基于响应面的HPD柴油机综合控制MAP协同优化研究

采用Matlab/MBC Model工具箱建立了HPD柴油机二阶段统计响应面。通过对优化数学模型、约束条件及优化目标的研究,对HPD柴油机匹配高压共轨喷油系统和VNT综合控制MAP进行了协同优化,搭建了HPD柴油机匹配高压共轨喷油系统及VNT试验台,验证了基于响应面进行HPD柴油机控制参数协同优化方法的准确性。     

VNT可变涡轮增压器与柴油机的匹配研究

根据一款WG增压柴油机原机的基本结构参数和试验数据,匹配一款VNT废气涡轮增压器,建立VNT增压柴油机的GT-Power一维计算模型,并对柴油机外特性工况和ESC工况进行仿真计算研究。分别以动力性和经济性参数为分析指标,对外特性工况和ESC工况的VNT开度进行优化选择。研究表明,开度优化选择后的VNT柴油机与柴油机原机相比,外特性转矩均有较大幅度提高,最大转矩工况的运行范围拓宽,且VNT增压器的转速在整个转速范围内提高,联合运行曲线的高效率范围扩展;ESC工况加权比油耗值下降幅度约为3.8%,且空燃比增大,VNT柴油机经济性获得提升。可以得出结论,VNT可变涡轮增压器与柴油机匹配良好。     

供油系统调整对VNT柴油机低速性能影响

基于PW泵的常规供油系统增压补偿器的存在使得可变喷嘴增压器（VNT）对柴油机性能改善不明显。研究了供油系统参数调整对VNT增压柴油机低速全负荷性能的影响。结果表明：使增压补偿器压力室与大气相通以屏蔽增压补偿器并优化VNT开度后，由于供油量减小，低速全负荷排气烟度比装配GT35增压器的基础柴油机下降56．3％～73．5％，但动力性改善不明显；屏蔽增压补偿器、调整油泵供油特性并优化VNT开度后低速全负荷工况烟度下降53．8％～68．1％，同时1000r／min全负荷转矩增加8．2％。可见，基于电控供油系统的柔性供油特性可以更充分地发挥VNT系统潜能。     

VNT对柴油机NOx排放特性优化的研究

为了研究可变喷嘴涡轮(VNT)技术对降低柴油机NO_x排放的作用,首先对带排气旁通阀涡轮增压器(WG)和文丘里管高压废气再循环(vEGR)的WG-vEGR涡轮增压柴油机原机,运用GT-Power软件和AVL FIRE软件进行VNT的匹配,对柴油机综合性能进行了仿真计算,确定欧洲稳态测试循环(ESC)工况最优VNT开度规律,组成VNT-vEGR柴油机。随后对WG-vEGR柴油机和VNT-vEGR柴油机进行了ESC工况台架试验研究。研究结果表明:VNT能够提高柴油机的废气再循环(EGR)率,VNT-vEGR柴油机的ESC工况加权NO_x排放值为3.53g/(kW·h),与WG-vEGR柴油机原机的4.92g/(kW·h)相比,下降约28.25%;ESC工况加权比油耗为232.1g/(kW·h),相比于WG-vEGR柴油机原机的235.5g/(kW·h),降低约1.44%;ESC工况加权碳烟排放值为0.055g/(kW·h),相比于WG-vEGR柴油机原机的0.058g/(kW·h),降低约5.17%。且从加权比油耗和碳烟排放值的变化情况可以看出,该系统具有采用更大EGR率以获得NO_x排放进一步优化的潜力。     

可变喷嘴涡轮增压器喷嘴环叶片位置对柴油机性能的影响

针对普通废气涡轮增压器低速响应和高速功率不能同时兼顾的特点,对可变喷嘴涡轮增压器(VNT)进行了试验研究。通过试验分析了喷嘴环叶片位置对柴油机性能的影响,并得到了VNT的优化脉谱。同时进行了VNT的瞬态响应研究。研究结果表明:VNT通过改变涡轮喷嘴环面积可与柴油机各工况实现最佳匹配,燃油消耗率在全工况范围内明显改善,在高速低负荷时燃油消耗率降低最多,达到了10%;通过增加低速的进气量,VNT对柴油机低速高负荷工况性能有明显改善,扭矩约增加15N·m,油耗率降低2%,烟度从原机4.5 BSU降低到2.5 BSU;通过与原机外特性的对比,在中高速的NO_x和烟度排放与原机相差不大,在低速区NO_x增加约100×10~(-6),烟度降低2 BSU,在整个转速范围内油耗率降低2%～3%。     

