可变喷嘴涡轮增压器与柴油机的匹配及试验研究
发布时间：2021-06-29 19:27
随着更为严格的排放法规与油耗法规出台,推动着发动机向着节能减排的方向发展。可变截面涡轮增压技术可以改善柴油机部分工况下动力性和经济性,配合废气再循环技术（EGR）可大幅度降低NOX排放,并能提高瞬态响应性,降低发动机瞬变工况时的污染物排放。可变喷嘴涡轮增压器（VNT）与EGR耦合技术是现代柴油机实现良好综合性能的重要技术路线之一。因此,研究VNT与EGR系统与柴油机的匹配对于柴油机的研发至关重要。本文在一台四缸高压共轨柴油机上,通过开展VNT与EGR阀开度、主喷参数和预喷参数的正交试验,研究稳态工况下其对柴油机动力性、经济性与排放特性的影响规律,并且以NOX比排放为控制目标,比油耗与碳烟排放为优化目标对VNT与EGR系统进行匹配优化。研究结果表明,VNT与EGR阀开度变化会造成涡前压力、增压压力、进气量、EGR率等参数的改变,进一步影响到发动机的性能。VNT与EGR阀开度配合,能保证部分工况的EGR率,使得NOX排放的可控制区域增加。压气机的压比和质量流量随着EGR阀的开启而降低,压气机与柴油机的联合运行曲线从中心高效区...
【文章来源】：江苏大学江苏省
【文章页数】：66 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
汽车保有量Fig.1.1Vehiclepopulation
江苏大学硕士学位论文1第一章绪论1.1研究背景自1876年奥拓发明第一台四冲程内燃机并投入工业化使用，经过一百多年的发展，内燃机以高热效率、功率密度和可靠性等优点得到了广泛的应用。随着人民生活水平的不断提高，对汽车的需求量逐步增加，图1.1为2013年至2019年我国汽车保有量的变化情况，呈稳步上升的趋势，近两年我国汽车行业在转型阶段导致增速有所放缓，但在2019年底，全国汽车保有量达到了2.6亿辆，与2013年相比增加了近一倍。汽车保有量的增加会导致能源危机和环境污染的问题加剧。石油资源对于我国经济快速发展有着至关重要的作用，但地球上的石油资源是一种不可再生能源，而内燃机是我国石油消费的最大主体，汽车保有量的增大将导致能源危机问题日益突出[1]。图1.2给出了近年来我国原油生产、消费和对外依存度的变化趋势，原油的消费逐年上升，从2014年的5.18亿吨上升到2019年的6.96亿吨，由于在2018年前我国原油产量都逐年降低，导致石油资源对外依存度上升的趋势加快，2019原油产量同比增长1.2%，国内石油消费同比增长4.8%，石油对外依存度为70.8%，增速虽有所放缓，但仍会进一步增加，预计2020年我国石油对外依存度将达到71.6%，我国能源安全面临着巨大挑战[2,3]。降低发动机的燃油消耗是内燃机开发优化过程中需要解决的问题[4,5]。图1.1汽车保有量图1.2中国原油消费Fig.1.1VehiclepopulationFig.1.2TheoilconsumptionofChina汽车在消费石油资源的同时，其排放产物会对环境造成污染，并且汽车主要行驶在人口密集区域，对人民的身体健康构成威胁。据统计，2018年全国汽车四项污染物排放
