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柴油甲醇双燃料发动机进气均匀性优化

贾德文 徐加恒 雷基林 邓晰文 邓伟

贾德文, 徐加恒, 雷基林, 邓晰文, 邓伟. 柴油甲醇双燃料发动机进气均匀性优化[J]. 机械科学与技术, 2022, 41(6): 929-935. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200415
引用本文: 贾德文, 徐加恒, 雷基林, 邓晰文, 邓伟. 柴油甲醇双燃料发动机进气均匀性优化[J]. 机械科学与技术, 2022, 41(6): 929-935. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200415
JIA Dewen, XU Jiaheng, LEI Jilin, DENG Xiwen, DENG Wei. Optimization of Air Intake Uniformity of Diesel-methanol Dual-fuel Engine[J]. Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering, 2022, 41(6): 929-935. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200415
Citation: JIA Dewen, XU Jiaheng, LEI Jilin, DENG Xiwen, DENG Wei. Optimization of Air Intake Uniformity of Diesel-methanol Dual-fuel Engine[J]. Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering, 2022, 41(6): 929-935. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200415

柴油甲醇双燃料发动机进气均匀性优化

doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200415
基金项目: 

云南省科技厅重大科技计划项目 2018ZE001

详细信息
    作者简介:

    贾德文(1977-), 副教授, 硕士生导师, 研究方向为内燃机设计与结构优化, 27546658@qq.com

    通讯作者:

    雷基林, 教授, 博士生导师, leijlin@sina.com

  • 中图分类号: TK422

Optimization of Air Intake Uniformity of Diesel-methanol Dual-fuel Engine

  • 摘要: 针对某四缸柴油甲醇双燃料发动机进气均匀性较差的问题, 采用GT-power软件构建了柴油甲醇双燃料发动机仿真模型, 分析进气总管、进气歧管的结构参数以及进气正时对进气均匀性的影响程度。以进气总管直径、进气歧管长度、2、3缸的进气歧管直径以及进气正时为优化变量, 以降低进气不均匀度为设计目标建立响应面模型, 并结合多岛遗传算法进行优化。优化结果表明: 减小进气总管直径和进气歧管长度以及进气正时, 增加2、3缸的进气歧管直径几何参数, 改善了进气歧管内空气和甲醇的流动质量, 使发动机的进气不均匀度由原机的10.35%降低到2.19%。
  • 图  1  进气总管单侧进气方式的进气系统示意图

    图  2  柴油甲醇双燃料发动机GT-Power模型

    图  3  替代率0,166 0 r/min时的缸内压力对比

    图  4  替代率30%,1 660 r/min时的缸内压力对比

    图  5  2、3缸歧管直径对进气不均匀度与各歧管平均进气量的影响

    图  6  进气总管直径与进气歧管长度的交互作用响应面图

    图  7  进气歧管长度与2、3缸进气歧管直径的交互作用响应面图

    图  8  进气不均匀度目标函数迭代寻优

    表  1  发动机主要技术参数

    参数名称 数值
    缸径x行程 108 mm×115 mm
    压缩比 17∶1
    排量 4.214 L
    进气门开启时刻 -16.5℃A ATDC
    排气门开启时刻 112.2℃A ATDC
    最大扭矩 420 Nm
    点火顺序 1-3-2-4
    最大输出功率 103 kW
    额定转速 2 800 r/min
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    表  2  进气系统主要技术参数

    参数名称 数值
    进气总管直径 80 mm
    进气总管长度 90 mm
    进气歧管直径 40 mm
    进气歧管长度 120 mm
    谐振腔容积 3.6 L
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    表  3  发动机各歧管进气质量流量

    歧管序号 进气质量流量/(g·s-1)
    1 167.0
    2 152.5
    3 150.6
    4 163.9
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    表  4  各参数水平的设置

    参数 最小值 最大值 水平数
    D1(A) 60 mm 100 mm 3
    L(B) 100 mm 200 mm 3
    D2(C) 40 mm 56 mm 3
    K(D) -16 ℃A -6 ℃A 3
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    表  5  响应面模型的方差分析

