电动增压降低涡轮增压柴油机加速烟度试验研究

摘要

在环境污染和能源危机的双重压力下，柴油机的节能减排技术被广泛探讨。采用废气涡轮增压技术来提高进气空气密度，不仅可以提高柴油机的升功率，降低油耗，更使得稳态排气烟度大幅度下降。但是废气涡轮增压器由于自身有一定的转动惯量，加之是利用排气驱动，相对于自然吸气柴油机来说，存在响应较慢的问题。电动增压器在提高涡轮增压器响应性，降低烟度排放，改善柴油机加速烟度等方面具有重大潜力。
　　本文以某小型四缸涡轮增压柴油机为对象，对电动增压在加速加载工况的烟度降低效果进行了试验研究。首先完成了电动增压器相关零部件的对比选型和与柴油机匹配，同时对主要试验装置进行对比选型和台架搭建，随后进行外特性试验及标定，确保标定后的外特性数据和厂家提供的外特性吻合。得到外特性数据后，对各参数的变化趋势及各工况的缸内压力变化进行了分析。还进行了2000r/min的负荷特性试验。此后在Simulink环境下，对发动机在不同控制模式下的加速加载过程进行仿真，选出最佳控制模式。最后在台架上完成加速加载试验。
　　试验表明，(1)在外特性各工况下，最高爆发压力出现在3000r/min，最高爆发压力的位置出现在上止点后10～15(℃A)。进一步分析其压力升高率，发现压力升高率在一个循环内，主要有两个波峰和波谷。通过分析换气过程发现，除了1000r/min，其他各转速缸内排气压力均大于进气压力。(2)在Simulink环境下，通过分析测功器恒扭矩/油门恒转速M/n、测功器恒转速/油门恒扭矩n/M、测功机恒扭矩/油门恒位置M/P这三种控制模式在加速加载的运行状况，最终在加速加载试验中采用了更加符合整车实际情况的n/M模式。(3)由1400r/min，50N·m变工况到2500r/min，100N·m，加速时间为12s，通过采用电动增压器并改变相关控制策略，使原柴油机的最大峰值烟度由0.602m-1降至0.420m-1，降幅30.2％。在无初始补气量的情况下，变频器的最终频率越高越好，且采用直线型响应线比采用S型响应曲线的烟度低;在有一定初始补气量的情况下，电动增压器理想补气方案为先缓后急。电动增压在加速时间较短时对加速烟度有明显改善，且在柴油机为小负荷情况下对峰值烟度的降幅率大于大负荷。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究的背景和意义

1．2 电能驱动增压系统

1．2．1 电动辅助增压器

1．2．2 电动增压器

1．3 电动增压器的研究现状

1．3．1 国外研究现状

1．3．2 国内研究现状

1．4 论文研究的内容

第2章 电动增压器的选型及试验装置

2．1 电动增压器的选型

2．1．1 压气机的选型

2．1．2 压气机驱动电机的选型

2．1．3 变频器

2．2 与柴油机的匹配

2．3 主要试验装置选型

2．3．1 测功机的选型

2．3．2 空气流量计的选型

2．3．3 油耗仪的选型

2．3．4 烟度计的选型

2．4 测控系统的搭建

2．5 本章小结

第3章 原柴油机的性能标定

3．1 原机外特性标定

3．2 原机外特性燃烧试验分析

3．3 原机负荷特性分析

3．4 本章小结

第4章 测功机控制模式的仿真与选择

4．1 M／n控制模式

4．1．1 柴油机及测功机模型

4．1．2 M／n控制模型

4．2 n／M控制模式

4．3 M／P控制模式

4．4 仿真结果及分析

4．5 控制模式的选择

4．6 本章小结

第5章 电动辅助增压对加速烟度影响

5．1 柴油机加速时碳烟的机理与影响因素

5．1．1 柴油机加速时碳烟的生成机理

5．1．2 影响柴油机加速烟度大小的主要因素

5．2 试验方案

5．3 试验数据与分析

5．3．1 电动增压器工作频率对烟度的影响

5．3．2 电动增压器响应曲线对烟度的影响

5．3．3 初始赫兹数对烟度的影响

5．3．4 进气旁通阀开闭对烟度的影响

5．3．5 加速加载时间对烟度的影响

5．3．6 柴油机不同工况下电动增压对烟度的影响

5．4 本章小结

结论与展望

1．结论

2．不足与展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果