张龙平[1]2015年在《车用柴油机瞬变工况性能劣变及其控制策略研究》文中研究表明随着排放法规对车用发动机瞬变工况排放限值的要求越来越严格，发动机瞬变性能的研究显得尤为重要。本研究以一台车用重型增压柴油机为研究对象，选择柴油机的恒转速增转矩工况作为瞬变性能研究的典型工况，利用瞬变工况测控系统和STAR-CD软件开展台架试验和仿真相结合的研究，具体包括：试验研究了典型瞬变工况下车用柴油机宏观参数的变化规律、瞬变性能劣变程度以及柴油机瞬变工况性能的评价方法；利用CFD软件从缸内物理场分布揭示了车用柴油机瞬变性能劣变的机理，为制定主动优化控制策略提供了理论依据；根据劣变规律及瞬变性能劣变的原因，制定了以喷油和加载策略为主的优化控制策略，实现了对柴油机瞬变性能劣变的有效控制。1、为了全面、准确的评价柴油机的瞬变性能，本文提出了用以评价柴油机瞬变过程的动态响应、性能劣变程度以及综合性能的评价指标：滞后系数、劣变系数、瞬变总量及瞬变平均值，同时定义了相关的特征参数，上述参数及评价指标有助于更好的理解、剖析柴油机瞬变过程，且能对柴油机瞬变性能以及不同优化控制策略的优劣情况做出清晰、全面和准确的判断。2、利用瞬变工况试验测控平台及瞬变性能评价指标，本文从宏观角度对柴油机不同瞬变工况中关键性能参数的动态响应和劣变规律进行了研究，结果表明：在瞬变过程中，柴油机的供油量、转矩、进气量和NOx的滞后系数依次增大、响应速率依次降低，随着加载率的增大或加载起始点负荷的减小或恒定转速的降低，各参数的响应速率减小；与稳态相比，瞬变过程中柴油机存在进气延迟、空燃比降低、燃烧相位推迟、有效热效率降低、烟度和CO排放增加等燃烧劣化问题，且随着加载率的增大或加载起始点负荷的减小或恒定转速的降低，柴油机的恶化程度加重。柴油机瞬变工况的燃油消耗率在各转速的低负荷和大负荷工况的恶化程度最为明显，而烟度和CO排放的劣变程度随着负荷的增加或转速的降低而增大，即在中、低转速的大负荷区域最为严重；而全工况范围内瞬变工况的NOx排放都低于相应工况的稳态值。3、为了剖析柴油机瞬变工况性能劣变的本质原因，本文以不同加载率的瞬变过程为例，利用试验和数值模拟相结合的研究方法，从柴油机瞬变工况下关键性能参数的响应特性、燃烧过程以及缸内物理场的分布和演变叁个方面分析了柴油机瞬变工况性能恶化的本质原因，研究结果表明：从参数响应的表观现象分析，柴油机在瞬变工况下性能劣变的主要原因是增压器和供气延迟造成的供油和供气速率不匹配；从燃烧过程的分析得出，柴油机发生瞬变性能劣变的主要原因则是燃烧相位滞后和燃速率降低造成的燃烧劣变；对缸内物理场演化规律的研究发现：瞬变工况下柴油机性能劣变是由于缸内“油气混合驱动能量”降低，导致燃油雾化、蒸发、混合等速率下降，造成缸内浓混合气增加、稀混合气减少以及燃烧速率降低而引发的。值得注意的是，“油气混合驱动能量”是随时间变化的，需要通过合理调节边界条件，以实现对最大“油气混合驱动能量”的有效利用。soot生成区与浓混合气区（φ>2）的相关性更强，即缸内决定soot生成的主要条件为浓混合气的量，控制瞬变工况碳烟排放的关键在于提高缸内“油气混合驱动能量”以促进油气混合效果。而NOx生成区与NOx高温区体积的关系更强，在中小负荷工况影响NOx排放的主导因素是高温区体积，在大负荷则是稀混合气量。4、为了研究核心燃烧边界条件对瞬变工况缸内混合气形成要素及燃烧劣变的影响规律，为之后制定柴油机瞬变性能劣变的控制策略奠定基础，本文利用数值模拟分析手段，研究了喷油正时、喷油压力、全局空燃比和喷油时刻缸内充量温度四个燃烧边界条件对瞬变过程柴油机典型负荷工况缸内“油气混合驱动能量”及燃烧过程的影响，结果表明：提前喷油正时能使瞬变工况下发生滞后的燃烧相位恢复到稳态值，对中小负荷燃烧过程的改善程度较高，而对大负荷却有恶化的趋势。喷油正时能对“油气混合驱动能量”、各混合气区间及soot生成区所处的相位实施有效控制，实现对燃烧的优化控制。在瞬变过程中，以喷油正时作为主要调节边界时，在中小负荷主要以提高燃烧效率和控制NOx排放为主，而在大负荷工况主要以控制soot排放为主。