压缩比对船用中速柴油机性能影响的优化分析

工作过程的仿真模型，计算分析了三种载荷下的压缩比对柴油机性能的影响，得到了压缩比对6300型柴油机性能的影响规律，优化出压缩比的最佳范围。研究结果表明：优化后的柴油机和原机相比在动力性、经济性及排放性方面得到了一定程度的改善，为柴油机性能的进一步提高和优化设计指明了方向。

关键词：船用柴油机；AVL-BOOST；压缩比；仿真；优化

1.引言

面对保护环境问题和排放法规的苛刻，改善内燃机的综合性能，降低有害排放物的含量已成为各内燃机制造厂商和研究学者的重要研究方向之一。提高压缩比是提高内燃机循环热效率和动力性能的有效措施之一，但是同时压缩比的提高也会影响燃烧性能及排放性能。阮见明等[1]应用 BOSST 软件对直喷天然气发动机进行了仿真计算；马富康等[2]应用 BOOST 软件对 WD615 型柴油机进行了整机仿真；张志清等[3]采用AVL_FIRE三维CFD软件，对船用中速柴油机缸内喷雾、燃烧过程进行了仿真计算。本文利用AVL-BOOST软件建立了6300型船用中速柴油机工作过程的仿真模型，计算分析了三种载荷下的压缩比对柴油机性能的影响，得到了压缩比对6300型柴油机性能的影响规律，优化出压缩比的最佳范围，为柴油机性能的进一步提高和优化设计指明了方向。

2.仿真模型的建立及验证

2.1仿真模型的建立

所研究的样机为6300型船用中速柴油机，它的主要技术参数如表1所示。利用 AVL-BOOST建立的仿真模型如图1所示。图1中，SB1和SB2是系统边界，TC1为排气涡轮增压器，CO1为中冷器，PL1为进气总管，PL2和PL3为两个排气歧管，9是压气机前进气管，1是中冷器前进气管，8为中冷器后排气管，C1-C6为汽缸，2-7为汽缸进气管，10-15为汽缸排气管，MP1-MP11为定义的测量点。通过这些测量点，可以计算这些点处的气体状态，然后将实验值和模拟值进行比较以便作为研究的依据。

2.2仿真模型的验证

为了验证所建立的仿真模型的可靠性，对6300型船用中速柴油机进行了负荷特性的试验和模拟计算。试验和计算结果如图2所示。从图中可见，试验测得的功率、有效油耗率与模拟计算数据能很好的吻合，误差满足要求，进而说明该仿真模型是可靠的。

3.仿真优化结果与分析

压缩比越大，压力和温度将升高的越高。而增压柴油机随着进气压力的提高，其最高燃烧压力和温度升高率也随之增加。实际制造中为了降低机械负荷，一般采用较小的压缩比；但压缩比过小时，又对柴油机的指示热效率、燃烧性能和冷起动不利。超出了合适的范围，机械效率也会随着压缩比的增加而减小。

4.结论

（1）本文建立了6300船用中速四冲程柴油机的BOOST仿真模型， 原机负荷特性的仿真计算值和实测值吻合较好，使用该仿真模型进行柴油机性能优化具有较好的可靠性。

（2）计算分析了压缩比对柴油机性能的影响。压缩比越大，发动机的功率、扭矩、最高燃烧温度和最高燃烧压力越高，说明较大的压缩比可以很好地改善柴油机的燃烧性能，从而提高柴油机的动力性能。并且有效油消率随压缩比增大而迅速降低， 较好地提高了柴油机的经济性能。但是，压缩比太大也使柴油机的机械负荷和热负荷变大。实际应用来说，应该在保证机械负荷和热负荷满足要求的前提下，尽量提高压缩比为好。

参考文献：

[1]阮见明，董建，潘志翔.压缩比对内燃机性能的影响[J].内燃机，2011（6）：13 -15.

[2]张海艳.配气定时对柴油机性能影响的数值模拟分析[J].柴油机设计与制造，2006 （6）：12 – 16.

[3]张志清，谭东丽.压缩比对船用中速柴油机燃烧性能的影响[J].舰船科学，2014（8）：75-79.

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