進(jìn)氣管噴氣對相繼增壓柴油機(jī)瞬態(tài)過程影響的研究.pdf

1、相繼增壓技術(shù)是改善渦輪增壓柴油機(jī)低工況大扭矩性能最為有效的手段之一，但在受控增壓器切換過程中，柴油機(jī)轉(zhuǎn)速波動大，煙度增加，如果切換不當(dāng)，受控增壓器容易進(jìn)入喘振區(qū)。目前國內(nèi)外主要是通過研究切換延遲時間以防止受控增壓器發(fā)生喘振和倒流，而對改善相繼增壓柴油機(jī)在瞬態(tài)切換過程的排放性能以及缸內(nèi)燃燒過程的研究很少。本文在相繼增壓柴油機(jī)切換過程以及加速加載瞬態(tài)過程，采用進(jìn)氣管噴射高壓空氣，研究不同的噴氣壓力和噴氣時間對柴油機(jī)相繼增壓切換過程以及加速加

2、載過程中瞬態(tài)性能的影響，改善相繼增壓柴油機(jī)在切換過程以及加速加載瞬態(tài)過程中出現(xiàn)的不穩(wěn)定現(xiàn)象。
　　以TBD234V12柴油機(jī)為研究對象，對其進(jìn)行了相繼增壓系統(tǒng)以及進(jìn)氣管噴氣系統(tǒng)的改造，設(shè)計(jì)了瞬態(tài)過程的控制與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，對柴油機(jī)在相繼增壓切換過程以及加速加載過程中進(jìn)行了噴氣試驗(yàn)，研究了不同噴氣壓力、噴孔面積、噴氣始點(diǎn)時間和噴氣持續(xù)時間對柴油機(jī)進(jìn)氣壓力及排放性能的影響規(guī)律，得出了切換過程的噴氣策略，通過對缸內(nèi)進(jìn)氣以及燃燒過程的計(jì)算分

3、析，得到了噴氣對柴油機(jī)相繼增壓切換過程以及加速加載過程中缸內(nèi)氣體流動和燃燒排放的影響規(guī)律。主要研究內(nèi)容如下：
　?。?）通過對不同切入延遲時間進(jìn)行試驗(yàn)，得到了切入延遲時間對切入過程中柴油機(jī)的進(jìn)氣壓力、缸內(nèi)最高爆發(fā)壓力以及煙度排放的影響規(guī)律，通過對試驗(yàn)結(jié)果的對比分析，得到了該柴油機(jī)的最佳切入延遲時間。不同的切入延遲時間試驗(yàn)表明：在切入過程中，當(dāng)切入延遲過短時，受控增壓器發(fā)生倒流，柴油機(jī)的進(jìn)氣壓力降低迅速，柴油機(jī)缸內(nèi)最高爆發(fā)壓力降低，

4、排氣煙度增加。當(dāng)切入延遲過長時，由于基本增壓器獲得能量減少，不能提供燃燒所需要的空氣量，柴油機(jī)的進(jìn)氣壓力持續(xù)降低，從而導(dǎo)致缸內(nèi)最高爆發(fā)壓力也相應(yīng)降低，煙度增加。
　?。?）對柴油機(jī)相繼增壓切換過程進(jìn)行了噴氣試驗(yàn)。采用噴氣技術(shù)后，柴油機(jī)的進(jìn)氣壓力穩(wěn)定時間縮短，轉(zhuǎn)速波動減少，瞬態(tài)過程中排放得到很大的改善。通過對不同的噴氣壓力的研究，得到了噴氣壓力對切換過程的影響規(guī)律：噴氣壓力越高，柴油機(jī)進(jìn)氣壓力越高，穩(wěn)定時間也越短；通過對不同噴氣始點(diǎn)

5、時間的研究，得到了噴氣始點(diǎn)時間對切換過程的影響規(guī)律：噴氣始點(diǎn)時間以燃?xì)忾y開啟或關(guān)閉時刻為最佳，提前噴氣對切換過程中的瞬態(tài)性能影響較小，會導(dǎo)致切換前NOx排量的增加；通過對不同噴氣持續(xù)時間的研究，得到了噴氣持續(xù)時間對切換過程的影響規(guī)律：噴氣持續(xù)時間以進(jìn)氣壓力達(dá)到切換后柴油機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行時的壓力值時刻為最佳，如果噴氣時間過短，柴油機(jī)的排煙量較高，如果噴氣時間過長， NOx排量增加。
　?。?）對相繼增壓柴油機(jī)在加速及加載過程進(jìn)行了噴氣試驗(yàn)

6、，試驗(yàn)結(jié)果表明：在加速及加載過程中，柴油機(jī)轉(zhuǎn)速、扭矩增加后，使得缸內(nèi)噴油量增加，由于進(jìn)排氣管內(nèi)氣體的可壓縮性以及增壓器響應(yīng)遲滯等因素，造成供氣量不足，瞬時空燃比下降，缸內(nèi)燃燒惡化，造成煙度排放急劇增加。采用噴氣后，由于進(jìn)氣量增加，渦輪增壓器的響應(yīng)得到改善，柴油機(jī)進(jìn)氣壓力穩(wěn)定時間縮短，柴油機(jī)的煙度、HC和CO排放減少，而NOx會相應(yīng)增加，并且噴氣壓力越高，柴油機(jī)的進(jìn)氣壓力越高，柴油機(jī)進(jìn)氣壓力穩(wěn)定時間越短，加速及加載過程中瞬態(tài)性能改善越明顯

7、。當(dāng)噴氣壓力相同時，低轉(zhuǎn)速低扭矩時效果比高轉(zhuǎn)速高扭矩時明顯。
　?。?）建立了包括柴油機(jī)燃燒室、進(jìn)排氣門和進(jìn)排氣道的幾何模型，對幾何模型進(jìn)行了靜網(wǎng)格以及動網(wǎng)格的劃分，通過試驗(yàn)驗(yàn)證了所選用的計(jì)算模型及計(jì)算方法的正確性，可以滿足本文研究的需要。利用所建立的三維燃燒模型詳細(xì)研究了噴氣對瞬態(tài)過程中柴油機(jī)進(jìn)氣、燃燒及排放的影響規(guī)律，理論計(jì)算和分析表明：噴氣后，柴油機(jī)進(jìn)氣量增加，缸內(nèi)進(jìn)、排氣管內(nèi)壓差增大，缸內(nèi)流速增加，柴油機(jī)掃氣效果加強(qiáng)。噴氣

8、使主燃期燃燒更充分，而后燃期減少，對燃燒初期影響不大。由于噴氣后缸內(nèi)進(jìn)氣量增加，氧含量增加，因此，噴氣后soot含量下降。
　　總之,為改善相繼增壓柴油機(jī)切換過程以及加速加載過程中的瞬態(tài)性能，本文提出采用進(jìn)氣管噴氣方法并進(jìn)行了試驗(yàn)研究。研究表明:采用噴氣技術(shù)后，在相繼增壓瞬態(tài)過程中，柴油機(jī)的煙度排放降低，轉(zhuǎn)速波動減小。通過對不同的噴氣壓力，噴氣時間的研究，得到了相繼增壓柴油機(jī)切換過程以及加速加載過程的噴氣策略，有效的解決了相繼增壓