米勒循环结合可变涡轮增压优化柴油机性能的仿真与试验

发布时间：2024-04-18 22:32

　　在开发一款机车柴油机过程中,采用仿真和试验相结合的方法,研究在最高爆发压力不超过设计限值的前提下,如何优化设计参数,使柴油机在排放达标时能获得理想的油耗指标。仿真结果显示,相比推迟喷油提前角,强米勒可以更有效降低NO_X排放,缺点是涡轮前排温升高和油耗增加。进一步的试验研究表明,在同为5℃A喷油提前角时,标定工况点强米勒方案比中米勒方案的NO_X排放降低58%,但是油耗增加1.1%,PM排放增加30.2%,涡轮前排温增加7.4%。增大强米勒方案的喷油提前角,相比中米勒5℃A提前角方案,PM排放仍然增加18.3%,涡轮前排温增加5.3%。考虑到中米勒方案NO_X比排放量6.68g/(kW·h),通过部分负荷工况点的优化,按标准计算的加权排放值可以满足EPATier3法规要求,PM排放和涡轮前排温远低于强米勒方案。因此,综合各方面性能参数的比较结果,在满足排放要求的前提下,中米勒为优选方案。

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【部分图文】：

图1柴油机仿真计算模型

根据柴油机的结构布局参数，建立Boost一维仿真计算模型，见图1。Boost中气缸内燃烧模型的设定对计算的准确性影响很大。该计算模型中，缸内燃烧模型选用AVLMCC模型。该模型由输入的喷油器参数和喷油规律计算得到燃油喷入气缸时的喷射速率及动能[10]。

图2计算和实测的缸内压力对比

为检验仿真模型的合理性，选择转速1000r/min、满负荷工况为计算工况。图2为该工况下计算的示功图与试验结果的对比。从图2可看出，计算结果与实测值比较吻合，最大值数值相差0.53MPa，误差约为3.2%。图3是柴油机牵引工况下（不同转速不同负荷）扭矩、油耗、NOX排放计算....

图3扭矩、油耗及NOX排放计算值和实测值的对比

图3是柴油机牵引工况下（不同转速不同负荷）扭矩、油耗、NOX排放计算值和实测值的对比，可以看出：不同工况点下扭矩的计算结果与实测结果较为吻合；油耗的计算结果在低转速工况点略高于实测值，在高转速工况点吻合较好，最大误差为2%;NOX排放的计算结果低于实测结果，误差在4.5%～7.8....

图4米勒强度对燃烧过程的影响

随着米勒强度加强，缸内充量减少，实际有效压缩比[11-12]减小，导致缸内平均压力降低，强米勒比弱米勒最大缸内压力下降了19%。对比燃烧放热率曲线，随着米勒强度增强，缸内过量空气系数降低，计算显示，强米勒过量空气系数仅有2.12，相比中米勒低5.7%，比弱米勒低9.9%，因此，米....

本文编号：3957830