汽油机可控废气旁通涡轮增压技术研究

发布时间：2017-12-02 05:23

  本文关键词：汽油机可控废气旁通涡轮增压技术研究

  更多相关文章： GDI发动机 涡轮增压 废气旁通阀 模拟 试验

【摘要】：在世界经济全球化的今天,经济高速发展,而经济的高速发展也在快速地消耗着不可再生的石油资源,为了避免石油资源的过度消耗,人类必须积极采取措施,使人类的未来能够可持续发展。在解决石油危机这一全世界都要面对的问题上,世界各国都在积极采取各项措施节约能源的使用。随着人们生活水平的提高,汽车已经走进千家万户,汽车的保有量很大,每年汽车都会消耗巨大的石油能源,占整个石油消耗的很大比例。随着我国居民购车量的不断提升,汽车的石油消耗已经越来越受到政府的重视。因此,要大力发展针对汽车的节能技术,这一趋势是不可阻挡的。为了实行汽车节能技术,科研人员发明了很多实用、高效的发动机技术,其中比较有代表性且与本文相关的就包括缸内直喷技术以及涡轮增压技术。缸内直喷技术与传统的进气道喷射相比,具有热效率高、油耗低、排放低的优点,是今后汽车发动机技术研究与应用的重要方向。而涡轮增压技术可以在保证发动机动力输出的前提下,有效地减小发动机的尺寸,提高升功率,且成本较低。又因为涡轮增压器能够有效地利用发动机的废气能量,可以充分利用能量,这些都使得涡轮增压发动机具有较好的经济性和动力性,同样也是未来发动机的发展方向[1]。本文将使用某缸内直喷涡轮增压汽油机作为研究对象,通过对其进行废气旁通的优化研究,以期挖掘更多的提高经济性的潜力。涡轮增压技术在柴油机上已经应用了很长时间,而在汽油机上应用时间尚短。相比柴油机涡轮增压,汽油机涡轮增压具有热负荷高,易爆震,转速负荷变化区间大等特点。另外汽油机是通过调节节气门开度来调节负荷的,其在进气方面与柴油机不同。虽然汽油机向涡轮增压化发展的趋势已经确定,但是还有很多细节问题需要不断探索。汽油机在工作时为了获得更大的扭矩输出,汽油机往往采取废气涡轮增压的方式提高进气压力以增大进气量。但由于汽油机的运行工况是瞬变的,发动机转速可以从怠速直接变化到最高转速,也可以从小负荷突变到大负荷,因此固定蜗壳和涡轮大小的废气涡轮增压器并不能在汽油机运行的所有工况范围内都保持高效,废气涡轮增压器匹配到高转速大负荷会造成低转速时扭矩不足,而匹配到低转速小负荷又会在高转速大负荷时产生过增压和较大的排气阻力。为应对上述问题,现在较为普遍的解决方法是将废气涡轮增压器匹配到低转速,保证汽油机的低速扭矩输出,而到高转速大负荷时采用废气旁通阀放气的形式将过多的废气旁通掉,降低压气机的增压压力。然而废气涡轮增压器在提升进气压力的同时也增大了发动机的排气阻力,但因为其增大了发动机的功率输出,这部分损失也往往被忽略。但是,轿车用汽油机大多时间是在部分负荷工况下工作的,对于汽油机量调节的负荷控制方式来说,部分负荷节气门未全开,节气门后压力往往低于一个标准大气压,也就是说,发动机不需要进气增压也能满足部分负荷工况的进气量需求,此时继续保持废气涡轮增压器增压状态反而会增大发动机的排气阻力,降低发动机部分负荷的经济性。本文中所要探究的问题就是,当节气门开度较小时,如果涡轮增压器继续介入工作的话,就会造成涡轮增压器一方面给节气门前进气道提供高压进气,而由于节气门开度较小,节流作用强,一方面节气门又在阻碍进气,这样会造成排气背压高,换气损失大,缸内残余废气增加等影响,既不能有效利用涡轮增压器的优势,又使得发动机本身的性能受到影响。为此,本文对某直喷涡轮增压汽油机进行了研究,通过模拟和试验找出哪些工况下涡轮增压器应该介入工作,哪些工况下涡轮增压器应该不工作,其中涡轮增压器工作与不工作的控制是靠控制废气旁通阀来实现的,废气旁通阀开启,大量废气被旁通掉,则涡轮增压器不工作;废气旁通阀关闭,大量废气流经涡轮机,则涡轮增压器工作。具体的研究工作包括以下几个方面:(1)研究平台的搭建,其中包括搭建所研究的某缸内直喷涡轮增压发动机的GT-POWER模型,搭建所研究的某直喷涡轮增压发动机的试验台架,为后续的研究工作做好准备。(2)通过模拟计算得到各工况时废气旁通阀的最佳开度。(3)通过试验来验证上述模拟结果,得到发动机常用工况时废气旁通阀的最佳开度,并研究增压器介入过程所产生的扭矩超调问题。(4)设计一种双真空罐式的汽油机废气涡轮旁通阀控制结构,以实现本文所研究出的废气旁通阀的控制方法。(5)总结与归纳还存在的问题,展望以后需要继续研究的工作。通过研究发现,在不同转速时,所研究的发动机在负荷较小时,废气旁通阀应完全打开,以减小排气背压,这样可以使发动机的经济性和动力性提高3%左右。发动机在负荷较大时,应使废气旁通阀完全关闭,使发动机以涡轮增压模式工作。本文还设计出了一种双真空罐式的汽油机废气涡轮旁通阀控制结构,可以实现对废气旁通阀的有效控制。
【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】：U464.171

