重型柴油机空气系统优化的数值模拟及试验研究

发布时间：2017-09-02 16:08

  本文关键词：重型柴油机空气系统优化的数值模拟及试验研究

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【摘要】：日趋严格的排放法规对内燃机技术提出了越来越高的要求,在降低PM和NO_x排放的同时提高燃油经济性是柴油机燃烧技术所面临的难题与挑战。由增压系统和废气再循环系统为主组成的空气系统优化是实现柴油机高效清洁燃烧的关键技术。本文采用模拟及试验研究方法,开展了重型柴油机可变截面两级增压系统与复合EGR相耦合的空气系统优化研究。本文首先建立了两级增压热力学零维模型,分析了不同参数对两级增压系统性能影响。研究发现,增压器效率、压比分配及级间冷却是影响发动机进气压力和泵气损失的主要因素。进一步采用GT-Power建立复合EGR系统一维模型,分析了高、低压EGR对发动机燃油经济性的影响,并探讨了复合EGR优化策略。结果表明,高压EGR能在各工况降低泵气损失,但同时导致进气压力降低、总指示热效率(ITE_(gross))下降,而低压EGR对泵气损失和进气压力影响较小,因此最佳复合EGR策略应为低EGR率时尽量采用高压EGR降低泵气损失,而高EGR率时在保持合适的高压EGR率不变条件下提高低压EGR率。基于两级增压系统热力学分析及GT-Power一维模拟,完成了高压级采用可变截面增压器(VGT)的两级增压系统匹配选型,并进行了可变截面两级增压系统与复合EGR耦合的试验研究。结果表明,级间安装冷却器能在外特性工况降低燃油消耗率约3-4g/kW-h,主要原因在于高压级压气机入口温度降低、所需驱动功减少,导致发动机进气压力上升、泵气损失降低。可变两级增压系统耦合复合EGR策略能在更宽广的NO_x排放区间实现更低的soot排放和更高的燃油经济性。同一工况下复合EGR策略的最佳VGT主要取决NO_x排放目标,高NO_x排放时选择较小VGT关度可以降低泵气损失,低NO_x排放时由于高压EGR已大幅降低泵气损失,此时适当加大VGT关度能提高进气压力,从而减轻高EGR率对燃烧的不利影响。可变两级增压与复合EGR优化后的ESC测试循环结果表明,相对于前期的固定截面两级增压系统,优化后的空气系统在实现相等或更低的NO_x排放时,在soot排放及燃油经济性上表现出较大的优势。
【关键词】：柴油机 可变截面增压器 两级增压 复合EGR 燃烧 排放
【学位授予单位】：天津大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TK423
【目录】：

• 中文摘要4-5
• Abstract5-13
• 字母注释表13-15
• 第一章 绪论15-29
• 1.1 引言15-18
• 1.2 内燃机增压系统18-23
• 1.2.1 涡轮增压系统19-21
• 1.2.2 两级增压系统21-22
• 1.2.3 两级增压系统匹配技术22-23
• 1.3 废气再循环系统23-27
• 1.3.1 高压EGR24-25
• 1.3.2 低压EGR25
• 1.3.3 复合EGR25-27
• 1.4 课题研究意义和主要内容27-29
• 第二章 一维数值计算模型及试验研究方法29-41
• 2.1 一维数值计算程序及模型29-34
• 2.1.1 GT-Power原理介绍29-32
• 2.1.2 GT-Power计算基本模型32-34
• 2.2 试验装置和研究方法34-41
• 2.2.1 试验装置34-36
• 2.2.2 研究方法36-41
• 第三章 重型柴油机空气系统优化的模拟研究41-62
• 3.1 两级增压系统参数优化的热力学研究41-54
• 3.1.1 两级增压系统热力学模型构建41-45
• 3.1.2 两级增压系统热力学模型验证45-46
• 3.1.3 两级增压系统参数对泵气损失影响的模拟研究46-51
• 3.1.4 两级增压系统参数对进气压力影响的模拟研究51-54
• 3.2 复合EGR对柴油机性能影响的一维模拟研究54-60
• 3.2.1 一维计算模型及标定55-56
• 3.2.2 高、低压EGR对泵气损失及进气压力影响的模拟研究56-59
• 3.2.3 复合EGR的优化策略59-60
• 3.3 本章小结60-62
• 第四章 可变截面两级增压系统与复合EGR耦合的试验研究62-81
• 4.1 增压器选型62-64
• 4.2 可变两级增压系统参数选择对发动机性能影响的试验研究64-68
• 4.2.1 压比分配对两级增压柴油机性能的影响64-66
• 4.2.2 级间冷却对两级增压柴油机性能的影响66-68
• 4.3 高、低压EGR对柴油机性能及排放影响的试验研究68-71
• 4.3.1 高、低压EGR对柴油机进排气参数的影响68-69
• 4.3.2 高、低压EGR对柴油机燃烧及燃油经济性的影响69-70
• 4.3.3 高、低压EGR对柴油机排放的影响70-71
• 4.4 可变截面两级增压系统与复合EGR耦合的试验研究71-77
• 4.4.1 可变增压系统与EGR不同耦合策略对比71-75
• 4.4.2 复合EGR策略下最佳VGT关度选择75-77
• 4.5 基于可变截面两级增压和复合EGR的柴油机空气系统优化结果77-79
• 4.6 本章小结79-81
• 第五章 全文总结及工作展望81-83
• 5.1 全文总结81-82
• 5.2 工作展望82-83
• 参考文献83-89
• 发表论文和参加科研情况说明89-90
• 致谢90-91

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前5条

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本文编号：779522