增大喷油压力能有效促进燃油的蒸发速率，使燃烧相位提前，同时也能提高缸内“油气混合驱动能量”，改善油气混合效果，使稀混合气的体积比例增加，从而有效降低瞬变工况下soot和大负荷工况的NOx排放，但中小负荷工况的NOx排放有所增加。增大瞬变工况的全局AFR能使“油气混合驱动能量”和稀混合气的比例增大、燃烧速率加快、剩余燃油率和soot排放降低，且对大负荷工况的改善效果尤为明显，但是NOx排放有所增加。增加缸内气体温度能使小负荷工况的燃烧相位提前、soot排放先降低后增加，但中大负荷的燃烧相位延后、中小负荷下NOx排放增加。因此，在瞬变过程的小负荷工况可以适当增大缸内气体温度，以促进燃油的蒸发和油气的混合过程。5、根据柴油机瞬变过程性能劣变的特性，本研究利用喷油正时、喷油压力和加载策略等控制手段对柴油机的瞬变性能劣变实施控制，得到如下结论：提前喷油正时能使瞬变工况延迟的燃烧相位校正到稳态值，提高热效率。当以喷油正时为燃烧控制条件时，且ΔCA50被控制在（0-5°CA）的区间内，烟度、NOx和热效率将获得良好的折衷性能，增大喷油压力能有效的改善柴油机瞬变工况的烟度排放。当以喷油压力为燃烧控制条件时，应控制ΔCA50在（2-4°CA）的区间内，使烟度和NOx排放、热效率以及可靠性具有较好的折衷性能。当实施“分段轨压”策略时，应保持瞬变前期的喷油压力不变或适当减小，而在瞬变过程后期适当增加喷油压力。“先快后慢”的加载策略能有效的提高柴油机的转矩响应，且“第一段加载率”和“过渡点负荷”越大，动态响应越好；合适的“过渡点负荷”和“加载停滞时间”的加载策略能使瞬变过程的有害物排放得到有效控制，且提高平均热效率。6、综合各控制策略的优势，对柴油机瞬变工况实施协同控制，实现对柴油机综合瞬变性能的改善。综合考虑柴油机转矩动态响应、排放性能以及热效率，则协同控制策略中的“策略3”为最具折衷效果的控制策略，它能使50%转矩动态响应提高59.35%，烟度和CO排放峰值较“原机”策略分别降低35.94%和10.05%，平均燃油消耗率降低3.41%；虽然NOx排放有所增加，但仍低于稳态值。
胡健斌[2]2003年在《提高车用柴油机性能的试验研究》文中研究指明提高车用自然吸气直喷式柴油机的性能，可以从进气系统，喷油系统以及燃烧室形状等叁个方面入手。对于进气系统，采取谐振进气的结构措施，利用进气动力效应来提高进气充量；采取进、排气管隔热措施，降低进气温度来提高进气充量。在油泵出油阀端，采取渐缩管结构措施，利用管路动态效应提高喷油压力；对于喷油系统参数：喷油压力、静态供油提前角和油嘴凸出高度，叁个参数进行调整试验，找到它们的最佳匹配。比较原机型燃烧室和改进一型燃烧室结构对柴油机性能的影响，为设计改进二型燃烧室结构，进一步提高柴油机性能打下基础。
夏言[3]2016年在《车用柴油机性能的共性规律研究及瞬态工况测评》文中认为柴油机相较于汽油机,具有有效热效率更高、扭矩特性更好、二氧化碳排放更低的优势,因此,乘用车柴油化是实现汽车节能减排最有效的技术路线之一。概念设计的结果决定了新品柴油机的开发方向与未来的市场竞争力。由于车用柴油机引入的技术日趋复杂,影响其性能的设计以及运行参数从而也在不断增多,且各参数对于柴油机动力性、经济性、排放性的影响方式和程度不尽相同,部分参数之间还互为关联、相互影响、有些甚至互相矛盾,因此在新品柴油机的开发过程中,待优化变量的维度巨大,参数的优化将耗费大量的人力物力。另外,作为移动式内燃动力之一,车用柴油机的性能开发与运行参数的优化标定,通常是在稳态试验台上完成的,而其实际使用工况又大部分是瞬变工况,瞬变工况性能决定了移动式内燃动力的实际使用性能。因此,对车用柴油机实际使用工况下的燃烧过程的状态辨识及其影响参数的提炼、影响方式的共性规律总结及相应智能控制及纠偏技术的应用,也是新品柴油动力车辆开发过程中为达到节能减排目标所急需解决的难点问题之一。本论文致力于攻克以上几个方面的关键科学问题。主要研究内容和研究结果总结如下:(1)采用先进的AVL发动机台架测试系统,对四款先进的车用柴油机开展了详细的试验研究,获得了较为全面的柴油机运行参数和性能参数MAP。