基于GT-Power DOE的柴油机性能优化

姜峰 王海长 胡玲玲 王春风 胡杰

摘 要：为研究进排气门正时角度和进气歧管长度对于柴油机综合性能的影响，利用发动机仿真软件GT-Power对某款国产柴油发电机的柴油机部分进行建模，并基于台架实验验证其模型准确性。在额定转速为1 500 r/min、负载为90%的工况下，应用实验设计（design of experiments， DOE）工具，以发动机进排气门正时角度和进气歧管长度作为自变量，柴油机功率、比油耗和碳烟（soot）排放率为因变量，进行了最大功率、最小比油耗和最低碳烟排放量的多目标优化。结果表明：适当缩短进气歧管长度可以提高发动机进气压力和进气效率，提高发动机动力性和燃油经济性，增大气门重叠角可以有效降低气缸的泵气损失，提升柴油机做功效率，同时降低气缸内温度，从而降低碳烟的排放率。最终，各个目标值分别实现了1.3%、1.0%和2.6%的优化。

关键词：柴油机；多目标优化；进气歧管长度；气门正时

中图分类号：TK421.5 DOI：10.16375/j.cnki.cn45-1395/t.2024.03.001

0 引言

随着全球环境问题的日益凸显以及人们环保意识的提高，人们对于内燃机的功率、油耗和尾气排放的相关要求更加严格。为应对日益严峻的市场挑战，各品牌柴油机都在向着动力更强、油耗更低、污染更少的方向发展[1-2]。作为柴油机的关键组件，优良的进排气系统设计通过提升内燃机的容积效率，可实现在特定行驶工况下产生更加出色的扭矩和功率[3-5]，在提高柴油发动机动力性能的同时，有效降低了燃料消耗和污染物排放量[6-7]。不少研究者对发动机进排气系统的优化问题开展了深入研究，从而进一步改善内燃机性能。……