某国Ⅴ柴油机EGR系统结构优化及试验研究

摘要

随着社会发展，环境污染和能源匮乏等问题日益严重已经成了当今人类社会所面临的主要问题。随着柴油机保有量的逐渐增加，柴油机的NOX和PM的排放已经成为解决环境问题亟待解决的问题。EGR(Exhaust Gas Recycle)技术作为降低柴油机排放中NOX含量的重要措施受到广泛关注。本文以某国Ⅴ轻型车用柴油机为研究对象，对柴油机的EGR系统进行优化设计。主要包括EGR系统的选型、结构优化、EGR率均匀性计算验证、EGR阀的测试以及实机排放验证等。
　　本研究主要内容包括：⑴对EGR的冷却方式、压力回路、单双通道、EGR阀结构以及EGR冷却器等进行选型，确定适合柴油机的EGR结构形式，并以此选型作为依据进行EGR系统结构布置。⑵对选型后EGR系统的结构利用BOOST软件进行一维热力学计算，获得EGR系统进出口的周期性边界条件，再应用FIRE软件来计算各缸EGR的分配均匀性，得到各缸EGR率及EGR率偏差。计算结果显示最大偏差为65.69%，远超工程许可的10%限值。通过优化设计后调整了柴油机进气与EGR废气的混合位置，使得混合路径加长以保证混合充分，从而减小各缸EGR率偏差。模拟结果显示改进方案的EGR率最大偏差仅为2.96%。⑶设计了相关试验方案对系统进行相关测试。对EGR阀进行电气性能测试、功能性测试以及自学习等测试，检测EGR阀在柴油机中的相关性能，确定EGR系统关键零部件的使用特性。同时，对EGR冷却器进行冷却能力测试，检测其冷却能力。⑷结合DPF后处理系统搭建台架进行整机性能试验,并对结果做了相应的分析。试验结果显示，各缸的EGR率偏差均在3%之内，验证了本文EGR结构优化方案的有效性；排放试验结果满足国Ⅴ限值；外特性最低比油耗为200.2g/kW.h。

目录

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第一章 绪 论

1.1 课题的研究意义及背景

1.1.1 日渐严苛的排放法规

1.1.2 轻型车用柴油机NOX排放的控制策略

1.2 轻型车用柴油机EGR技术路线

1.2.1 EGR控制NOX排放的原理

1.2.2 实现EGR技术路线的方式

1.2.3 EGR技术的应用状况

1.3 本文主要研究工作

第二章 EGR系统选型及结构设计

2.1 EGR冷却方式的选型

2.2 EGR压力回路的选型

2.3 单、双通道回路的选择

2.4 EGR阀的确定

2.5 EGR冷却器的选择

2.6 EGR系统在柴油机中的结构布置

第三章 EGR系统结构优化及改进

3. 1 各缸均匀性计算

3.1.1 一维热力学计算

3.1.2 基础模型CFD计算及系统结构改进

3.2 改进模型的CFD计算及结果

第四章 EGR测试及整机性能匹配开发

4.1 EGR功能测试

4.1.1 EGR阀的测试内容介绍

4.1.2 测试试验

4. 2 柴油机性能试验

4.2.1 增压器选型试验

4.2.2 后处理选型

4.2.3 EGR率均匀性验证试验

4.2.4 EGR冷却能力验证

4.2.5 排放试验

第五章 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

参考文献

致谢