    方差来源 平方和 自由度 均方 F P 显著性
    模型 570.27 14 40.73 32.44 < 0.0001 显著
    A 3.83 1 3.83 3.05 0.1025
    B 40.75 1 40.75 32.46 < 0.0001
    C 22.39 1 22.39 17.83 0.0009
    D 35.33 1 35.33 28.14 0.0001
    残差 17.58 14 1.26
    失拟误差 17.58 10 1.76
    纯误差 0.000 4 0.000
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    表  6  随机生成的样本点

    序号 D1/mm L/mm D2/mm K/(℃A)
    1 80.82 162.79 46.50 -18.74
    2 87.63 121.36 49.00 -9.57
    3 72.25 124.05 53.23 -22.52
    4 66.82 152.88 40.64 -21.83
    5 76.87 174.11 51.68 -10.18
    6 80.14 144.47 47.22 -21.29
    7 69.55 166.89 48.76 -17.19
    8 74.08 179.05 50.82 -13.37
    9 86.55 108.70 42.10 -9.35
    10 68.16 145.24 52.88 -18.67
    11 61.27 121.31 45.22 -8.32
    12 81.09 144.62 50.78 -9.94
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    表  7  优化后的参数及目标与优化前的对比

    参数及目标 数值 变化率
    原机值 优化值
    D1 80 mm 63.9 mm 20.1%
    L 120 mm 110.3 mm 8.1%
    D2 40 mm 53.8 mm 34.5%
    K -16.5 ℃A -6.8 ℃A 58.7%
    T 10.35% 2.17% 79%
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  • [1] 艾崇, 姚春德. 我国甲醇汽车发展现状及思考[J]. 科技视界, 2017(6): 277 doi: 10.3969/j.issn.2095-2457.2017.06.209

    AI C, YAO C D. Development status and thinking of methanol automobile in my country[J]. Science & Technology Vision, 2017(6): 277 (in Chinese) doi: 10.3969/j.issn.2095-2457.2017.06.209
    [2] ABU-QUDAIS M, HADDAD O, QUDAISAT M. The effect of alcohol fumigation on diesel engine performance and emissions[J]. Energy Conversion and Management, 2000, 41(4): 389-399 doi: 10.1016/S0196-8904(99)00099-0
    [3] 陈志方, 姚春德, 王全刚, 等. 柴油/甲醇双燃料发动机各缸燃烧均匀性研究[J]. 燃烧科学与技术, 2017, 23(1): 41-46 https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-RSKX201701007.htm

    CHEN Z F, YAO C D, WANG Q G, et al. Cylinder-to-cylinder variation in a diesel engine fueled with diesel/methanol dual fuel[J]. Journal of Combustion Science and Technology, 2017, 23(1): 41-46 (in Chinese) https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-RSKX201701007.htm
    [4] CHEN Z F, YAO C D, WANG Q G, et al. Study of cylinder-to-cylinder variation in a diesel engine fueled with diesel/methanol dual fuel[J]. Fuel, 2016, 170: 67-76 doi: 10.1016/j.fuel.2015.12.019
    [5] 姬芬竹, 谷可帅. 汽油机进气歧管流通性和均匀性数值模拟[J]. 北京航空航天大学学报, 2014, 40(2): 154-159

    JI F Z, GU K S. Numerical simulation of liquidity and uniformity of gasoline engine intake manifold[J]. Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics, 2014, 40(2): 154-159 (in Chinese)
    [6] CEVIZ M A. Intake plenum volume and its influence on the engine performance, cyclic variability and emissions[J]. Energy Conversion and Management, 2007, 48(3): 961-966 doi: 10.1016/j.enconman.2006.08.006
    [7] 杜巍, 姜玲, 伍懿, 等. 进气管结构对增压柴油机进气不均匀度影响的研究[J]. 北京理工大学学报, 2013, 33(5): 469-473 doi: 10.3969/j.issn.1001-0645.2013.05.007

    DU W, JIANG L, WU Y, et al. Influence of intake pipe's shape on intake air flow non-uniformity of turbocharged diesel engine[J]. Transactions of Beijing Institute of Technology, 2013, 33(5): 469-473 (in Chinese) doi: 10.3969/j.issn.1001-0645.2013.05.007
    [8] 曾响, 雷基林, 杨永忠, 等. 某柴油机进气歧管结构对各缸进气均匀性的影响[J]. 小型内燃机与车辆技术, 2016, 45(6): 49-57 https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-XXNR201606010.htm