通过对试验数据的二次开发,分析、总结得到了不同类型柴油机性能参数的变化规律和关键影响因素。根据柴油机的实际工作情况,修正了IMEP的计算式,提出了进气参数K和缸内稀释参数L的概念,破解了稳态工况下柴油机动力性(IMEP)、排放性(NOx及PM)、燃烧性能参数(燃烧效率、燃烧持续期、燃烧品质参数)等随转速、负荷、过量空气系数、EGR等变化的共性规律。(2)分析了影响柴油机热功转换过程的关键参数,并导出了柴油机燃烧效率随过量空气系数变化的共性规律。将本研究团队提出的有效膨胀效率的概念拓展到柴油机缸内热功转换效率的量化方程上,并在四台先进柴油机上进行了验证。结果表明:该量化方程计算得到的柴油机指示热效率与试验值匹配程度很高,四台柴油机的偏差均在5%以内。通过建立柴油机的指示热效率与过量空气系数、燃烧效率、绝热效率及有效膨胀效率之间的量化关系,进一步细化了柴油机动力性及经济性的控制方程,拓展了同类、不同排量的柴油机之间进行参数移植的范围。(3)采用“瞬时实测信号+稳态插值仿真”的方法,解决了瞬变工况下柴油机扭矩及瞬时油耗率由于传感器的安装困难导致的难以在线、精准检测的问题,并与实测结果进行了对比验证,实现了对柴油机瞬变过程多参数的同步、连续、精准测量,为柴油机变工况下性能的检测、评价与分析提供了一种简便但精准的方法。(4)运用以上开发的柴油机瞬变工况下运行及性能参数的连续检测方法,针对一台车用2.8T增压柴油机,系统地开展了稳态工况下的万有特性试验,以及瞬变负荷试验研究。通过实测信号与软件耦合仿真相结合,展示了相同工况下,稳态与瞬态过程性能表现的异同点,找出了导致两者产生性能差异的关键影响参数,并基于以上总结的柴油机性能与设计及运行参数之间内在联系的共性规律及量化方程,评价了柴油机变工况下缸内燃烧及热功转换过程的优劣,为标定参数的纠偏提供了方向。
金华玉[4]2005年在《供油提前角对车用柴油机影响的试验及模拟研究》文中提出本文针对CA6DE1-21K 增压中冷柴油机开展了供油提前角对柴油机性能和排放影响的试验研究。试验结果表明,转速、负荷一定时,随供油提前角增大,燃烧始点提前,滞燃期延长;最大压力升高比增大;碳烟排放略有降低,NOx 排放却有大幅度增加。对该柴油机喷油规律进行了测定。完成了几何建模和计算网格划分;利用商用计算流体力学软件STAR-CD 对该柴油机进行了燃烧模拟,着重对燃空当量比分布和温度场进行了分析,阐述了喷油提前角对NOx 和烟度排放的影响。从数值模拟结果中得出以下主要结论:a. 通过参数调整,计算出的示功图、放热率曲线等能与实测数据吻合较好,说明STAR-CD 适合对该柴油机进行燃烧模拟。b. 在本文模拟研究中,喷油过程会形成喷注头部;在喷油后期,喷注尾部又从喷注整体上脱落。c. 着火首先发生在油束外缘区域。d. 转速、负荷一定时,随喷油提前角增加,NOx 排放增加。e. 同一提前角下,负荷增大时NOx 排放增加。f. 燃油喷射对缸内流场有相当大的扰动。
王俊[5]2017年在《VNT与EGR耦合对不同大气压力下车用柴油机性能与排放的研究》文中进行了进一步梳理高原地区较低的大气环境压力给柴油机带来诸多不利影响,如动力性下降、经济性恶化、部分污染物排放增加以及可靠性下降等问题。过去针对高原地区运行的柴油机,研究重点是解决柴油机的可靠性与高原性能恢复。随着"轻型汽车污染物排放限制及测量方法(中国第六阶段)"的发布,其中规定了轻型汽车在不同海拔高度下必须满足相应的排放限值,使得运行在不同海拔下的内燃机污染物排放也受到了相应的重视与关注。传统的固定截面涡轮增压系统难以保证运行在不同海拔下柴油机的进气需求,并且在高海拔地区还将导致严重的进排气逆差问题。排气再循环(EGR)技术的使用,使得这些问题更加突出,而采用可变喷嘴涡轮增压器(VNT)可以有效缓解上述问题。为了获得柴油机在不同海拔下运行时的良好特性,提出了 VNT与EGR耦合对不同大气压力下车用柴油机性能与排放的研究,进行了深入的理论分析与系统的试验研究。