基于二级增压的柴油机米勒循环性能模拟

摘要

在能源危机和环境污染的双重压力下，柴油机的节能减排技术被广泛探讨。米勒循环通过改变进气门关闭角来减小有效压缩比，使得膨胀比超过压缩比，是一种高热效率的热循环。随着涡轮增压技术以及可变气门控制技术的逐步成熟，米勒循环发展应用得到了技术支持，本文将探讨米勒循环与涡轮增压这种互补的气路技术模式对柴油机的经济和排放性能的影响。
　　本文应用AVL Boost软件，建立了某小型四缸柴油机的仿真计算模型，并计算了该柴油机在标定转速不同负荷下的米勒循环的性能。由于在采用米勒循环后，原柴油机的单级增压不能满足高负荷时的进气量需求，于是对柴油机进行了二级增压模拟计算，选配了高低压级增压器，根据所选增压器的特性参数，在原机模型的基础上建立了柴油机的二级增压模型，对高中低三个转速进行了采用进气门早关的米勒循环的性能计算，分析不同米勒循环方案对各个工况的换气、燃烧、经济性和排放性的影响，并根据油耗最优的标准选出实现米勒循时的最佳进气门关闭角。
　　结果表明，(1)柴油机采用二级增压后，在外特性工况下，其低速动力性能得到改善，中高速工况的动力性能下降;此外，在外特性各转速下，柴油机的碳烟排放都降低，而NOx排放与原机差别不大。(2)在除外特性高速段外的其他工况，基于二级增压的米勒循环方案可以较好的降低该柴油机的比油耗。柴油机各工况的比油耗均随着进气门关闭角的提前先降低后上升。各转速下，中小负荷的油耗下降比高负荷时更明显。(3)在进气门关闭提前角较小时，基于二级增压的柴油机NOx排放随着进气门关闭角的提前而降低，而此时碳烟排放只随进气门关闭角的提前略有升高。在以燃油消耗率最低为标准选取的柴油机的最优米勒循环方案中，柴油机各工况的NOx排放均低于原机，在中高速工况，基于二级增压的米勒循环方案的碳烟排放低于原机。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究的背景和意义

1．2 米勒循环的原理

1．3 米勒循环及二级增压的研究现状

1．3．1 国外研究现状

1．3．2 国内研究现状

1．4 柴油机数值模拟计算发展状况

1．5 论文研究的内容

第2章 仿真理论及数学模型

2．1 柴油机气缸内热力过程的基本假设

2．2 工作介质的特性

2．3 缸内热力学基本方程

2．4 缸内热力学计算辅助方程

2．4．1 气缸工作容积计算

2．4．2 气缸壁面的传热

2．4．3 燃烧放热规律

2．4．4 进排气阀的流量计算

2．4．5 废气涡轮增压器的数学模型

2．5 本章小结

第3章 原机模型的建立及米勒循环计算

3．1 柴油机的主要技术参数

3．2 柴油机工作过程仿真模型的建立

3．2．1 AVL Boost的整机模型

3．2．2 全局参数的设置

3．2．3 发动机模块的设置

3．2．4 模型的系统边界条件

3．2．5 管路参数设置

3．2．6 气缸参数设置

3．2．7 涡轮增压器设置

3．2．8 中冷器的参数设置

3．2．9 空滤器以及催化器的设置

3．3 模型的验证

3．4 原机模型的米勒循环的计算与分析

3．4．1 不同米勒循环方案对换气的影响

3．4．2 不同米勒循环方案对缸内燃烧的影响

3．4．3 不同米勒循环方案对经济性能的影响

3．4．4 不同米勒循环方案对排放的影响

3．5 本章小结

第4章 二级增压系统的匹配计算

4．1 二级增压系统总体方案

4．2 高低压级增压器的计算与选型

4．2．1 总压比计算

4．2．2 高低压级参数计算

4．2．3 高低压级增压器选型

4．3 二级增压模型的计算与分析

4．3．1 二级增压模型的建立

4．3．2 二级增压系统与发动机的联合特性

4．3．3 二级增压柴油机外特性计算

4．4 本章小结

第5章 二级增压米勒循环的计算分析

5．1 各工况下二级增压米勒循环的计算

5．1．1 不同米勒循环方案对换气的影响

5．1．2 不同米勒循环方案对缸内燃烧的影响

5．1．3 不同米勒循环方案对经济性能的影响

5．1．4 不同米勒循环方案对排放性能的影响

5．2 各工况下最优米勒循环方案的确定

5．3 本章小结

总结与展望

1．结论

2．不足与展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果