随着我国第六阶段排放法规的实施,重卡发动机各种有害排放物限值越来越严苛,因此优化发动机的热效率变得尤为重要。能量流分析法能够揭示各能量平衡项在发动机不同子系统中的分布规律,评估不同工况下发动机性能表现,对于分析和研究发动机能量流系统具有重要意义。本文针对锡联XL6SD天然气发动机,基于GT-Power构建发动机性能仿真模型以及冷却系统仿真模型并进行标定,其中包括发动机进排气系统、冷却系统、气缸、曲轴箱等。根据仿真结果研究发动机转速、负荷、冷却水温度三个变量对发动机能量流的影响。同时分析有效功,冷却水损失,排气损失和未计算损失的能量流分布情况以及变化规律,绘制出能量分配占比图以及能量变化曲线。与此同时开展发动机台架能量流试验研究,并将仿真结果与试验结果进行对比分析。研究内容及结果如下:(1)提出发动机能量流计算方法,基于GT-Power分析了缸内工作过程、进排气系统、冷却系统的仿真建模理论,建立了发动机性能及冷却系统的仿真模型并进行标定。通过仿真计算分析了全负荷下发动机的外特性能量流分布变化规律。同时分析了发动机不同转速下随负荷变化的能量流分布特性。研究了冷却水温度对发动机性能参数的影响及各能量平衡项随发动机运行参数的变化趋势:随转速的增加,燃烧放热能量急剧增加;有效功、排气能量损失、冷却水能量损失和其他能量损失各项数值也随转速的增加而上升。随着发动机负荷的增加,发动机有效功所占总能量的比重随着缓慢增加;冷却水损失的能量所占的比重随着负荷的增加而下降;排气损失和其他能量损失所占的比重在各负荷下变化幅度较小;排气损失能量与转化为有效功所占的比例大致相同。(2)开展发动机台架试验,试验结果中天然气发动机缸扭矩、功率、比气耗等性能参数和仿真结果基本一致。由此进一步展开不同工况下的能量流试验,对比分析外特性、负荷特性以及基于冷却水温度的能量流分布规律。通过试验和仿真分析得出小负荷下冷却水温度在87℃左右可以使发动机工作处于最佳状态。中等负荷下冷却水温度在84℃～87℃左右可以使发动机工作处于最佳状态。而在高负荷下时,低转速冷却水温度应该控制在78℃左右,中转速冷却水温度随负荷增大而减小,基本稳定在78℃～87℃之间较为合理。研究结果有助于提高发动机燃气利用率,增加其经济性。所以应该尽可能的将冷却水的温度控制在最合适的点。研究的成果主要揭示了天然气发动机在不同的工况下能量流的分布规律,为改善发动机能量使用效率提供了理论支撑,对发动机提高燃料利用率具有重要意义。