主要的工作集中在以下几个方面:(1)系统研究了 VNT对不同大气压力下高压共轨柴油机动力性、经济性、燃烧特性以及排放性能的影响关系。结果表明:在不同大气压力下,采用VNT可以提高柴油机的动力性与改善燃油经济性,并且随着海拔的升高,VNT对于燃油经济性的改善幅度越大。在高原地区的低速与高速工况,为了防止压气机喘振与超速现象的发生均不宜采用过小的VNT喷嘴环开度。在中小负荷工况下,NOx比排放随着VNT喷嘴环开度的增大或者大气压力的降低而升高;在高负荷与全负荷工况下,NOx比排放随着VNT喷嘴环开度的增大或者大气压力的降低而降低。在海拔较低的地区,较小的VNT喷嘴环开度可能导致中小负荷工况的CO比排放增加。在高原地区的不同负荷下,烟度排放随着VNT喷嘴环开度变化呈现出不同的变化趋势。(2)采用基于VNT的EGR驱动方式,试验研究了不同大气压力下基于VNT的EGR对柴油机动力性、经济性、燃烧性能以及排放的影响以及随大气压力变化的规律。研究表明:随着大气压力的升高,EGR率的容忍能力增强。基于VNT喷嘴环开度驱动EGR率的方式,进气流量与空燃比随EGR率的变化趋势与选取的VNT喷嘴环开度范围有关。EGR对柴油机性能的影响主要体现在空燃比的变化上。在不同的大气压力下,NOx比排放均随着EGR率的增大而降低;在EGR率相同时,随着大气压力的升高,NOx比排放升高,CO比排放降低。在高原地区的高速高负荷工况,采用基于VNT驱动的EGR方式,能够同时降低NOx与烟度排放。(3)基于响应曲面法,以响应曲面图的形式研究分析了不同大气压力下VNT与EGR耦合对柴油机关键性能参数的影响关系,结果表明:VNT与EGR耦合时,在不同的运行工况下,动力性和经济性表现出不同的变化趋势。在中低转速,在EGR阀开度关闭或者开度较小时,空燃比随着VNT喷嘴环开度的增大而降低;在EGR阀开度较大时,空燃比随着VNT喷嘴环开度增大的呈现相反的趋势。在高速时,无论EGR阀开度的如何变化,空燃比均随着VNT喷嘴环开度的增大而降低。在EGR阀关闭或者开度较小时,随着VNT喷嘴环开度的增大,NOx比排放降低,CO比排放升高;在EGR阀开度较大时,随着VNT喷嘴环开度的增大,NOx比排放升高,中低转速的CO比排放降低,而高速的CO比排放呈现相反的趋势。(4)针对运行在高原地区的高压共轨柴油机,为了解决VNT与EGR的耦合问题、缓解NOx与碳烟固有的此消彼长关系、折中燃油经济性与排放性能之间的矛盾,选取了对柴油机性能影响显着的标定变量,在保持原机动力性不变以及满足其耐久性约束与最低冒烟限制的条件下,利用支持向量机建模,遗传算法优化,在全工况范围内,进行了经济性与排放性能的多目标综合优化。结果表明:优化之后的标定变量MAP,保持了原机的动力性,并且满足耐久性约束与最低冒烟限制的条件;与原机相比,在选取的36个优化工况点,优化之后的燃油经济性略有改善,在不严重恶化烟度排放同时,NOx比排放平均降低52.92%。通过多目标优化方法,可以平衡高原地区柴油机面临动力性下降、经济性恶化、可靠性较差以及部分污染物排放较高的矛盾,能够实现高原地区车用柴油机良好的综合性能。
隋菱歌[6]2012年在《增压柴油机瞬态工况性能仿真及优化》文中提出增压柴油机瞬态工况下燃烧与排放问题在日益严苛的排放法规之下已成为不可回避的焦点问题。为缓解瞬态工况试验研究资金投入量大、试验难度大、试验周期长等难点问题，以CA6DL2-35E3型高压共轨增压中冷柴油机为研究对象，在获取的大量试验数据基础上，构建了基于Matlab/Simulink、GT-Power、STAR-CD和人工神经网络技术的多软件耦合的增压柴油机瞬态工况全程仿真平台。采用台架试验和仿真模拟互为印证、互为补充的研究方法，进行了增压柴油机瞬态性能优化研究，并通过试验，验证了所提出的控制策略的可行性和有效性。主要研究内容及结论总结如下：1.建立了车用柴油机瞬态工况测控平台。该测控平台以CA6DL2-35E3型高压共轨增压中冷柴油机为被测对象，基于瞬态测控设备构建起能够实现毫秒级A/D采集，可完成采样控制、EGR控制、瞬态工况控制和标定系统参数调整的增压柴油机瞬态工况测控平台。