可变喷嘴涡轮增压器与柴油机的匹配及试验研究2总量约3750.1万吨，其中氮氧化物（NitrogenOxides，NOX）排放量为521.9万吨，颗粒物（ParticulateMatter，PM）排放量为42.2万吨，其中汽油车占汽车总量的88.7%，柴油车约占9.1%[6]。图1.3为不同燃料类型的汽车四项污染物排放的占比，CO和HC的排放主要来源于汽油车，而柴油车是NOX和PM排放的主要来源，其中NOX的排放量占排放总量的71.2%，PM排放量约占排放总量的100%，9.1%占比的柴油车排放出大量的NOX与PM，是汽车污染物排放治理的重点。粒径小于2.5微米的颗粒物（PM2.5）是雾霾天气频发的重要元凶，PM2.5表面会附带有害物质随着呼吸进入人体中，诱发各种疾病，粒径越小对人体的危害越大；NOX排放物中的一氧化二氮（NitrousOxide，N2O）会在紫外光的作用下发生光化学反应，形成光化学烟雾，刺激人体的眼睛和黏膜，另外还会产生酸雨、破坏臭氧层和加剧温室效应等危害[7,8]。图1.3不同燃料类型汽车的污染物排放量分担率[6]Fig.1.3Proportionofpollutantemissionsfromvehiclesofdifferentfueltypes燃料燃烧后会释放出大量的二氧化碳（CarbonDioxide，CO2），加剧全球气候变暖，据世界气象组织统计，2018年全球CO2平均浓度为407.8ppm，是有记录以来的最高值，对此世界各国采取了相对应的措施，针对轻型商用车，欧盟要求CO2排放目标由2014年的175g/km下降至2020年的147g/km，降幅为12%，预计到2030年CO2排放限值会在2020年的基础上再加严300%[9-11]。我国在应对CO2排放的问题中提出到2020年实现单位国内生产总值二氧化碳排放比2005年下降40%-45%，降低汽车的燃油消耗和污染物排放是治理环境污染的重点。为了应对能源危机和环境污染的问题，我国相继制定了国家第六阶段机动车排放污染物标准（以下简称国六
【参考文献】：
期刊论文
[1]探究我国石油经济发展的现状与途径[J]. 李晗. 现代商业. 2020(07)
[2]VNT和EGR耦合对柴油机性能及排放特性影响的试验研究[J]. 刘宁,王兴光,田勇,王桂敏,汤东. 车用发动机. 2020(01)
[3]全球石油市场艰难平衡 发展风险加大——2019年国内外油气行业发展概述及2020年展望[J]. 钱兴坤,刘朝全,姜学峰,徐建山,戴家权. 国际石油经济. 2020(01)
[4]国六轻型车车载诊断系统开发[J]. 吴向畅,石平,郭文军. 汽车工程学报. 2020(01)
[5]浅谈柴油机国六阶段后处理方法及技术路线选择[J]. 李永前,王科星. 客车技术. 2019(06)
[6]氮氧化物对环境的危害及污染控制技术[J]. 李国亮. 山西化工. 2019(05)
[7]我国雾霾天气现状及综合治理[J]. 刘殿金. 河南科技. 2019(25)
[8]喷油参数对共轨柴油机排放影响的试验研究[J]. 张珠元,林浩,沈黎明,罗福强. 机械设计与制造. 2019(07)
[9]轻型汽油车国六后处理OBD系统研发现状[J]. 帅石金,刘洋,张云龙. 汽车文摘. 2019(07)
[10]轻型车国六与国五排放标准比对分析[J]. 丁莉,邹雄辉,戴春蓓,刘乐,秦宏宇. 小型内燃机与车辆技术. 2019(03)
博士论文
[1]重型柴油机起动及油门急加瞬态工况控制策略及性能优化研究[D]. 韩晓梅.吉林大学 2017
[2]VNT与EGR耦合对不同大气压力下车用柴油机性能与排放的研究[D]. 王俊.昆明理工大学 2017
硕士论文
[1]满足国六排放的柴油机性能研究[D]. 曹爽.大连理工大学 2017
[2]增压柴油机瞬变工况EGR控制策略研究[D]. 于凯波.吉林大学 2017
[3]轻型汽车实际行驶排放（RDE）特征研究[D]. 马志成.吉林大学 2017
[4]车用柴油机增压器与EGR系统的协调控制策略[D]. 史乃晨.吉林大学 2016
[5]VNT与EGR对高压共轨柴油机高原性能的影响[D]. 彭宏伟.昆明理工大学 2016
