第4期（总第225期） 2016年8月
车用发动机 VEHICLE ENGINE
No.4(Serial No.225）
Aug.2016
车用天然气发动机增压匹配及性能参数优化
刘廷2，韩志玉12，黄勇成，武得钰-3
(1.湖南大学汽车车身先进制造国家重点实验室，湖南长沙410082；2.淮安工业研究院，江苏淮安223001；
3.西安交通大学能源与动力工程学院，陕西西安710049）
摘要：运用GEM3D工具离散化的方法建立了某1.5L自然吸气车用CNG(压缩天然气)发动机GT-Power仿真模型，并用试验数据对模型进行校核，模型最大误差为3.64%。在此基础上进行了CNG发动机增压器匹配分析，用DoE(designofexperiment)工具对增压发动机的点火提前角进行了优化，然后优化了不同压缩比和不同过量空气系数下的点火提前角，对压缩比和过量空气系数进行了计算分析。结果表明：仿真模型具有较高精度，方案2 为4种涡轮增压器方案中最佳方案，并对该方案进行了台架试验，仿真结果与试验结果误差在4%以内；通过优化点火提前角，扭矩最大提高了9.3%在各最优点火提前角下，压缩比为12时最优，过量空气系数为1.1时具有最佳经济性。
关键词：天然气发动机；仿真；增压器；匹配；性能优化 DOI:10.3969/j.issn.1001-2222.2016.04.014
中图分类号：TK432文献标志码：B文章编号：1001-2222（2016)04-0075-07
汽车工业的快速发展在给人们带来巨大生活便利的同时，也带来了石油危机和环境污染间题。各国研究者积极开展了替代燃料的研究，其中天然气资源丰富，分布范围广，燃料费用低，安全性强，可以降低汽车使用成本和有害排放量，因此成为了一种非常重要的替代燃料2-3]。天然气发动机与传统石油燃料发动机相比也有不足之处。传统石油燃料以液态形式与空气混合，在此过程中吸热汽化，降低进气温度。而天然气为气体燃料，没有吸热汽化过程，在进气过程中还会占据较大体积，导致进人气制的新鲜空气量减少，发动机动力性能明显下降4} 废气涡轮增压技术可以提高发动机动力性，燃油经济性和排放也有所改善]。本研究借助GT-Powe 软件为某1.5L自然吸气CNG发动机进行了增压器匹配，在此基础上对点火提前角、压缩比和过量空气系数进行了探讨和优化，为该发动机的性能开发提供可靠参考依据。
自然吸气CNG发动机模型建立及校核 1
1.1发动机模型的建立
研究对象1.5L自然吸气CNG发动机是一款收稿日期：2016-01-09；修回日期：2016-03-29
基金项目：企业基金(1.5L涡轮增压CNG发动机性能开发
四冲程，16气，双项置凸轮，进气道多点喷射点燃式发动机，其主要技术参数见表1。
表1自然吸气CNG发动机主要技术参数
发动机型式缸径/mm 行程/mm 排量/L 压缩比
最大功率/kw
最大功率转速/r·min-1 最大扭矩/N·m
最大扭矩转速/r·min-1
直列4缸 75 83 1.5 13 : 1 55 5 200 107 2 800
大量的实际应用证明，GT-Power软件能真实地模拟发动机运行情况，降低试验和设计成本。根据厂家提供的儿何结构建立CNG发动机GT Power仿真模型。进气歧管的形状和尺寸极大程度地影响着发动机的进气情况，从而影响仿真的精度。 GT-Power自带有一个能够将三维模型离散化为一维管路模型的工具GEM3D，用该工具建立进气歧管模型：(1)获取Pro/E等作图软件设计的三维数
作者简介：刘廷（1990一），男，硕士，主要研究方向为发动机性能开发;liutin690@163.com，
通讯作者：韩志玉（1962一），男，教授，博导，主要研究方向为发动机节能，减排和计算燃烧学;allenhanzhiyu@sina.com