整个测控系统满足增压柴油机典型瞬态工况的测控要求。2.基于Matlab/Simulink、GT-Power的耦合技术，建立了增压柴油机瞬态工况仿真平台，通过模拟与试验对比，验证了仿真平台瞬态工况模拟的准确性。在此基础上，以优化空燃比瞬态响应性为目标，对3种不同的喷油控制策略进行了仿真验证。相对于原机―线性‖喷油控制策略，―下凹‖型喷油控制策略喷油量变化率前低后高，虽然整个喷油过程中空燃比基本呈线性趋势下降，但后期大比例喷油加重了油气比例不均衡性，排放恶化，瞬态响应时间过长，不利于瞬态控制。―上抛‖型喷油量控制策略，喷油量变化率前高后低，在瞬变过程的前半段，空燃比虽然下降得比较快，但并没有低于目标工况的稳态值，同时，又能够相对缩短瞬态响应时间，从空燃比的稳定性和操纵性而言均较好。通过仿真控制策略与试验控制策略的效果对比，进一步证实增压柴油机瞬态工况仿真平台实施瞬态优化控制的可行性。3.基于传统燃烧模式和HCCI等新型燃烧模式切换对EGR率阶跃的需求，研究了影响EGR阶跃工况响应性的因素，并提出了EGR阶跃响应性与转矩波动性双目标控制策略。在达到相同的目标EGR阀开度的条件下，开阀速率越大，EGR流量和转矩等参数的瞬态响应性越好；在相同的EGR阀开度、相同的EGR开阀速率条件下，―上抛‖、―线性‖、―下凹‖和―综合‖这4种EGR开阀特性控制策略中―综合型‖控制策略在提高EGR瞬态响应性和降低转矩波动性方面均具有优势。在此定性分析的基础上，利用试验设计DOE的方法进一步对各种―综合型‖控制策略曲线进行了定量分析，并最终确定了EGR阶跃瞬态响应性与转矩波动性双目标优化控制策略：在开阀前1/4时段，EGR阀迅速开阀达3/4开度，在中间的1/2时段内，EGR阀开度保持不变，在后1/4时段，EGR阀完成后1/4的开度行程，并针对于不同工况对于EGR率的不同需要，给出了该控制策略不同EGR率下的分段函数表达。在耦合STAR-CD软件建立的增压柴油机瞬态工况全参数仿真平台基础上，分析了EGR阶跃工况优化控制策略对增压柴油机瞬态性能的影响：与原机―线性型‖控制策略相比，该策略可以缩短EGR响应时间25%～40%左右；与―上抛型‖相比，可以降低10%～18%左右转矩波动。比―线性型‖NOx排放低6％，响应时间短19%；比―上抛型‖Soot排放低11％，生成时间延后17%。4.针对耦合CFD软件进行瞬态排放模拟的局限性，进行了基于神经网络技术的瞬态排放仿真研究。在分析ETC瞬态测试循环的特点基础上，提出了ETC典型工况建模思想；并在瞬态排放神经网络模型的构建上，将转矩瞬变率和空燃比瞬变率线性复合作为瞬态排放神经网络模型的输入层参数；形成了基于Matlab/Simulink、GT-Power、神经网络技术的多软件耦合的增压柴油机瞬态工况全程仿真平台。通过对不同EGR率下十叁工况排放和不同瞬变率工况排放的模拟，验证了该仿真平台的准确性和泛化能力：稳态、瞬态排放验证性模拟差异率分别低于3%和4%，对于瞬态排放的泛化模拟趋势相同，峰值差异率在8%以内。综上，该平台可适用于以控制策略开发为目的ETC典型工况的瞬态模拟。5.针对于瞬态工况下NOx和碳烟控制的矛盾，提出了以烟度不超过一定限值，兼顾NOx排放的基于EGR阀开度反馈的相邻档位调控策略。在对本研究范畴内不同瞬变工况间排放规律和同一瞬变过程内不同瞬变阶段排放规律的分析基础上，从控制策略适用性的角度归纳整合了高、低转矩瞬变率的概念。解决了快速烟度计算、烟度预先估算等建模难点后，最终形成增压柴油机瞬态排放NOx和碳烟综合优化的基于EGR阀开度反馈的相邻档位调控策略。以烟度控制目标为无量纲23%为例，对控制策略的综合优化效果进行了定量分析。一方面，控制策略烟度与EGR阀1档（EGR阀全关）烟度相比，上升约9.5%，但仍比限值低9%，满足控制要求。与EGR阀5档（本试验最大EGR阀开度）相比，明显达到了削除烟度尖锋的目的。另一方面，NOx排放与EGR阀全关1档（EGR阀全关）相比，降低了44%。在不改变控制策略效果的前提下，在已有的柴油机瞬态工况测控平台基础上，增设了4路开度可控EGR阀快速调整回路，进行了增压柴油机瞬态排放综合优化控制策略的验证性试验，模拟结果与试验结果在瞬变趋势和量值上都十分接近，证实了该控制策略的可行性和仿真模拟的有效性。