[6]高压共轨柴油机可变涡轮增压器匹配及控制策略研究[D]. 彭成成.吉林大学 2015
[7]柴油机可变截面涡轮增压器内流场仿真研究[D]. 雷杰.上海工程技术大学 2013
[8]VNT增压器对高压共轨柴油机性能和排放影响的试验研究[D]. 王浒.天津大学 2008
[9]EGR技术对柴油机排放和性能影响的试验研究[D]. 周革.合肥工业大学 2007
[10]可变喷嘴涡轮增压器喷嘴截面积对车用柴油机性能的影响[D]. 牛志明.吉林大学 2004
本文编号：3257021
【文章来源】：江苏大学江苏省
【文章页数】：66 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
汽车保有量Fig.1.1Vehiclepopulation
江苏大学硕士学位论文1第一章绪论1.1研究背景自1876年奥拓发明第一台四冲程内燃机并投入工业化使用，经过一百多年的发展，内燃机以高热效率、功率密度和可靠性等优点得到了广泛的应用。随着人民生活水平的不断提高，对汽车的需求量逐步增加，图1.1为2013年至2019年我国汽车保有量的变化情况，呈稳步上升的趋势，近两年我国汽车行业在转型阶段导致增速有所放缓，但在2019年底，全国汽车保有量达到了2.6亿辆，与2013年相比增加了近一倍。汽车保有量的增加会导致能源危机和环境污染的问题加剧。石油资源对于我国经济快速发展有着至关重要的作用，但地球上的石油资源是一种不可再生能源，而内燃机是我国石油消费的最大主体，汽车保有量的增大将导致能源危机问题日益突出[1]。图1.2给出了近年来我国原油生产、消费和对外依存度的变化趋势，原油的消费逐年上升，从2014年的5.18亿吨上升到2019年的6.96亿吨，由于在2018年前我国原油产量都逐年降低，导致石油资源对外依存度上升的趋势加快，2019原油产量同比增长1.2%，国内石油消费同比增长4.8%，石油对外依存度为70.8%，增速虽有所放缓，但仍会进一步增加，预计2020年我国石油对外依存度将达到71.6%，我国能源安全面临着巨大挑战[2,3]。降低发动机的燃油消耗是内燃机开发优化过程中需要解决的问题[4,5]。图1.1汽车保有量图1.2中国原油消费Fig.1.1VehiclepopulationFig.1.2TheoilconsumptionofChina汽车在消费石油资源的同时，其排放产物会对环境造成污染，并且汽车主要行驶在人口密集区域，对人民的身体健康构成威胁。据统计，2018年全国汽车四项污染物排放
可变喷嘴涡轮增压器与柴油机的匹配及试验研究2总量约3750.1万吨，其中氮氧化物（NitrogenOxides，NOX）排放量为521.9万吨，颗粒物（ParticulateMatter，PM）排放量为42.2万吨，其中汽油车占汽车总量的88.7%，柴油车约占9.1%[6]。图1.3为不同燃料类型的汽车四项污染物排放的占比，CO和HC的排放主要来源于汽油车，而柴油车是NOX和PM排放的主要来源，其中NOX的排放量占排放总量的71.2%，PM排放量约占排放总量的100%，9.1%占比的柴油车排放出大量的NOX与PM，是汽车污染物排放治理的重点。粒径小于2.5微米的颗粒物（PM2.5）是雾霾天气频发的重要元凶，PM2.5表面会附带有害物质随着呼吸进入人体中，诱发各种疾病，粒径越小对人体的危害越大；NOX排放物中的一氧化二氮（NitrousOxide，N2O）会在紫外光的作用下发生光化学反应，形成光化学烟雾，刺激人体的眼睛和黏膜，另外还会产生酸雨、破坏臭氧层和加剧温室效应等危害[7,8]。