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 杨艳;;我国车用柴油机市场形势依然严峻[J];汽车与配件;2015年34期

2 彭成成;李德刚;韩晓梅;江涛;刘夏;;废气涡轮增压器旁通阀开度优化研究[J];科学技术与工程;2014年19期

3 王应红;王少鹏;赵永生;郑重;;汽油机增压技术目前存在的问题和解决方法[J];上海汽车;2013年10期

4 张杰;;GT-POWER在内燃机设计中的应用[J];电脑知识与技术;2013年25期

5 李小平;王新超;洪伟;宋福祥;苏岩;解方喜;;利用EGR控制甲醇发动机负荷[J];燃烧科学与技术;2012年06期

6 祝晨彦;;博格华纳力推涡轮增压新技术[J];现代零部件;2012年10期

7 张众杰;何西常;王威;关立哲;董素荣;周广猛;;车用涡轮增压技术现状及发展趋势[J];内燃机与配件;2012年06期

8 肖茂宇;石磊;杨万里;魏建成;邓康耀;;增压直喷式汽油机性能与爆震的试验与模拟研究[J];内燃机工程;2010年06期

9 王建昕;王志;;高效清洁车用汽油机燃烧的研究进展[J];汽车安全与节能学报;2010年03期

10 范明强;;现代缸内直喷式汽油机(七)[J];汽车维修与保养;2010年08期

中国重要报纸全文数据库 前1条

1 霍伟;;霍尼韦尔乐估全球涡轮增压市场[N];科技日报;2014年

中国博士学位论文全文数据库 前3条

1 张祺;中国石油进口依存度问题研究[D];武汉大学;2013年

2 谢宗法;基于配气凸轮驱动的全可变液压气门机构的研究[D];山东大学;2011年

3 王彦岩;汽油机爆震诊断与控制策略的研究[D];哈尔滨工业大学;2010年

中国硕士学位论文全文数据库 前8条

1 刘鑫龙;可变压缩比对直喷汽油机性能改善研究及其机构设计[D];吉林大学;2015年

2 丁明峰;可变排量技术在直喷汽油机上应用的研究[D];吉林大学;2015年

3 曹志浩;平地机冷却系统一维仿真分析与优化[D];吉林大学;2014年

4 石学辉;基于米勒循环的天然气发动机性能仿真及优化分析[D];吉林大学;2014年

5 卢超;汽油机可控机械增压系统的研究[D];吉林大学;2012年

6 张文超;直喷汽油机涡轮增压系统的匹配研究[D];吉林大学;2012年

7 赵厚继;机械增压器转子系统动态特性的研究[D];中南大学;2009年

8 刘厚根;汽车机械增压器的设计与试验研究[D];中南大学;2009年

，

本文编号：1243797