游靖[7]2017年在《SCR系统在高压共轨轻型车用柴油机上的应用研究》文中研究指明柴油机凭借动力性强、经济性好、热效率高的优点在汽车领域得到广泛应用。但随着环境的不断恶化,汽车的排放法规也在不断发展变得严格。柴油机的主要排放物是NO_x和PM,两者的关系是此消彼长。各国都在努力研究如何降低柴油机主要污染物。这对于柴油机的发展有重大意义。本文首先概括了柴油机主要排放控制技术,包括机前处理、机内净化以及排气后处理技术,介绍了主要污染物的危害和生成机理。并着重分析研究了排气后处理技术中的选择性催化还原技术(SCR,selective catalytic reduction),对国内外SCR的研究现状进行了对比,阐述了SCR系统的组成、工作原理与催化反应机理。通过搭建试验台架来分析SCR后处理系统尿素分解过程,研究了不同尿素分解状态下如不同排气温度、不同排气流量、不同尿素喷射速率与不同尿素分解距离时尿素分解的状况。通过研究发现提高排气温度,有利于尿素分解。而在排气流量过大时不利于尿素溶液发生反应。尿素喷嘴在不同压力下产生不同的尿素喷射速率,随着喷射速率的提高,SCR后处理进行还原反应的效率越高。尿素分解距离对尿素溶液的分解影响是综合的,适当的提高尿素喷嘴到反应器的距离有利于排气与尿素充分混合,但是距离柴油机排气口更近更加有利于利用排气温度而提高反应温度从而促进还原反应的进行。针对SCR系统在柴油机应用过程产生尿素结晶的问题,利用同步热分析仪(TGA/DSC)对尿素以及SCR排气管处尿素结晶进行了热分解分析,分析控制尿素结晶的方向。通过试验得出保持催化反应器一定的反应温度可以有效减少尿素结晶状况。通过AVL BOOST模拟软件对SCR进行了模拟研究,研究分析了模型基本方程、燃烧模型、排放模型以及化学反应模型,并设置相关边界条件与初始条件及参数,建立了SCR后处理催化器一维模型以及柴油机整机模型,并对模型进行验证。模拟分析了反应条件因素如空速、温度、氨氮比、NO_2/NO_x和结构因素如载体体积、长度、目数、壁厚、涂层厚对SCR催化器NO_x转化效率的影响,模拟研究表明:温度对NO_x转化效率的影响较大,在375℃—425℃之间,转化效率达到最优,转化效率提高幅度最大达到67%,说明温度对转化效率的影响十分明显。当温度过高后,转化效率会有所下降。温度过低,转化效率达不到最优,SCR反应不能高效进行。空速的大小也是影响NO_x转化效率的一大因素,随着空速的增大,当超过某一值时,转化效率会下降,幅度最大达到41%。同时随着氨氮比的上升,NO_x转化效率一直上升直到氨浓度不能够影响转化效率为止。当NO_2/NO_x为50%时,SCR转化系统的效率最高,更多的进行了快速反应。结构方面增大SCR催化器载体体积有助于提高SCR催化器NO_x转化效率,在低温状态下提高幅度达到70%。载体长度对于SCR催化器NO_x转化效率影响不大。另外载体目数与载体涂层厚度的增大都会使得NO_x转化效率稍微上升。载体壁厚是影响载体结构强度的重要因素,壁厚过大会导致NO_x转化效率下降。最后模拟分析了SCR催化器对柴油机整机性能的影响。最后通过台架试验测试了十叁工况下柴油机NO_x排放,测量结果为1.629g/(kW·h),同时针对SCR匹配氧化催化转化器(DOC,diesel oxidation catalyst)后测量柴油机CO、HC排放,结果为0.007g/(kW·h)、0.005g/(kW·h),SCR系统能够使得该高压共轨轻型车用柴油机达到国V排放标准。
