小型挖掘機用柴油機瞬態(tài)工況模擬及排放性能改進.pdf

1、柴油機由于具備效率高、燃油消耗率低等優(yōu)點,具有較好的動力性和經(jīng)濟性。柴油機由于在動力方面的優(yōu)越性而廣泛應(yīng)用于工程機械。對于工程機械使用的柴油機來說,大多數(shù)的工作過程是處于瞬態(tài)工況中。在瞬態(tài)工況下,柴油機的許多特性與穩(wěn)態(tài)環(huán)境中相比明顯存在偏差。歐洲和美國都專門針對柴油機的瞬態(tài)工況頒布了瞬態(tài)循環(huán)測試,例如美國的FTP(Federal Test Procedure)測試循環(huán)和歐洲的ETC(European Transient Test Cyc

2、le)測試循環(huán)。
　　瞬態(tài)工作過程中的燃燒特性對柴油機瞬態(tài)動力性能和排放性能都有重要影響,因此,本論文以安徽全椒柴油機廠生產(chǎn)的4B2-38M34型直噴柴油機為研究對象,利用MATLAB/Simulink與GT-POWER的耦合技術(shù),對該柴油機的恒轉(zhuǎn)速增轉(zhuǎn)矩與恒轉(zhuǎn)矩增轉(zhuǎn)速兩種瞬態(tài)工作過程進行了模擬計算。
　　同時,為了降低該柴油機NOx的排放,文章針對該柴油機設(shè)計了一套內(nèi)部EGR(廢氣再循環(huán))系統(tǒng)。所謂內(nèi)部EGR就是依靠配氣機

3、構(gòu)的特殊設(shè)計,增加缸內(nèi)廢氣的殘余量。實現(xiàn)內(nèi)部EGR的方法主要是改變氣門重疊角,既可以提前關(guān)閉排氣門使重疊角減小甚至為零,致使一部分廢氣滯留于氣缸內(nèi)參與下一循環(huán)的燃燒,實現(xiàn)內(nèi)部廢氣再循環(huán);也可以推遲排氣門的關(guān)閉,使氣門重疊角增大,使一部分廢氣回流入氣缸內(nèi),參與下一循環(huán)的燃燒,同樣也可以實現(xiàn)內(nèi)部EGR。
　　本文采用一種雙峰排氣凸輪方案,即在原來排氣凸輪上另外設(shè)計一個小排氣凸輪,使排氣門能夠開啟兩次,將部分廢氣重新引入氣缸參與燃燒,從

4、而實現(xiàn)內(nèi)部EGR。本文利用GT-POWER軟件對某小型挖掘機用柴油機的工作過程進行了數(shù)值模擬計算,分析了排氣小凸輪的升程、包角和位置變化對該柴油機NOx排放、功率和燃油消耗率的影響規(guī)律,并進行了柴油機外特性和EPA八工況法排放測量來驗證改進后的結(jié)果。
　　分析結(jié)果顯示,采用內(nèi)部EGR后,柴油機 NOx排放量有效降低,并且確定了針對該柴油機實現(xiàn)內(nèi)部EGR的最佳參數(shù)。在變轉(zhuǎn)矩的瞬變工況中,伴著轉(zhuǎn)矩變化率的升高,進氣量出現(xiàn)了下降,但是燃