图1.3不同燃料类型汽车的污染物排放量分担率[6]Fig.1.3Proportionofpollutantemissionsfromvehiclesofdifferentfueltypes燃料燃烧后会释放出大量的二氧化碳（CarbonDioxide，CO2），加剧全球气候变暖，据世界气象组织统计，2018年全球CO2平均浓度为407.8ppm，是有记录以来的最高值，对此世界各国采取了相对应的措施，针对轻型商用车，欧盟要求CO2排放目标由2014年的175g/km下降至2020年的147g/km，降幅为12%，预计到2030年CO2排放限值会在2020年的基础上再加严300%[9-11]。我国在应对CO2排放的问题中提出到2020年实现单位国内生产总值二氧化碳排放比2005年下降40%-45%，降低汽车的燃油消耗和污染物排放是治理环境污染的重点。为了应对能源危机和环境污染的问题，我国相继制定了国家第六阶段机动车排放污染物标准（以下简称国六
【参考文献】：
期刊论文
[1]探究我国石油经济发展的现状与途径[J]. 李晗. 现代商业. 2020(07)
[2]VNT和EGR耦合对柴油机性能及排放特性影响的试验研究[J]. 刘宁,王兴光,田勇,王桂敏,汤东. 车用发动机. 2020(01)
[3]全球石油市场艰难平衡 发展风险加大——2019年国内外油气行业发展概述及2020年展望[J]. 钱兴坤,刘朝全,姜学峰,徐建山,戴家权. 国际石油经济. 2020(01)
[4]国六轻型车车载诊断系统开发[J]. 吴向畅,石平,郭文军. 汽车工程学报. 2020(01)
[5]浅谈柴油机国六阶段后处理方法及技术路线选择[J]. 李永前,王科星. 客车技术. 2019(06)
[6]氮氧化物对环境的危害及污染控制技术[J]. 李国亮. 山西化工. 2019(05)
[7]我国雾霾天气现状及综合治理[J]. 刘殿金. 河南科技. 2019(25)
[8]喷油参数对共轨柴油机排放影响的试验研究[J]. 张珠元,林浩,沈黎明,罗福强. 机械设计与制造. 2019(07)
[9]轻型汽油车国六后处理OBD系统研发现状[J]. 帅石金,刘洋,张云龙. 汽车文摘. 2019(07)
[10]轻型车国六与国五排放标准比对分析[J]. 丁莉,邹雄辉,戴春蓓,刘乐,秦宏宇. 小型内燃机与车辆技术. 2019(03)
博士论文
[1]重型柴油机起动及油门急加瞬态工况控制策略及性能优化研究[D]. 韩晓梅.吉林大学 2017
[2]VNT与EGR耦合对不同大气压力下车用柴油机性能与排放的研究[D]. 王俊.昆明理工大学 2017
硕士论文
[1]满足国六排放的柴油机性能研究[D]. 曹爽.大连理工大学 2017
[2]增压柴油机瞬变工况EGR控制策略研究[D]. 于凯波.吉林大学 2017
[3]轻型汽车实际行驶排放（RDE）特征研究[D]. 马志成.吉林大学 2017
[4]车用柴油机增压器与EGR系统的协调控制策略[D]. 史乃晨.吉林大学 2016
[5]VNT与EGR对高压共轨柴油机高原性能的影响[D]. 彭宏伟.昆明理工大学 2016
[6]高压共轨柴油机可变涡轮增压器匹配及控制策略研究[D]. 彭成成.吉林大学 2015
[7]柴油机可变截面涡轮增压器内流场仿真研究[D]. 雷杰.上海工程技术大学 2013
[8]VNT增压器对高压共轨柴油机性能和排放影响的试验研究[D]. 王浒.天津大学 2008
[9]EGR技术对柴油机排放和性能影响的试验研究[D]. 周革.合肥工业大学 2007
[10]可变喷嘴涡轮增压器喷嘴截面积对车用柴油机性能的影响[D]. 牛志明.吉林大学 2004
本文编号：3257021
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