利用动力涡轮回收利用汽车柴油机的排气余热

对在车用增压柴油机增压涡轮后串联动力涡轮以回收利用柴油机排气余热进行了数值仿真研究。计算分析了动力涡轮直径大小对余热回收的影响,以及动力涡轮对柴油机本身性能和增压涡轮的影响。结果表明,动力涡轮的大小对增压柴油机系统影响较大,动力涡轮的选型应使动力涡轮在最大效率点运行时,柴油机和动力涡轮总输出功率最大;动力涡轮转速随动力涡轮直径的增大而降低,选用较大的动力涡轮有利于为其匹配传动装置。串联耦合动力涡轮之后,在柴油机高速时可提高系统总输出功率,降低有效燃油消耗率(BSFC),但在柴油机低速时会使系统性能恶化。建议使用低速旁通装置来限定动力涡轮仅在柴油机的高速区投入运行,以避免低速时柴油机和增压涡轮性能下降,高速时回收利用柴油机排气余热,达到节能的目的。     

利用文丘里管和VNT提高柴油机EGR率的研究

利用文丘里管和可变喷嘴增压器(VNT)提高柴油机的EGR率,旨在降低柴油机NOx的排放.采用试验的方法研究,对文丘里管喉口直径进行了优化,分析不同的喉口直径对发动机外特性参数的影响;对于VNT系统,分析VNT叶片开度对EGR系统的影响,并在最佳的EGR率下,进行了VNT与旁通增压器的柴油机性能对比.通过文丘里管喉口直径的合理选取和VNT喷嘴环叶片位置的调节,增加涡前与文丘里管喉口的压差及EGR率.结果表明,基于VNT的EGR系统,扩展了EGR率的范围,小负荷的EGR率能达到30%,在保证柴油机动力性、经济性不变的前提下,大大地降低了NOx的排放.     

柴油机可变喷嘴增压器控制逻辑设计与参数标定

为了满足排放法规、提高发动机的效率和加快动态充气的响应,针对配置可变喷嘴涡轮增压器（VNT）的轻型卡车柴油机,设计了增压压力控制逻辑。控制器根据发动机转速和喷油量查询增压压力脉谱（MAP）,确定目标增压压力。采用开环预控制和闭环PID控制相结合的控制结构对增压压力进行控制,并通过排放试验标定了增压压力基本MAP、预控制MAP和PID参数因子MAP。发动机试验台上的实际控制试验结果表明,发动机实际的增压压力能够有效跟踪设定值,控制误差不超过8％。     

BBC涡轮增压器现状和最新发展

<正> 高平均有效压力的大型二冲程柴油机的增压系统由效率极高的涡轮增压器组成,通常还包括一个动力涡轮。高平均有效压力的四冲程柴油机要求相当高的压气机压比。本文介绍瑞士巴登ABB涡轮机械系统部为满足涡轮增压柴油机发展的需要而研制的BBC涡轮增压器和动力涡轮。     

国外降低废气排放的相关技术

柴油机行业增压系统主要供应商之一、美国加利福尼亚州托朗斯的Honeywell增压装置公司在其GT35-40增压器以及GT42和GT45增压器上采用VNT(可变截面喷嘴涡轮)和AVNT(先进的可变截面喷嘴涡轮),作为其配用200-600hp商业车用柴油机的主要技术手段。发动机制造商采用EGR来降低NOX和颗粒排放,而VNT则在推动EGR上、在推动EGR的同时调节和控制空气流量上具有重大作用。美国AFS(备用燃料系统公司)开发出喷射器式燃料转换系统,新的Gs65气体喷射器可用来将汽油机或柴油机转换为气体燃料发动机。一台废物处理车上的康明斯L10柴油机用AFS喷…     

未来涡轮增压器的发展

由于柴油机的不断完善和平均有效压力P_e的提高,所要求的增压压力值P_K也在增长。目前已出现了增压比π_K=3.0～3.5的涡轮增压器。在最近的将来可望有π_K=3.5～4.5的涡轮增压器问世。因为要想对柴油机本身进行精益求精的研究,必需有一个高性能的增压装置,而这种增压装置的研制必须走在柴油机研制的前面,这是很自然的。π_k值可借助单级或两级增压系统达到。这两种增压系统各有其优缺点,这是由它们对涡轮增压器所提的要求而决定的,其中主要是: 压气机和涡轮的效率要高;     

VGT叶片开度对二级增压柴油机高海拔燃烧特性与性能的影响

通过可调二级增压柴油机高海拔燃烧与性能模拟试验,研究了不同海拔条件下二级增压器与柴油机的匹配特性、柴油机燃烧特性和动力经济性能随可调二级增压系统调节参数(VGT叶片开度)的变化规律.结果表明:不同海拔下,可变截面的涡轮增压器(VGT)叶片开度对高压级增压器特性参数(涡前压力、压比和转速)影响较大,而对低压级增压器特性参数影响较小;随VGT叶片开度减小,柴油机进气流量增大,联合运行线向阻塞线方向移动,缸内最高燃烧压力和最高瞬时放热率增大,预混燃烧瞬时放热率峰值减小,滞燃期缩短,燃烧重心向上止点方向偏移;海拔为5.5,km、VGT叶片开度从80%降低到50%,有效功率提高了2.5%,有效热效率提高了2.4%.     

