重型柴油機(jī)空氣系統(tǒng)優(yōu)化的數(shù)值模擬及試驗(yàn)研究.pdf

1、日趨嚴(yán)格的排放法規(guī)對(duì)內(nèi)燃機(jī)技術(shù)提出了越來(lái)越高的要求，在降低PM和NOx排放的同時(shí)提高燃油經(jīng)濟(jì)性是柴油機(jī)燃燒技術(shù)所面臨的難題與挑戰(zhàn)。由增壓系統(tǒng)和廢氣再循環(huán)系統(tǒng)為主組成的空氣系統(tǒng)優(yōu)化是實(shí)現(xiàn)柴油機(jī)高效清潔燃燒的關(guān)鍵技術(shù)。本文采用模擬及試驗(yàn)研究方法，開(kāi)展了重型柴油機(jī)可變截面兩級(jí)增壓系統(tǒng)與復(fù)合EGR相耦合的空氣系統(tǒng)優(yōu)化研究。
　　本文首先建立了兩級(jí)增壓熱力學(xué)零維模型，分析了不同參數(shù)對(duì)兩級(jí)增壓系統(tǒng)性能影響。研究發(fā)現(xiàn)，增壓器效率、壓比分配及級(jí)間

2、冷卻是影響發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣壓力和泵氣損失的主要因素。進(jìn)一步采用GT-Power建立復(fù)合EGR系統(tǒng)一維模型，分析了高、低壓EGR對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)燃油經(jīng)濟(jì)性的影響，并探討了復(fù)合EGR優(yōu)化策略。結(jié)果表明，高壓EGR能在各工況降低泵氣損失，但同時(shí)導(dǎo)致進(jìn)氣壓力降低、總指示熱效率(ITEgross)下降，而低壓EGR對(duì)泵氣損失和進(jìn)氣壓力影響較小，因此最佳復(fù)合EGR策略應(yīng)為低EGR率時(shí)盡量采用高壓EGR降低泵氣損失，而高EGR率時(shí)在保持合適的高壓EGR率不變條件下

3、提高低壓EGR率。
　　基于兩級(jí)增壓系統(tǒng)熱力學(xué)分析及GT-Power一維模擬，完成了高壓級(jí)采用可變截面增壓器(VGT)的兩級(jí)增壓系統(tǒng)匹配選型，并進(jìn)行了可變截面兩級(jí)增壓系統(tǒng)與復(fù)合EGR耦合的試驗(yàn)研究。結(jié)果表明，級(jí)間安裝冷卻器能在外特性工況降低燃油消耗率約3-4g/kW-h，主要原因在于高壓級(jí)壓氣機(jī)入口溫度降低、所需驅(qū)動(dòng)功減少，導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣壓力上升、泵氣損失降低?？勺儍杉?jí)增壓系統(tǒng)耦合復(fù)合EGR策略能在更寬廣的NOx排放區(qū)間實(shí)現(xiàn)更低的

4、soot排放和更高的燃油經(jīng)濟(jì)性。同一工況下復(fù)合EGR策略的最佳VGT主要取決NOx排放目標(biāo)，高NOx排放時(shí)選擇較小VGT關(guān)度可以降低泵氣損失，低NOx排放時(shí)由于高壓EGR已大幅降低泵氣損失，此時(shí)適當(dāng)加大VGT關(guān)度能提高進(jìn)氣壓力，從而減輕高EGR率對(duì)燃燒的不利影響。可變兩級(jí)增壓與復(fù)合EGR優(yōu)化后的ESC測(cè)試循環(huán)結(jié)果表明，相對(duì)于前期的固定截面兩級(jí)增壓系統(tǒng)，優(yōu)化后的空氣系統(tǒng)在實(shí)現(xiàn)相等或更低的NOx排放時(shí)，在soot排放及燃油經(jīng)濟(jì)性上表現(xiàn)出較大