    ZENG X, LEI J L, YANG Y Z, et al. Effect of intake manifold structure on the charge homogeneity for diesel engine[J]. Small Internal Combustion Engine and Vehicle Technique, 2016, 45(6): 49-57 (in Chinese) https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-XXNR201606010.htm
    [9] YAN F J, WANG J M. Pressure-based transient intake manifold temperature reconstruction in Diesel engines[J]. Control Engineering Practice, 2012, 20(5): 531-538 doi: 10.1016/j.conengprac.2012.01.008
    [10] 杜巍, 刘福水, 乔葳蕤. 发火顺序对增压柴油机进气不均匀性影响的研究[J]. 内燃机工程, 2011, 32(4): 87-92 https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-NRJG201104018.htm

    DU W, LIU F S, QIAO W R. Influence of firing order on intake air nonuniformity for turbocharged diesel engine[J]. Chinese Internal Combustion Engine Engineering, 2011, 32(4): 87-92 (in Chinese) https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-NRJG201104018.htm
    [11] 王福军. 计算流体动力学分析-CFD软件原理与应用[M]. 北京: 清华大学出版社, 2004

    WANG F J. Computational fluid dynamics analysis-principle and application of CFD[M]. Beijing: Tsinghua University Press, 2004 (in Chinese)
    [12] 臧儒振. 二元燃料着火与柴油甲醇燃烧排放的数值模拟研究[D]. 天津: 天津大学, 2016

    ZANG R Z. Numerical study of ignition of dual fuel and combustion and emmision of diesel methanol dual fuel[D]. Tianjin: Tianjin University, 2016 (in Chinese)
    [13] 刘德辉. 基于GT-Power的490柴油机进排气系统的数值仿真与优化研究[D]. 广州: 华南理工大学, 2016

    LIU D H. Numerical simulation and optimized research on intake and exhaust system of 490 diesel engine based on GT-Power[D]. Guangdong: South China University of Technology, 2016 (in Chinese)
    [14] 王俊, 申立中, 杨永忠, 等. 基于响应曲面法的非道路用高压共轨柴油机设计点优化标定[J]. 农业工程学报, 2017, 33(3): 31-39 https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-NYGU201703005.htm

    WANG J, SHEN L Z, YANG Y Z, et al. Optimizing calibration of design points for non-road high pressure common rail diesel engine base on response surface methodology[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering, 2017, 33(3): 31-39 (in Chinese) https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-NYGU201703005.htm
    [15] 于梦阁, 潘振宽, 蒋荣超, 等. 基于近似模型的高速列车头型多目标优化设计[J]. 机械工程学报, 2019, 55(24): 178-186 https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-JXXB201924021.htm

    YU M G, PAN Z K, JIANG R C, et al. Multi-objective optimization design of the high-speed train head based on the approximate model[J]. Journal of Mechanical Engineering, 2019, 55(24): 178-186 (in Chinese) https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-JXXB201924021.htm
    [16] 杨靖, 罗贤芳, 何联格, 等. 稀薄燃烧发动机改型设计及正时策略优化[J]. 汽车工程, 2020, 42(4): 439-444, 476 https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-QCGC202004005.htm

    YANG J, LUO X F, HE L G, et al. Lean burn engine retrofit design and timing strategy optimization[J]. Automotive Engineering, 2020, 42(4): 439-444, 476 (in Chinese) https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-QCGC202004005.htm
    [17] 张琳, 魏超, 胡纪滨. 高速多片湿式离合器低带排转矩参数优化设计[J]. 汽车工程, 2020, 42(8): 1074-1081, 1130 https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-QCGC202008012.htm

    ZHANG L, WEI C, HU J B. Optimization design of low drag torque parameters of high-speed multi-plate wet clutch[J]. Automotive Engineering, 2020, 42(8): 1074-1081, 1130 (in Chinese) https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-QCGC202008012.htm
    [18] 王栋, 王丽娟, 陈宗渝, 等. 稳健性和轻量化在车门结构优化设计中的应用[J]. 机械科学与技术, 2019, 38(4): 626-633 https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-JXKX201904021.htm

    WANG D, WANG L J, CHEN Z Y, et al. Application of robustness and lightweight in optimal design of door structure[J]. Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering, 2019, 38(4): 626-633 (in Chinese) https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-JXKX201904021.htm
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  • 收稿日期:  2020-09-23
  • 刊出日期:  2022-06-25

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