雷艳[8]2008年在《车用发动机气波增压器性能研究》文中进行了进一步梳理气波增压器是利用发动机的排气能量来提高发动机的进气压力,具有低速大扭矩、瞬态响应快、NOx排放量少以及不存在涡轮滞后的优点,特别适用于负荷需经常变化的车用发动机。本文以车用发动机气波增压器为研究对象,对其性能进行了分析、研究,主要从仿真计算与试验研究两个方面进行了较为系统的研究。首先针对已经完成的气波增压柴油机试验结果,分析影响气波增压柴油机性能的主要因素。根据以往的气波增压器匹配柴油机试验结果进行分析总结,运用灰色系统理论对试验数据进行处理和计算,求解各个影响因素对气波增压柴油机性能参数的灰色关联度。灰色关联理论分析结果表明气波增压柴油机性能的主要影响因素是进气流量和排气温度,针对两个关键因素进行控制能有效改善性能。根据灰关联分析结果,加大进气歧管容积,同时对排气歧管加以保温维持高的排气温度,改进后的试验结果表明气波增压发动机性能得以提高。 搭建了独立的气波增压器性能试验台架并进行了性能试验。根据灰色系统理论的分析找到的影响气波增压性能的两个关键影响因素(进气流量、排气温度),这两个关键影响因素均是气波增压器高能量区的参数。搭建气波增压器性能试验台架时重点考虑了对高能量区的入口端、出口端的各参数的测量。台架中设有多个传感器测量各个参数。试验台架中使用电机驱动气波增压器,气波增压器转速的调节通过电机来调控。设计、加工支撑部件以固定气波增压器及传感器。使用电加热器加热空气、空气压缩机压缩空气,为PWS提供高温高压气体。试验中,使用自行开发的数据采集装置及数据采集软件来实时采集、显示各个测量参数。完成试验台架的安装调试后进行了气波增压器性能模拟试验,试验中测量气波增压器的各个端口的参数,一方面作为CFD计算所需的边界条件,另一方面与计算结果进行对比验证气波增压器仿真模型的准确性。试验过程中,进行了气波增压器独立台架性能试验和以车用汽油机为热源的两种方案的试验。结果表明,能量入口端的压力、温度和气波增压器转速对能量出口端的各性能参数均能产生一定的影响;比较而言,能量入口端的温度、气波增压器转速对出口端的参数性能影响较大,而能量出口端的参数随能量入口端的压力的变化基本不变。控制能量入口处参数能有效提高气波增压器性能。 建立了叁维非定常流动模型,运用计算流体动力学(CFD)方法对气波增压器内部气体流动进行仿真计算分析,分别针对整体气波增压器结构(包括转子、定子)以及两个对称的转子槽道建立了气波增压器叁维非定常流动模型,进行了不同PWS转速工况的数值模拟计算,并将仿真计算结果与试验结果进行比较。整体气波增压器模型的误差较小,在中、高PWS转速范围内计算值与试验值基本一致,能够较准确地描述气波增压器内部流动状况。整体气波增压器叁维非定常流动模型计算结果表明,保持较高的新鲜空气入口处流速有利于改善气波增压器流动,提高效率。转子槽道分区模型在PWS转速高速范围计算误差较大,但在低速范围误差小,比较适用于低PWS转速的流动计算。同时,相对于整体气波增压器叁维流动模型而言,由于分区模型是分阶段对转子工作各个时期进行了模拟计算,不但可以比较细致地定性分析槽道内气体在各个阶段的流动,同时,还可以根据计算结果得出转子槽道内两种不同能量的气体的交界面,分析高压气体和低压气体两种能量不同气体在槽道内的接触情况。转子槽道分区模型计算结果表明,气波增压器运转在高速时更接近理想工况,性能最优。转子槽道分区模型是整体气波增压器模型的补充。两种模型能够较准确地描述气波增压器内的流场。根据气波增压器结构特点,在建立的气波增压器叁维流动模型的基础上,做一些结构上的改动以考察结构的变动对气波增压器性能的影响。结构上的改动主要针对定子与转子间的布置位置以及转子槽道槽节距进行了适当的改动设计。首先改变了定子与转子间的布置角度θ1,计算结果表明,仅仅靠改变θ1并不能够给气波性能带来十分理想的改善,适当减小θ1后,对提高低PWS转速工况的性能有所帮助,但对另一些PWS转速工况气波增压器性能反而恶化。因此,θ1的选取应该考虑与PWS转速匹配计算。转子槽道结构的改变影响更显着。改变槽节距的计算结果显示由于槽节距的改变使得气波在转子槽道中的传播过程偏离了设计值,导致气波增压器性能下降。在气波增压器的设计时应结合气波增压器的流量、转速、增压性能的要求综合考虑,来选取合理的转子和定子的结构参数。
