喷射与加载策略协同控制实现柴油机瞬变性能优化

作     者：高官龙 

作者单位：吉林大学 

学位级别：硕士

导师姓名：刘忠长

授予年度：2018年

学科分类：080703[工学-动力机械及工程] 08[工学] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 

主      题：二级增压 复合EGR 瞬变工况 供油加载 喷油参数 燃烧 排放 

摘      要：随着时代的进步,人们开始重视人与环境的关系。特别是近几年出现的雾霾天气严重的影响了大众的生活和健康,这使得人们深刻的意识到环境保护的重要性。而汽车排放被认为是造成雾霾的主要原因之一,对此国家做出了相应的措施,各种严格的排放法规相继出现,这无疑是对发动机技术的重大考验。柴油机有热效率高,功率大等优点,但是在瞬变过程(本文研究中指的是1600r/min,5s内,发动机负荷从10%增加到100%的过程)中柴油机的烟度排放激增,尤其在有引入EGR的瞬变过程中,EGR率会出现超调现象,这使得发动机的烟度排放恶化更加严重,然而在严格的排放法规要求下EGR已经成为发动机的必备技术之一。为了降低发动机的排放,本文研究了复合EGR(由高、低压EGR回路组成的双回路EGR,下文统称为复合EGR)对发动机瞬变性能的影响,同时根据二增压发动机的瞬变特性,使用不同的供油加载策略以及喷射参数的调节策略优化发动机的瞬变排放性能,减小EGR对二级增压发动机瞬变排放恶化的影响,达到降低烟度排放的目的。本文研究的主要内容和结论如下:第一部分,试验主要研究了复合EGR对发动机瞬变性能的影响,通过一定的EGR阀控制策略,选取了适宜的可作为研究基础的策略,并且通过供油加载策略优化发动机的瞬变排放性能,以烟度排放最低为目标进行试验研究,在试验中得到的主要结论如下:1、复合型EGR兼顾低压和高压EGR的优点,通过阀控制策略,可以进一步优化并作为研究基础。考虑到后续研究的方便性,本文选取了低压阀全开,高压EGR阀开启10%,瞬变开始1秒关闭高压EGR阀,瞬变4秒,开启高压EGR阀10%开度的策略作为优化研究的基础,下文称“EGR-原机。该策略下烟度峰值为15.4%,NOx峰值为468ppm。2、二级增压发动机瞬变前期进气量充足,有一定的“裕度,烟度变化较小;瞬变后期空燃比下降,油气混合情况变差,造成烟度恶化。“先快后慢、“加载中间停滞以及“多段加载策略可以利用前期的空气“裕度,快速加载提升缸内温度以及排气能量,有利于瞬变中后期油气混合、缸内热氛围,增加涡轮的响应速度,提升进气量,达到降低烟度排放的目的。3、“快-慢-快的供油加载策略的优化效果印证了瞬变过程中,烟度的恶化的峰值点对应在中大负荷处,度过中大负荷区域的供油加载率是影响烟度排放峰值的主要因素之一。“快-慢-快策略只引起了两个烟度峰值,印证了瞬变后期大负荷处供油加载率对烟度影响不大。4、“快-慢-快的供油加载策略综合性能最好,烟度峰值仅为9.59%与“EGR-原机相比降幅达到37.73%,NOx排放峰值为478.4ppm,与“EGR-原机相比略有升高增幅仅为1.92%,比油耗也与“EGR-原机几乎相同。第二部分,通过调节喷油压力和喷油正时进一步对发动机瞬变性能进行了优化研究。在试验中得到的主要结论如下:1、全程改变轨压的策略对烟度排放影响较小,对NOx排放影响较大,增加轨压可以降低烟度排放,但会增加NOx排放,一定程度降低比油耗;反之亦然。全程增加轨压10MPa的策略相比之下最优。2、分段轨压策略对烟度排放和NOx排放的影响较小,但是在一定程度上降低了比油耗,优化了发动机的经济性。3、瞬变过程中改变喷油正时可以更好的匹配发动机的燃烧边界条件,提前喷油正时会使燃烧恶化,烟度和NOx排放上升,延后正时可以降低烟度和NOx的排放。其中延后正时4°的策略有最佳的排放性能,烟度峰值仅为7.591%,比油耗略有上升。4、分段调节喷油正时可以有效的降低烟度排放,同时NOx排放略有上升,比油耗略有降低。其中最优的优化策略是40%负荷前延后喷油正时4°,超过40%负荷延后喷油正时6°。烟度峰值为5.6135%(相比EGR-原机下降了63.55%),NOx排放峰值为393.4ppm(相比EGR-原机下降了15.94%)比油耗最大增幅为11.5%。