两级增压系统参数选择以及对燃烧过程的影响研究

摘要

面对严格的排放法规和石油资源不可再生的现实,低温燃烧概念作为最具潜力的高效清洁燃烧模式备受重视。本文以两级增压系统为研究核心,以节能减排为目标,通过数值模拟和试验相结合的方式,在柴油机全工况范围内,对两级增压器参数优化匹配过程和控制调节方法进行了深入研究,最终实现了对燃烧过程的优化。
　　两级增压器参数优化匹配计算过程主要分为两部分:(1)在无增压器MAP时,本文利用JTK估算模型对两级增压器的进气流量、增压压力、涡轮流通截面等关键匹配参数进行估算。同时,通过推导两级增压系统压气机和涡轮能量平衡关系式,总结出一种两级增压器关键参数优选方法,并提出两级增压器增压比和膨胀比最优分配原则(①两级增压比相等原则;②两级涡轮耗能最小原则)。之后以低速满负荷工况点为匹配基准,确定两级涡轮几何流通截面的优选原则,并以此提供增压器选型。(2)增压系统选型后,本文建立了混合燃烧系统热力学模型,并以提高柴油机各工况热效率为目标,深入分析喷油定时、喷油量、EGR率、采用不同EGR系统、进气门关闭时刻(IVCT)、旁通阀和背压阀开度对两级增压系统运行规律的影响,提出两级增压器在各工况的优化调节方法,为后续具体试验工作时,优化燃烧方案提供了思路和依据。
　　在柴油机高速工况,本文对比开启涡端和压端旁通阀两种“放气”方式。由计算和试验结果表明,将进气压力放气至相等的情况下,采用涡端放气时,涡前压力更低,排气与进气之间压力差值更小,柴油机有效热效率更高。
　　要在全工况范围内实现高效清洁燃烧过程,优化协调喷油策略与增压技术、IVCA技术、EGR技术,合理组织缸内状态参数是其关键。经试验证明,保持喷油策略和EGR率不变的情况下,使用IVCA机构之后,能降低进气流量,这将有助于减小涡前压力。通过调整进气门晚关机构与两级增压系统匹配关系,能实现降低NOx和Soot排放和提高热效率的目标。同时,通过对比LP-EGR系统和HP-EGR系统对增压系统运行规律的影响,得出结论,在相同EGR率条件下,对比两种EGR系统,NOx排放几乎相等。然而Soot排放在不同转速时,展示出不同的规律。合理选择EGR回路与增压系统的优化匹配,是实现高效清洁燃烧的可靠保障。

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第一章 绪论

1.1引言

1.2 柴油机发展面临的两大主要问题

1.3应对措施与技术方案

1.4不同燃烧模式下的燃烧路径控制

1.5增压技术在低温燃烧中的运用

1.6本课题的研究内容和意义

第二章 高效清洁混合燃烧系统总体研究方案

2.1高效清洁混合燃烧系统总体研究方案

2.2混合燃烧系统构建和测试设备

2.3发动机燃烧参数采集分析系统

2.4 高效清洁柴油燃烧过程的热力学分析方法

2.5 本章小结

第三章 两级增压系统匹配计算

3.1 两级增压系统匹配目标

3.2两级增压系统主要参数估算

3.3外特性点匹配计算结果

3.4两级增压器选型

3.5 混合燃烧系统计算模型

3.6 柴油机控制参数对两级增压器和热效率的影响

3.7 试验验证

3.8 本章小结

第四章 增压系统与IVCA机构优化匹配对燃烧过程的影响

4.1 匹配两级增压系统时对IVCA机构控制策略的考虑

4.2 IVCA机构的开闭状态对排放和有效热效率的影响

4.3 进排气系统能量平衡分析

4.4本章小结

第五章 旁通阀与增压系统的优化匹配对燃烧过程的影响

5.1 柴油机高转速工况，喷油定时和喷油量的优化

5.2 柴油机高转速工况，增压压力优化调节

5.3 进排气系统能量平衡分析

5.4本章小结

第六章 不同EGR系统与增压系统的优化匹配

6.1 在低速中等负荷工况，对比两种EGR系统对燃烧过程的影响

6.2 在中速中等负荷工况，对比两种EGR系统对燃烧过程的影响

6.3 在高速中等负荷工况，对比两种EGR系统对燃烧过程的影响

6.4 进排气系统能量平衡分析

6.5本章小结

第七章 全文总结与展望

课题展望

参考文献

发表论文和科研情况说明

致谢