進氣管噴氣對相繼增壓柴油機瞬態(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切換過程以及加速加載瞬態(tài)過程，采用進氣管噴射高壓空氣，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柴油機為研究對象，對其進行了相繼增壓系統(tǒng)以及進氣管噴氣系統(tǒng)的改造，設(shè)計了瞬態(tài)過程的控制與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，對柴油機在相繼增壓切換過程以及加速加載過程中進行了噴氣試驗，研究了不同噴氣壓力、噴孔面積、噴氣始點時間和噴氣持續(xù)時間對柴油機進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)進氣以及燃燒過程的計算分

3、析，得到了噴氣對柴油機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行試驗，得到了切入延遲時間對切入過程中柴油機的進氣壓力、缸內(nèi)最高爆發(fā)壓力以及煙度排放的影響規(guī)律，通過對試驗結(jié)果的對比分析，得到了該柴油機的最佳切入延遲時間。不同的切入延遲時間試驗表明：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，柴油機的進氣壓力降低迅速，柴油機缸內(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，柴油機的進氣壓力持續(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。
　?。?）對柴油機相繼增壓切換過程進行了噴氣試驗。采用噴氣技術(shù)后，柴油機的進氣壓力穩(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，柴油機進氣壓力越高，穩(wěn)定時間也越短；通過對不同噴氣始點

5、時間的研究，得到了噴氣始點時間對切換過程的影響規(guī)律：噴氣始點時間以燃氣閥開啟或關(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)時間以進氣壓力達到切換后柴油機穩(wěn)定運行時的壓力值時刻為最佳，如果噴氣時間過短，柴油機的排煙量較高，如果噴氣時間過長， NOx排量增加。
　?。?）對相繼增壓柴油機在加速及加載過程進行了噴氣試驗

6、，試驗結(jié)果表明：在加速及加載過程中，柴油機轉(zhuǎn)速、扭矩增加后，使得缸內(nèi)噴油量增加，由于進排氣管內(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，由于進氣量增加，渦輪增壓器的響應(yīng)得到改善，柴油機進氣壓力穩(wěn)定時間縮短，柴油機的煙度、HC和CO排放減少，而NOx會相應(yīng)增加，并且噴氣壓力越高，柴油機的進氣壓力越高，柴油機進氣壓力穩(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。
　?。?）建立了包括柴油機燃燒室、進排氣門和進排氣道的幾何模型，對幾何模型進行了靜網(wǎng)格以及動網(wǎng)格的劃分，通過試驗驗證了所選用的計算模型及計算方法的正確性，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研究了噴氣對瞬態(tài)過程中柴油機進氣、燃燒及排放的影響規(guī)律，理論計算和分析表明：噴氣后，柴油機進氣量增加，缸內(nèi)進、排氣管內(nèi)壓差增大，缸內(nèi)流速增加，柴油機掃氣效果加強。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，本文提出采用進氣管噴氣方法并進行了試驗研究。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