基于GT-Power和KIVA-3V的柴油機(jī)性能及排放優(yōu)化研究.pdf

1、配氣正時(shí)直接影響著內(nèi)燃機(jī)的換氣過(guò)程優(yōu)劣，尤其是充氣效率、掃氣效率和換氣損失。換氣過(guò)程的好壞決定了缸內(nèi)燃燒品質(zhì)，從而影響著發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性、排放水平及其可靠性。發(fā)動(dòng)機(jī)處于高轉(zhuǎn)速時(shí)，一般需要設(shè)置較大的氣門(mén)重疊角及進(jìn)氣門(mén)遲閉角，減少缸內(nèi)殘余廢氣量和增加進(jìn)入氣缸的新鮮充量，提高輸出功率；發(fā)動(dòng)機(jī)處于低轉(zhuǎn)速或怠速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，需要設(shè)置較小的氣門(mén)重疊角及進(jìn)氣門(mén)遲閉角，以獲得較好的怠速穩(wěn)定性。考慮到要兼顧高低轉(zhuǎn)速時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)的性能，就要選擇一種折衷的配氣正

2、時(shí)方案，使得發(fā)動(dòng)機(jī)的整體性能水平發(fā)揮到最佳。
　　本文利用 GT-Power軟件建立某9.5L增壓中冷柴油機(jī)仿真模型，研究進(jìn)排氣門(mén)正時(shí)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性能和燃油經(jīng)濟(jì)性的影響。計(jì)算并輸出用于KIVA-3V計(jì)算的ESC工況缸內(nèi)初始邊界條件，運(yùn)用KIVA-3V程序驗(yàn)證配氣正時(shí)優(yōu)化前后的排放水平。主要內(nèi)容及結(jié)論如下：
　　根據(jù)配氣正時(shí)優(yōu)化范圍設(shè)計(jì)正交試驗(yàn)表格，利用已建立的9.5L柴油機(jī)仿真模型，確定對(duì)柴油機(jī)燃油消耗率影響的顯著性因子為排

3、氣正時(shí)角 EVT，并對(duì)其開(kāi)展單因子7水平細(xì)化分析，最終確定最佳燃油消耗率下的配氣正時(shí)組合為進(jìn)氣正時(shí)角228.5° CA；排氣正時(shí)角127.2°CA。配氣正時(shí)優(yōu)化后，發(fā)動(dòng)機(jī)工況區(qū)域（1100～1700rpm，40％～100%負(fù)荷）的燃油消耗率平均優(yōu)化1.18%，即從191.34g/kWh降到189.07g/kWh；工況區(qū)域的扭矩平均提升1.2%，即從1157.52Nm提升到1171.22Nm。
　　通過(guò)GT-Power仿真分析不同排

4、氣正時(shí)角對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性、燃油經(jīng)濟(jì)性和排放水平的影響。結(jié)果顯示，隨著排氣正時(shí)角的推后，發(fā)動(dòng)機(jī)的性能穩(wěn)步提升，燃油經(jīng)濟(jì)性大幅改善。以1700rpm-100%負(fù)荷工況為例，排氣正時(shí)角從111°CA調(diào)整到127.2° CA時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩從1401.14Nm提升到1527.23Nm，提升比例為9.0%；燃油消耗率從221.661 g/kWh下降到203.36 g/kWh，下降比例為8.1%。NOX排放隨著排氣正時(shí)角的推后而升高，Soot排放則隨著

5、排氣正時(shí)角的推后而降低。
　　鑒于將排氣門(mén)正時(shí)從119.5°CA調(diào)整到127.2°CA時(shí)，NOX排放有所增加，本文隨后利用燃燒排放模擬精度較高的KIVA-3V程序，進(jìn)行了該發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒排放研究。先利用發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，進(jìn)行了KIVA-3V程序中燃燒模型和排放模型的驗(yàn)證。隨后進(jìn)行了配氣正時(shí)優(yōu)化后發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒和排放數(shù)值模擬及分析。模擬結(jié)果表明，配氣正時(shí)優(yōu)化前后發(fā)動(dòng)機(jī)均達(dá)到了國(guó)四排放水平。這就使得本文的配氣正時(shí)優(yōu)化，不僅保證了排放水平，同