车用重型二级增压柴油机燃烧优化及排放控制技术研究

发布时间：2017-10-25 04:29

  本文关键词：车用重型二级增压柴油机燃烧优化及排放控制技术研究

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【摘要】：汽车产业的飞速发展为国民生活带来了便利,然而汽车排放所带来的环境污染问题日益严重,降低机动车尾气排放成为迫切任务。为进一步提高柴油机性能,优化燃烧过程,降低排放污染物,实现高增压比已成为必不可少的手段。二级涡轮增压技术以其高增压比、灵活调节、适用工况宽等优点而被逐渐重视。柴油机匹配二级增压后,其进气量大幅度提高,相同负荷下的扭矩输出显著提升,燃油消耗率和微粒排放量明显降低。针对二级增压柴油机NOx排放量升高,采用EGR可减少NOx排放量,并通过EGR和喷油策略协同控制,可实现柴油机低油耗和低排放的目标。本文以某车用重型柴油机为样机,建立了二级增压柴油机试验研究平台及模拟仿真平台。首先研究了旁通阀的控制策略,结果表明低转速时无需开启旁通阀,高转速时随负荷升高,需逐渐增大旁通阀开度以减少泵气损失;其次研究了级间进气温度对发动机的影响,降低级间进气温度可提高发动机的进气量和功率,NOx和soot排放量减少,降低级间进气温度会造成散热损失增加,最终优化了不同工况下的级间冷却温度;在此基础上研究了EGR耦合喷油策略,结果表明:预喷可改善NOx与soot的“trade-off”关系,预喷量应控制在10%内以降低燃油消耗率;主喷时刻对发动机的燃烧排放性能影响很大,需要合理控制主喷时刻以控制CA50位置;EGR可以降低发动机的泵气损失,减少NOx排放量,拓宽了发动机的低油耗和低排放区域。柴油机匹配二级增压后会导致缸内最大爆发压力升高,因此需要对燃烧室结构参数优化设计。首先应用AVL-Fire建立了燃烧室模型,设计并研究了不同燃烧室结构参数对发动机的影响,结果表明:适当降低压缩比能降低最大爆发压力和最高温度,NO排放量降低,soot排放量有所升高;引入EGR后,缩口型燃烧室NO与soot排放的“trade-off”关系较好;其次对后喷参数进行了研究,结果表明存在最佳的后喷参数使得NO与soot排放较低,最终将后喷量20%、主后喷间隔4—8°CA作为后喷参数优化结果。最后对二级增压柴油机进行了试验研究,结果表明:高压级旁通阀的开度影响高、低压级压比分配,不同工况下均存在使发动机性能最佳的压比分配系数;降低级间进气温度可以提高进气量和扭矩,油耗率和排放物均有所降低;小预喷量并推迟主喷时刻能够降低发动机NOx与微粒数量排放,且油耗率升高不显著;催化型DPF能够降低发动机的CO、HC、NOx和消光烟度排放,二级增压柴油机排气微粒主要为核态,随EGR率增加,排气微粒中积聚态微粒比例逐渐提高,微粒经DPF后各模态的数量浓度均显著降低,且不同EGR率下DPF对核态微粒数量的捕集效率均较高。
【关键词】：重型柴油机 二级增压 EGR 喷油策略 排放控制
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U464.172
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-12
• 第1章 绪论12-30
• 1.1 引言12-14
• 1.2 内燃机排放污染物14-17
• 1.3 柴油机增压中冷技术17-22
• 1.3.1 柴油机增压类型17-19
• 1.3.2 新型增压技术发展现状19-21
• 1.3.3 二级涡轮增压系统21-22
• 1.4 二级增压技术研究现状22-25
• 1.4.1 国外研究现状22-24
• 1.4.2 国内研究现状24-25
• 1.5 重型柴油机排放控制技术25-28
• 1.5.1 柴油机机内净化技术25-27
• 1.5.2 柴油机后处理技术27-28
• 1.6 本文主要内容和研究意义28-30
• 第2章 二级增压柴油机试验研究平台30-36
• 2.1 试验装置及仪器30-32
• 2.1.1 试验台架30-31
• 2.1.2 试验发动机31
• 2.1.3 试验仪器31-32
• 2.2 研究方法32-34
• 2.2.1 EGR控制及测量方法32
• 2.2.2 微粒稀释采样系统32-33
• 2.2.3 试验工况33-34
• 2.3 本章小结34-36
• 第3章 EGR及喷油参数对二级增压柴油机燃烧及排放的影响36-56
• 3.1 二级增压发动机仿真模型建立37-39
• 3.1.1 GT-POWER软件37-38
• 3.1.2 模型建立38
• 3.1.3 模型验证38-39
• 3.2 旁通阀开度的优化39-41
• 3.3 级间中冷对发动机性能的影响41-45
• 3.4 主预喷参数对发动机的影响45-49
• 3.4.1 预喷量的影响45-47
• 3.4.2 主预喷间隔角的影响47
• 3.4.3 预喷量耦合主喷时刻的影响47-49
• 3.5 EGR耦合预主喷参数对发动机的影响49-54
• 3.5.1 不同EGR率耦合主喷时刻的影响49-51
• 3.5.2 相同EGR率下预喷量耦合主喷时刻的影响51-52
• 3.5.3 最终优化的EGR率52-54
• 3.6 本章小结54-56
• 第4章 二级增压柴油机燃烧室结构优化与排放控制56-74
• 4.1 模拟仿真平台建立56-58
• 4.1.1 燃烧室的设计方案56-58
• 4.1.2 初始条件及模型验证58
• 4.2 燃烧室结构对发动机性能影响的模拟研究58-63
• 4.2.1 燃烧室结构对缸内气流的影响59-60
• 4.2.2 燃烧室结构对发动机燃烧性能的影响60-61
• 4.2.3 燃烧室结构对缸内排放物的影响61-63
• 4.3 EGR对不同燃烧室结构发动机的影响63-66
• 4.3.1 EGR对不同燃烧室燃烧性能的影响63-65
• 4.3.2 EGR对不同燃烧室排放的影响65-66
• 4.4 后喷参数对发动机影响的研究66-72
• 4.4.1 后喷量对发动机性能的影响67-70
• 4.4.2 主后喷间隔对发动机性能的影响70-71
• 4.4.3 EGR对后喷参数的影响71-72
• 4.5 本章小结72-74
• 第5章 二级增压柴油机的试验研究74-84
• 5.1 旁通阀对二级增压柴油机的影响74-76
• 5.2 级间进气温度对二级增压柴油机的影响76-77
• 5.3 预喷对二级增压柴油机的影响77-79
• 5.4 DPF对二级增压柴油机排放物的捕集特性79-82
• 5.5 本章小结82-84
• 第6章 全文总结及未来工作展望84-88
• 6.1 全文总结84-85
• 6.2 未来工作展望85-88
• 参考文献88-94
• 作者简介及科研成果94-96
• 致谢96

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本文编号：1092108