增压柴油机的高原能力模拟计算研究
魏威田翀
(广西玉柴机器股份有限公司，广西玉林537005)
摘要：本文采用计算模拟的方法对增压柴油机在不同的高原下运行的性能变化情况进行研究。计算工作在一维热力学计算软件BOOST上开展，对计算做一些假设和简化，按发动机高原能力的评价标准计算不同海拔高度时的柴油机和增压器的性能，对发动机和增压器的匹配给出评价和建议。
关键词：增压柴油机、热力学仿真、高原性能
1 前言
大气压随海拔高度而变化，组成大气的各种气体的分压，随高度增加而递减，同时气温随着海拔高度的升高逐渐下降。因此高原时进入气缸内的空气质量较小，气缸内进气终点的压力过低，导致压缩终点压力及温度达不到应有的水平，引起内燃机启动困难，小负荷时工作不稳定排烟呈白，大负荷时排烟变成浓黑，最大功率大幅度下降，耗油量上升、排放恶化。同时润滑油和冷却水温度偏高、水箱经常开锅，柴油机工作稳定性受到影响。海拔越高，空气越稀薄。柴油机的性能随海拔的升高而恶化的影响也就越明显。
本文采用计算模拟的方法对增压发动机在不同的高原下运行性能的变化情况进行研究。计算模型作一些假设和简化：发动机在高原和平原其放热规律相同海拔高度对氧浓度不产生影响。发动机高原能力的评价标准：增压器不超速，在保证足够的过量空气系数下评价动力性和经济性的恶化程度。
热力学计算工作是在A VL BOOST发动机性能仿真软件平台上开展。该软件是基于进排气系统的一维气体动力学计算软件。
本次计算包括以下几个方面的工作内容：
发动机计算模型建立
发动机全负荷性能计算
发动机增压器匹配计算
发动机高原能力计算
2 计算模型
计算模型考虑了空气滤清器、中冷器和排气背压大小对发动机工作过程的影响。对于进气管的模拟采用
了稳压腔来模拟。增压器采用了完全模式。考虑进排气管壁传热对热力过程的影响。考虑进排气道传热对热力学过程的影响。
排气管采用一维非定长计算方法，考虑排气管结构尺寸对流动损失大小的影响。
计算模型如图1所示。
3发动机的基本参数
4 发动机平原性能计算
图2 平均有效压力、功率和燃油消耗率
图3 进排气压力和进排气温度
玉柴发动机5 增压器匹配评价
从图5来看，在平原发动机在全负荷工况下距喘振区和堵塞区的距离都比较合理。但在海拔4000m时，发动机的运行线距离喘振线较近。图6为发动机的标定、扭矩和低速点随海拔高度变化的运行线，海拔高度取0、2000、4000、5000m。
图4增压器性能