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2007年5月农机化研究第5期

4105防爆柴油机性能优化的研究

毛笑平，蔡忆昔，李小华，王晗

（江苏大学汽车与交通学院，江苏镇江212013）

摘要：根据4105防爆柴油机的结构参数及其性能实验结果，建立了工作模型，分析了压缩比、供油提前
角和配气相位对燃油消耗率、充气效率、残余废气系数以及动力性能的影响，并对压缩比、供油提前角和
配气相位进行了优化。优化结果表明，适当提高压缩比、调整合适的供油提前角和配气相位可提高动力性，
降低防爆柴油机的燃油消耗率。
关键词：能源与动力工程；防爆柴油机；试验；AVL-BOOST；数值模拟
中图分类号：TK421+.4文献标识码：A文章编号：1003─188X(2007)05─0158─04

气效率下降，且残余废气系数增大，导致燃烧和排
1改装的作用[3]
放恶化，动力性和经济性下降。改装前后柴油机
以防爆柴油机为动力的矿井运输牵引车具有性能的比较如图2所示。由图2可以看出，加装防
安全、灵活等特点，在国内外许多煤矿和其它采矿爆装置的柴油机标定功率和标定转矩下降了14%，
业中应用较为广泛[1,2]。由于柴油机工作过程中可能油耗上升了16%，整机性能明显下降。因此，通过
产生进气回火，且排气中含有高温微粒，易点燃工优化柴油机的关键参数对于提高防爆柴油机的整机
作环境中的易燃气体。在柴油机进排气系统上加装性能和安全性有着重要的意义。
防爆栅栏、风门、带水冷排气管及废气淋水装置，280改装后
260
m原机
240
可有效地熄灭回火、降低排气温度，从而提高防爆·220
/N

tq200
柴油机的工作安全性。因此，目前国内所使用的防T180
160

爆柴油机大多都是对普通柴油机进排气系统及冷却转速140
120

系统进行改装而成。防爆柴油机整体结构示意图，-1100

h)36080
如图1所示。·34070
/kW
(kw32060
进气系统P
·30050
/g
e28040
b
进气26030
空滤器风门进气管240

20有效功率
防爆栅栏220
20010
60090012001500180021002400270030003300
燃油消耗率
强制4105-1
转速n/r•min
冷却柴油机
图2改装后的4105防爆油机与原机的性能比较

Fig.2Theperformanceofexplosion-proof4105diesel
排气排气带冷却
防爆栅栏水洗装置水套排气管engineandcommondieselengine
本文以4105柴油机为研究对象，建立了防爆柴
排气系统油机的工作模型，通过工作过程的仿真探寻提高防
图1防爆柴油机进排气系统结构示意图爆柴油机的动力性和经济性的方法。
Fig.1Thestructureofintakeandexhaustsystem
2防爆柴油机工作模型的建立
ofexplosion-proofdieselengine
由于防爆栅栏增加了进排气阻力，柴油机的充2.14105柴油机主要参数
柴油型式：ω型
收稿日期：2006-08-25缸数：4
基金项目：江苏省第二批青蓝工程学术带头人专项基金资助项目缸径×行程/mm：105×118
（苏教师[2002]60）
作者简介：毛笑平（1982-）,女，江苏张家港人，硕士研究生，活塞总排量/L：4.087
(E-mail)[e-mail]。压缩比：17.5

-158-
2007年5月农机化研究第5期

标定功率/kW：75油消耗率be的模拟值与试验值基本吻合，转矩Ttq
标定转速/r•min-1：3200值略高，但最大不超过1.5N·m，误差在5%以内，
标定转矩/N•m：260满足模拟计算的条件。
最大扭矩转速/r•min-1：2000
-14防爆柴油机的参数优化及结果分析
外特性最低燃油耗/g•(kW•h)：≤228
2.2防爆柴油机工作模型4.1压缩比
4105防爆柴油机工作模型，如图3所示。其中：压缩比对4105防爆柴油机性能的影响，如图5
SB1和SB2为系统边界；1～14为连接管道；R1～R4所示。由图5可见，随着压缩比的提高，发动机的
为可变限流阀；PL1和PL2为进排气总管；C1～C4输出功率呈上升趋势，燃油消耗率则逐渐降低。可
为气缸。通过调节可变限流阀R1～R4可控制进排见增大压缩比不仅可以提高防爆柴油机的动力性，
气的阻力（等效于防爆栅栏作用）。本文选用VIBE也可改善其经济性。柴油机压缩比的增大会引起缸
燃烧放热模型和Woschni1978传热模型对4105防爆内最大压力、最大压力升高率的提高，当缸内最大
柴油机进行性能模拟。压力升高率超过0.4MPa／ºCA时，柴油机的燃烧噪
[6～8]
PL1声和相关零部件的机械负荷会大大增加。综合
SB