EGR对进气道喷射发动机性能及循环波动影响的研究

摘要

节能减排一直以来是内燃机工作者努力的方向。EGR技术作为降低 NOX排放最有效的手段之一最早应用在柴油机上。随着能源与环境问题日益严重,EGR技术与一些先进的技术相结合逐渐被逐渐应用到汽油机上。目前,EGR在汽油机上的应用还不是很成熟。主要原因是采用EGR以后会导致发动机的性能下降,同时随着EGR率的增加,发动机的循环波动会增大。因此,有必要开展EGR对汽油机性能及循环波动影响的研究。本课题将一台化油器发动机改造成了进气道喷射发动机,在此基础上搭建了外部EGR系统,开展了EGR对进气道喷射发动机性能影响的试验研究。最后,通过模拟的方法研究了EGR对汽油机循环波动的影响及降低循环波动的方法。
　　相对于传统的根据原发动机的试验结果制取初始 MAP的方法,本文提出了一种建立数学模型用模拟的方法制取初始喷油 MAP的新方法。在MATLAB/SIMULINK中搭建了Ricardo E6单缸机的平均值模型,通过模拟计算得到了发动机的初始喷油MAP。将其导入到MOTEC ECU中作为控制发动机喷油的基本喷油脉宽,起动后发现能够保证发动机的基本运行,说明用模拟的方法制取初始MAP是合理的。在此基础上以发动机的理论空燃比为目标进行了发动机的标定,从而完成了化油器发动机到进气道喷射发动机的改造。最后,在改造好的发动机上进行了不同空燃比条件下的外特性试验,得到了扭矩和功率随转速变化的曲线。
　　在改造后的Ricardo E6进气道喷射单缸机试验台架上搭建了外部EGR系统,该系统包括EGR导管、EGR阀和EGR冷却器等。进行了不同节气门开度和EGR率条件下,发动机扭矩、功率、燃油消耗率、缸内压力和NOX排放变化的试验研究。此外,还比较了节气门全开、不同压缩比时,平均有效压力和NOX排放随EGR率的变化。试验结果表明,当节气门开度一定时,随着EGR率的增大,发动机的扭矩、功率和最大气缸压力逐渐下降,但是NOX排放逐渐降低。另一方面,压缩比和EGR相结合可以达到发动机性能和NOX排放之间的平衡。
　　循环波动在很大程度上限制汽油机的运转工况,尤其是在高 EGR稀释的情况下,因此有必要研究 EGR对汽油机循环波动的影响。本文通过 FIRE软件进行了EGR对汽油机循环波动影响的模拟研究,考虑了EGR情况下循环波动的影响因素,此外还讨论了降低循环波动的方法。首先用AVL-BOOST软件建立了Ricardo E6单缸机的模型,通过试验验证,发现模型具有较高的准确性,然后利用该模型仿真得出了FIRE三维模拟所需要的初始条件和边界条件。利用UG软件建立了带有进气道、燃烧室和排气道的三维实体模型,将该模型导入到 FIRE中进行了动网格的划分,然后进行了不同EGR率、压缩比和增压压力条件下的燃烧模拟计算。模拟结果发现,随着EGR率的增加,循环波动逐渐增大,但是通过提高压缩比和进气压力的方法可以降低循环波动。

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第一章 绪论

1.1节能减排是内燃机发展的主要趋势

1.2 降低汽油机NOX排放的主要措施

1.3 废气再循环技术

1.4 本课题的提出及主要任务和研究内容

第二章 Ricardo E6化油器发动机的进气道喷射改造

2.1模拟方法制取汽油机喷油MAP

2.2 汽油机平均值模型

2.3 基本喷油脉宽模型

2.4 耦合模型计算结果与分析

2.5 Ricardo E6发动机电控进气道喷射系统的改造

2.6 Ricardo E6发动机外特性试验

2.7 本章小结

第三章 EGR对汽油机性能影响的实验研究

3.1 概述

3.2 试验装置

3.3 试验方案

3.4本章小结

第四章 汽油机数值模拟模型的建立及网格的划分

4.1 汽油机一维BOOST模型的建立与验证及初始条件和边界条件仿真计算

4.2 UG软件中三维实体模型的建立

4.3 AVL-FIRE中网格的划分及计算模型简介

4.4 本章小结

第五章 EGR对汽油机循环波动影响的CFD仿真研究

5.1 概述

5.2 计算工况详细信息

5.3 模拟结果及讨论

5.4 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 全文总结

6.2 今后开展工作的建议

参考文献

发表论文和科研情况说明

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