提前角的
如柴油机型式、气缸个数、缸径、冲程、孔数增大而升高,有效燃油消耗率却随着喷油提前角的
日等
增大而降低。这是因为随着喷油始角的提前,从喷
在ESE- Diesel模块中得到的是以六面体结构油开始到开始着火的时间即滞燃期变长,滞燃期内
化网格为主,含部分非结构化网格的混合网格。喷人燃烧室的油量增多,形成的可燃混合气和前期
ESE- Diesel模块会根据需要对燃烧室部分区城网氧化物的数量也就增多。一旦缸内温度达到燃
格进行细化,由于该型柴油机喷油器的喷孔个数为油自燃点开始着火,在速燃期初期投人预混合燃烧
8个,所以采用1/8燃烧室模型进行计算,从而减的燃油量就愈多,放热量愈大,燃油的急剧燃烧导
少ー定的计算工作量,总的网格数为50050个,如致最大爆发压力愈高通常有效燃油消耗率随着最
万方数据