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农业工程学报 2021年第6期37卷 35-41页

作者：杨仕臣万明定申立中王正江黄粉莲昆明理工大学云南省内燃机重点实验室昆明650500

瞬态工况下,可变喷嘴涡轮增压器(Variable Nozzle Turbocharger,vnt)开度的调节对柴油机增压压力、扭矩响应及污染物排放具有较大影响。为优化瞬态工况下vnt开度,实现瞬态工况下柴油机与vnt的协调控制,该研究以配备vnt的高压共轨柴油机... 详细信息

瞬态工况下,可变喷嘴涡轮增压器(Variable Nozzle Turbocharger,vnt)开度的调节对柴油机增压压力、扭矩响应及污染物排放具有较大影响。为优化瞬态工况下vnt开度,实现瞬态工况下柴油机与vnt的协调控制,该研究以配备vnt的高压共轨柴油机为对象,通过台架试验研究了不同转速下负荷1、3和5 s从0瞬变至50%、75%和100%时,不同vnt开度对柴油机瞬态性能及排放的影响。结果表明:2000 r/min下,负荷1、3和5 s从0瞬变至50%、75%、100%的过程中,vnt开度对负荷1 s瞬变工况的影响比3和5 s明显;随着vnt开度减小,增压压力响应时间逐渐缩短,扭矩响应时间先减小后增大。1600、2000和2600 r/min下,负荷1 s从0瞬变至75%的过程中,NOx体积分数先增大后减小,然后再逐渐增大趋于稳定;颗粒物数量(PN)峰值随vnt开度的减小而增大。综合考虑柴油机瞬态响应和排放,对全工况范围下柴油机的vnt开度控制进行优化,获得了柴油机瞬态工况下的优化vnt开度协调控制方案,并进行WHTC循环试验,结果表明:与原机相比,冷、热态下WHTC循环扭矩回归线的截距分别下降0.03和0.37,标准偏差分别下降0.11和1.07;WHTC冷、热态循环NOx比排放与原机相比分别下降7.59%和2.21%;颗粒物排放量(PM)下降8.64%和25.28%;PN下降6.74%和12.4%。研究结果可为柴油机瞬态工况下vnt的协调控制提供参考。

关键词：柴油机排放瞬态工况 vnt开度 WHTC循环

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不同海拔下vnt对柴油机瞬态性能及排放优化

不同海拔下VNT对柴油机瞬态性能及排放优化

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作者：杨仕臣昆明理工大学

学位级别：硕士

车用增压柴油机在实际运行中瞬态工况占66～80%,由于增压器“涡轮迟滞”等原因,增压压力及进气量的变化速率滞后于喷油量的变化速率造成瞬态工况下柴油机性能和排放的恶化。国六法规对不同海拔下柴油机的排放提出了要求,高海拔下,由于... 详细信息

车用增压柴油机在实际运行中瞬态工况占66～80%,由于增压器“涡轮迟滞”等原因,增压压力及进气量的变化速率滞后于喷油量的变化速率造成瞬态工况下柴油机性能和排放的恶化。国六法规对不同海拔下柴油机的排放提出了要求,高海拔下,由于大气压力和氧含量的降低,造成柴油机在瞬态工况下的性能和排放出现不同程度的恶化。如何改善柴油机的瞬态响应的同时减少排放一直是研究的热点和重点。可变喷嘴涡轮增压器(Variable nozzle turbocharger,vnt)通过改变喷嘴环开度对柴油机增压压力、扭矩响应及污染物排放具有较大影响,合理调节vnt开度是改善柴油机瞬态性能的有效措施之一。为优化不同海拔下柴油机瞬态工况中的vnt开度,实现瞬态工况下柴油机与vnt的优化控制,以配备vnt的高压共轨柴油机为对象,提出随循环喷油量(负荷)增大逐渐增大vnt开度的瞬态vnt开度控制策略,结合大气压力模拟系统,通过台架试验研究了海拔为0、1000、2000和2400 m下,柴油机转速恒为1600、2000和2600 r/min,负荷1 s从0%瞬变到100%时的恒转速增转矩工况中不同vnt开度对柴油机瞬态性能及排放的影响规律。主要研究内容和结果如下:(1)对vnt的控制策略进行理论分析,介绍了增压压力和vnt开度的计算过程。(2)增转矩的瞬变过程中,随着vnt开度的减小,进气量、增压压力和增压器转速响应时间加快,同时产生逐渐增大的峰值,过小的vnt开度会导致增压器超速。不同大气压力下转矩响应随着vnt开度的减小呈先加快后减慢的趋势。瞬变过程中缸压和平均有效压力随vnt开度的减小响应加快,同时有小幅的上冲,上冲的峰值逐渐增大。PN峰值随vnt开度的减小逐渐增大,随着海拔升高,PN峰值增大。NOx体积分数不同海拔、不同转速下的变化不同。CO峰值随vnt开度的减小而减小。CO峰值随vnt开度的减小和海拔的升高逐渐增大。O体积分数在瞬变过程中先下降产生谷值然后增大产生峰值最后稳定,随vnt开度的减小谷值和峰值逐渐增大。(3)通过获得不同海拔、不同转速下的瞬态试验结果,综合考虑柴油机瞬态响应和排放,对不同海拔下全工况范围内柴油机的vnt开度控制进行优化,获得了不同海拔下柴油机瞬态工况下的优化vnt开度协调控制方案,并进行WHTC循环试验,然后对原机与优化后转速、转矩和功率进行线性回归分析,结果表明:在法规允差允许的范围内,不同海拔下实际转速对转速估算值的标准偏差小幅度上升,转矩和功率对估算值的标准偏差同时降低。排放方面:不同大气压力下的NOx、PM和PN冷、热态循环比排放都有了不同比例的下降。

关键词：瞬态工况 vnt开度性能不同海拔 WHTC循环

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