排气压力波对柴油机性能影响的分析

利用GT-Power软件建立了100单缸柴油机、6100非增压柴油机及6100涡轮增压柴油机仿真模型。在此基础上计算分析了排气管内的排气压力波动规律及其对柴油机功率、充气效率以及增压比的影响。研究工作对于柴油机排气系统的设计与优化具有一定的指导意义。     

JK80VNT增压器的开发研究

可变喷嘴涡轮调节技术是改善增压柴油机低速性能、降低柴油机排放的有效措施。本文对JK80VNT增压器进行了设计计算，将所设计的转叶式可变喷嘴涡轮增压器进行了涡轮性能试验，试验结果表明它能够有效地调节涡轮特性。并进行了可变喷嘴涡轮增压器与CA6106柴油机的匹配试验，将其结果与带放气阀增压器的试验结果进行了比较，结果表明CA6106柴油机高速油耗和整个外特性烟度都得到明显的改善。     

排气背压对增压柴油机功率的影响分析及其改进方法

建立了某涡轮增压柴油机一维工作过程模型并经试验验证;用该模型研究了排气背压的升高对涡轮增压柴油机输出功率的影响,并通过增压系统的重新匹配和设计改造,探讨了两种改善发动机环境背压适应性的方案。     

涡轮增压柴油机高海拔(低气压)性能试验研究

在内燃机高海拔(低气压)模拟试验台上，对不同模拟海拔高度下的涡轮增压柴油机性能进行了试验研究。分析了海拔高度的变化对涡轮增压柴油机动力性、经济性的影响，研究了涡轮增压柴油机最大转矩、最低燃油消耗率随海拔高度的变化规律，为进一步提高高海拔地区涡轮增压柴油机的性能提供了重要的理论依据。     

可调二级增压柴油机旁通阀特性和调节规律的试验

对柴油机应用可调二级增压系统进行了全工况的试验研究.结果表明,涡轮旁通阀可以对增压压力进行调节进而影响柴油机的性能.可调二级增压系统可以增大柴油机中低转速的增压压力,改善碳烟排放;当循环供油量增加后还可以提高中低速时的外特性转矩.中低转速中高负荷时,两级增压会提高进气量改善燃烧,明显地提高了燃油经济性.中高速时,进气量的提高没有明显地改善燃烧的效果,反而造成泵气损失增大,基于经济性考虑应开启涡轮旁通阀,与此同时为避免节流效应压气机旁通阀也应开启将高压级增压器完全旁通,旁通后由于复杂的进排气管增加了流动损失使得油耗略有升高.     

回热旁通增压系统的试验研究和数值模拟

本文首先用等效增压器的概念对回热旁通增压系统的工作原理作了“准”定量的分析,然后在B6135-ZG20涡轮增压柴油机上进行了试验研究,最后用数值模拟方法考察了增压器效率和回热度对该增压系统性能的影响,并对采用回热旁通措施后的整机性能作了预测。研究表明,采用回热旁通增压系统能有效地提高柴油机在低速运转时的增压压力,不同程度地降低柴油机的有效燃油消耗率、排气温度和烟度。     

大气压力/VNT/EGR对车用柴油机性能与排放的影响

为了研究可变喷嘴涡轮增压(VNT)技术、排气再循环(EGR)技术及大气压力三者共同作用对车用柴油机性能与排放的影响,利用大气压力模拟装置开展了相应的试验研究,基于响应曲面法以响应曲面图的形式分析研究VNT喷嘴环开度、EGR阀开度及大气压力3个参数交互作用对柴油机性能与排放的影响。结果表明:随着大气压力的降低及EGR阀开度的增大,柴油机动力性下降,经济性恶化。当VNT与EGR耦合时,在最大转矩工况,在EGR阀关闭及开度较小时,随着VNT喷嘴环开度的减小,转矩呈现增大的趋势,有效燃油消耗率逐渐降低;而在EGR阀开度较大及全开时,随着VNT喷嘴环开度的减小,转矩降低,油耗升高。在标定功率工况,无论EGR阀置于何种开度,随着VNT喷嘴环开度的减小,转矩均增大,油耗均降低。随着大气压力的升高,NOx比排放升高,烟度降低。当VNT与EGR耦合时,在不同的运行工况下,NOx比排放与烟度表现出不同的变化趋势。欲获得良好的整机性能,针对不同的运行工况,需要合理匹配VNT喷嘴环开度与EGR阀开度。     

拖拉机柴油机的涡轮增压强化

涡轮增压拖拉机柴油机在世界各国实际应用中得到了广泛推广,就其实质而言,此类柴油机系属于复合式发动机(通过气体动力学关系把活塞机与叶片机结合在一起),而且目前已达到了很高的技术指标。此类发动机的改进基本上经历了如下的途径:提高增压压力;采用增压空气中间冷却和尺寸较小且具有小转动质量惯性矩的增压部件,以及研制特殊的涡轮增压系统,如可调式增压。由于拖拉机用涡轮增压柴油机的强化程度在近年来有了很大提高,而使其升功率也由17—20马力/升增长到23—28马力/升。升功率及对应的机组功率的增长,预计将使拖拉机机组的动力装备程度与非增压的基本变型相比,可提高40—50%,甚至还更高些,因而将大大提