梁艳军[9]2004年在《改进燃烧系统提高LF4108Q型柴油机性能的试验研究》文中指出改进燃烧系统是提高车用柴油机性能的有效途径。燃烧室是燃烧系统中非常重要的一个方面。优化燃烧室的结构，组织合理的燃烧室内的气体流动和油束流动，充分利用进气涡流和压缩挤流的气流运动，可以有效改善燃气的混合和燃烧的质量，提高发动机性能。根据前期LF4108Q型车用柴油机的研究成果，结合现代燃烧室发展方向，参考双卷流燃烧室的结构特点，设计和LF4108Q型柴油机匹配的改进二型燃烧室；通过试验调整，探索出改进二型燃烧室和燃油系统的最佳匹配参数；对发动机采用改进二型燃烧室、改进一型燃烧室和原机燃烧室最佳性能状态下的动力性、经济性、排放性和安全性进行横向比较，探索燃烧室结构的改变对发动机性能的影响；通过叁种燃烧室性能的比较，得出改进二型燃烧室达到改进设计目的的结论。
任晓帅[10]2013年在《车用柴油机EGR冷却器仿真设计与试验研究》文中提出EGR可有效的降低NOx排放,但同时也对柴油机的动力性、燃油经济性、碳烟排放带来不同程度的负面影响,冷EGR技术在EGR的基础上对高温废气进行冷却,降低进气温度,柴油机的性能得到全面提升,冷却器作为冷EGR系统的核心部件,其开发设计显得尤为重要。本文首先基于GT-Power软件建立了某国产商务车用柴油机仿真模型,基于该仿真模型,深入研究了不同工况下,不同EGR率、EGR温度对柴油机性能和排放的影响规律,考虑发动机综合性能后,对各工况下的EGR率、EGR温度进行优化,得出了最佳EGR率、EGR温度叁维MAP图。然后基于GT-Power仿真结果,找出冷却器工作的最大热负荷工况点,以此点作为设计工况对冷却器结构参数进行计算。根据计算的冷却器结构参数,建立波纹管式、光滑管式、折流板式冷却器模型,并分别对叁种模型进行了仿真研究,结果表明波纹管式换热器换热效果好、压损增加少,作为车用发动机的EGR冷却器具有独特的优势。最后搭建EGR冷却器测试系统,对所设计的冷却器进行热特性试验、冷热冲击试验、积炭试验,并对结果做了相应的分析。热特性试验：首先从试验值和模拟值对比可知,两者差值很小,验证了仿真模型的有效性,另外,从试验数据分析可知,EGR气体出口温度、气路水路压力损失均在允许范围内,冷却器设计满足要求。冷热冲击试验：经过20次冷热冲击试验,发现该冷却器并未发生泄露,冷却器焊缝和管材质量满足要求。积炭试验：积炭结垢对冷却器的换热和流动等各性能均产生不利的影响,但随着时间延长,积炭的积聚和降解达到平衡,性能不再随时间持续恶化下去。在5h的积炭试验中,气体出口温度增加了6.17%,换热系数降低了16.7%,气路压力损失提高了27.6%,积炭对冷却器性能的影响还是很大的,在设计冷却器时,应提前考虑积炭的影响,同时探求减少积炭的措施。
参考文献：
[1]. 车用柴油机瞬变工况性能劣变及其控制策略研究[D]. 张龙平. 吉林大学. 2015
[2]. 提高车用柴油机性能的试验研究[D]. 胡健斌. 广西大学. 2003
[3]. 车用柴油机性能的共性规律研究及瞬态工况测评[D]. 夏言. 湖南大学. 2016
[4]. 供油提前角对车用柴油机影响的试验及模拟研究[D]. 金华玉. 吉林大学. 2005
[5]. VNT与EGR耦合对不同大气压力下车用柴油机性能与排放的研究[D]. 王俊. 昆明理工大学. 2017
[6]. 增压柴油机瞬态工况性能仿真及优化[D]. 隋菱歌. 吉林大学. 2012
[7]. SCR系统在高压共轨轻型车用柴油机上的应用研究[D]. 游靖. 江苏大学. 2017
[8]. 车用发动机气波增压器性能研究[D]. 雷艳. 北京工业大学. 2008
[9]. 改进燃烧系统提高LF4108Q型柴油机性能的试验研究[D]. 梁艳军. 广西大学. 2004
[10]. 车用柴油机EGR冷却器仿真设计与试验研究[D]. 任晓帅. 浙江大学. 2013
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