Cooled-EGR对重型柴油机性能与排放的影响研究

发布时间：2017-09-10 21:19

  本文关键词：Cooled-EGR对重型柴油机性能与排放的影响研究

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【摘要】：EGR(废气再循环)技术是降低柴油机NO_x排放的重要技术措施。本文基于Cooled-EGR(冷却废气再循环)技术路线,以SC4H170Q4B柴油机为研究对象,进行了配气正时、喷油器、EGR冷却温度和EGR率等参数对实验对象性能和排放性影响的深入研究。首先,应用AVL-Boost软件模拟计算了配气正时、喷油定时、EGR冷却温度和EGR率对实验对象性能和排放性的影响,并得出一组最优参数值。然后结合模拟计算得到的最优配气正时角度和喷油定时对本型号柴油机性能的影响规律,在试验台架上进行了实机测试,得到原机的外特性曲线和排放值。接着设定出实验对象相关指标的开发目标值,通过优化喷油器和增压器的参数,并结合模拟计算得到的EGR冷却温度和全工况EGR率的最优参数值,对实验对象进行了参数优化后的测试,开发出了在基本保证原机动力性和经济性不变的前提下,符合排放标准的柴油机。具体为:(1)应用AVL-Boost软件对柴油机中低负荷和高负荷的配气正时(进气提前角、进气迟闭角、排气提前角、排气迟闭角)和喷油定时进行了模拟计算,得出了一组最优的参数值;(2)EGR冷却温度的模拟计算:回流缸内废气的温度直接影响柴油机的动力性和排放性,较高的温度利于柴油机的动力性,但会促使NO_x的排放增加,温度过低又无法保证柴油机的动力性。通过模拟计算,得出了SC4H170Q4B柴油机EGR冷却温度对性能、NO_x排放的影响特性;(3)全工况最优EGR率的模拟计算:根据SC4H170Q4B柴油机的综合性能对各工况下的EGR率进行了优化,得出了最佳的EGR率MAP,然后模拟计算了ESC13工况的排放性和经济性,根据各工况的加权比重,得到了最终的NO_x和燃油消耗率的值,可以达到工程开发目标;(4)发动机试验台架优化试验:根据模拟计算的最优配气正时的参数值,在对原机的外特性曲线和排放试验的基础上,对喷油器和增压器的参数进行了优化,同时加载了EGR系统和DOC装置,进行了ESC(欧洲稳态循环)、ETC(欧洲瞬态循环)排放试验,在保持发动机动力性和经济性基本不变的同时,NO_x降低了68.6%,PM降低了50%,达到了开发目标。
【关键词】：Cooled-EGR(冷却废气再循环) AVL-Boost 重型柴油机 NOx排放 EGR率
【学位授予单位】：上海工程技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U464.172
【目录】：

• 摘要6-8
• ABSTRACT8-13
• 第一章 绪论13-35
• 1.1 车用重型柴油机的发展与挑战13-20
• 1.1.1 车用柴油机发展应用的普遍性13-16
• 1.1.1.1 柴油机与汽油机的比较13-14
• 1.1.1.2 车用柴油机的发展趋势14-16
• 1.1.2 车用柴油机发展的挑战性16-20
• 1.1.2.1 全球能源危机16-18
• 1.1.2.2 全球环境污染18-20
• 1.2 柴油机燃烧理论的发展20-23
• 1.3 现代柴油机排放控制技术的发展23-31
• 1.3.1 进气增压技术24-26
• 1.3.2 电控喷射技术26-27
• 1.3.3 柴油机后处理技术27-29
• 1.3.3.1 颗粒物（PM）后处理系统27-29
• 1.3.3.2 DENO_x后处理系统29
• 1.3.4 中冷废气再循环（Cooled-EGR）技术29-31
• 1.4 本课题技术路线的选择31-33
• 1.5 本课题的研究意义及内容33-35
• 1.5.1 本课题的研究意义33
• 1.5.2 本课题的研究内容33-35
• 第二章 EGR柴油机性能模拟建模35-48
• 2.1 AVL-Boost软件的理论基础研究35-39
• 2.1.1 AVL-Boost软件简介35
• 2.1.2 燃烧放热率模型35-38
• 2.1.2.1 Vibe模型36-37
• 2.1.2.2 Woschni/Anisits模型37
• 2.1.2.3 AVL MCC模型37-38
• 2.1.3 进排气端口质量流率计算38-39
• 2.2 4H170Q4B型柴油机工作过程仿真模型39-40
• 2.3 仿真计算模型参数的输入40-45
• 2.3.1 模型全局参数的设置40
• 2.3.2 气缸参数的设置40-43
• 2.3.3 中冷器参数的设置43-44
• 2.3.4 边界条件参数的设置44-45
• 2.4 仿真计算模型方案设定和结果查询45
• 2.5 模型准确性验证45-48
• 第三章 4H170Q4B柴油机性能与排放仿真研究48-69
• 3.1 配气相位对柴油机性能的影响48-58
• 3.1.1 进气提前角对柴油机性能的影响48-50
• 3.1.2 进气迟闭角对柴油机性能的影响50-53
• 3.1.3 排气提前角对柴油机性能的影响53-55
• 3.1.4 排气迟闭角对柴油机性能的影响55-58
• 3.2 喷油定时对柴油机性能的影响58-60
• 3.3 EGR冷却温度对柴油机排放性的影响60-64
• 3.3.1 EGR冷却温度对NO_x排放的影响60-62
• 3.3.2 EGR冷却温度对CO和HC排放的影响62-63
• 3.3.3 EGR冷却温度对PM排放的影响63
• 3.3.4 EGR冷却温度对燃油消耗率排放的影响63-64
• 3.4 EGR率对柴油机性能和排放的影响64-66
• 3.5 全工况最佳EGR率的确定66-69
• 第四章 试验设计方案和研究方法69-74
• 4.1 试验设计方案69-71
• 4.1.1 试验台架的设计69-70
• 4.1.2 试验柴油机相关技术参数70
• 4.1.3 试验对象主要性能配置和测试设备70-71
• 4.2 试验研究方法71-74
• 4.2.1 EGR率和碳烟的测试方法71-72
• 4.2.2 十三工况的设定72-74
• 第五章 柴油机部件的优化和测试结果分析74-88
• 5.1 原机（无EGR）试验结果74-76
• 5.2 不同喷油器方案对柴油机性能和排放性的影响76-79
• 5.2.1 各喷油器方案对柴油机动力性和经济性的影响76-78
• 5.2.2 各喷油器方案对柴油机排放性的影响78-79
• 5.3 增压器方案的制定79-81
• 5.4 排放标定及验证81-84
• 5.5 柴油机外特性及万有特性试验84-86
• 5.6 SC4H170Q4B柴油机优化测试结果86-88
• 第六章 总结与展望88-91
• 6.1 论文总结88-90
• 6.2 工作展望90-91
• 参考文献91-94
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文及取得的相关科研成果94-95
• 致谢95-96

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本文编号：826701