可调二级增压柴油机瞬态加载性能的试验

对柴油机用可调二级增压系统进行了瞬态加载试验研究,建立了可调二级增压系统的柴油机瞬态试验系统,通过全工况范围内的稳态试验进行了可调二级增压旁通阀调节规律分析研究.基于稳态的旁通阀调节规律确定了瞬态加载过程的试验方法,进行了3条转速线上的瞬态定转速加载性能试验.试验结果表明:较低转速高负荷时应关闭涡轮旁通阀来改善燃烧,相应瞬态过程中在低负荷时也应关闭旁通阀来避免增压压力上升缓慢和排放性能差等问题.针对较高转速提出了一种修正调节规律,从而有效地提高了增压系统对柴油机加载过程的响应特性,同时也改善了烟度排放.     

两级涡轮增压对轻型柴油机性能影响的试验研究

在某轻型柴油机上设计了两级涡轮增压系统,进行了匹配两级涡轮增压的试验研究。研究结果表明,在较低转速高负荷工况,废气全部流经高压级增压器可以改善经济性,在较低转速低负荷工况,将进气旁通阀和废气旁通阀全开能够减小排气背压和进气节流损失,降低比油耗;在较高转速,进气旁通阀和废气旁通阀全开的经济性更好。经济性优化情况下,两级增压相对原机单级增压可以明显降低低速段和高速段的比油耗,外特性低速段的比油耗最大降幅达到21 g/（kW.h）,标定转速也降低了10.5g/（kW.h）,发动机的万有特性经济运行区明显变宽。     

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%.     

二级增压重型柴油机排放和燃烧特性的试验研究

在一台电控高压共轨柴油机上进行二级增压优化匹配,并以单级增压作为对比基准,分析了不同工况下二级增压柴油机的性能、排放与燃烧特性,研究了进气温度对其的影响。试验结果表明:相对单级增压,柴油机二级增压后低速外特性扭矩达到1 170N.m,烟度与燃油经济性改善幅度分别为99.3%和13.4%;二级增压能够提高EGR的引入能力,减小进气节流损失,并可显著改善中低转速、高负荷时NOx与烟度和燃油消耗率之间的平衡关系;在压气机特性图中二级增压柴油机的运行线远离喘振边界线;在各个工况下,进气温度升高使NOx比排放快速增加,导致柴油机NOx与烟度之间的平衡关系变差。     

可变进气对船用柴油机性能影响的试验研究

为了探究可变进气系统对船用柴油机性能的影响,在一台配备进气可变配气和进气旁通阀的船用中速柴油机上开展试验研究。分别在可变配气机构处于强米勒正时和弱米勒正时,进气旁通阀处于开启和关闭状态下开展船用柴油机螺旋桨特性试验。试验结果表明：采用弱米勒正时可降低燃油消耗率,但是最高燃烧压力和NO_x比排放增加,燃油消耗率降低幅度随负荷升高而减小,最高燃烧压力和NO_x比排放增加幅度随负荷升高而增加,弱米勒正时对低负荷优化效果更明显。受到最高燃烧压力限制,高负荷必须采用强米勒正时。弱米勒正时角度从20°增加到30°,燃油消耗率基本不变,最高燃烧压力和NO_x比排放进一步增加,对于试验柴油机而言,20° 弱米勒正时配置更优。开启进气旁通阀可以提高中低负荷增压压力,降低燃油消耗率、排温和烟度。在超低负荷及高负荷时开启进气旁通阀效果与中低负荷相反。在25%及50%负荷下应用可变进气技术,燃油消耗率分别降低6.0%和2.9%、烟度分别降低61.6%和59.7%。合理的可变进气系统控制策略可有效优化船用柴油机性能。     

基于空燃比控制的可调两级增压动态性能研究

以6缸可调两级增压柴油机为研究对象,设计了高压涡轮旁通闭环控制系统;建立了前馈式PI闭环控制算法,在瞬态过程中采用根据空燃比及其变化率对旁通阀开度进行调节的策略。瞬态工况试验表明,设计的闭环控制系统和算法对发动机动态响应性能的提高具有明显的效果。当发动机喷油量或者转速增加时,系统判断其进入加速或加载阶段,旁通阀立即关闭,进气压力迅速建立,减弱了涡轮增压系统的迟滞效应;当过量空气系数出现上升趋势时,旁通阀调节至查表所得的开度,待发动机喷油量和转速均不发生变化时,系统判断发动机恢复稳态,进入稳态闭环调节模式。对比其他不含动态判断的情况,发动机动态响应特性明显提升。     

重型柴油机二级增压系统匹配仿真研究

为了降低重型柴油机的燃油消耗率,采用GT-POWER软件建立仿真模型,在一台单级可变截面涡轮增压器（variable geometry turbocharger, VGT）柴油机上开展了二级增压匹配与增压系统参数优化工作。仿真结果表明,所提出的二级增压系统在匹配点能够以最高效率运行,在全工况都能提供足够的进气流量;完全关闭低压级废气旁通阀,正交优化高压级废气旁通阀开度和米勒循环度,能够进一步降低二级增压发动机的燃油消耗率;降低级间中冷温度能够降低泵气损失,提高增压压力,温度由100℃降至50℃在标定点能够使燃油消耗率降低约3 g/（kW·h）。对二级增压及参数优化工作的燃油消耗率改善效果进行了试验验证,低速工况燃油消耗率整体有所下降,高效点燃油消耗率下降4.1%。     

二级可调增压共轨柴油机的高海拔燃烧特性

通过高海拔模拟试验研究了VGT二级可调增压柴油机不同海拔的燃烧特性.结果表明,随着海拔的升高,二级可调增压柴油机的滞燃期延长,速燃期放热率增大,但缓燃期放热率和累计放热量均减小,放热率重心向上止点偏移,缸内平均指示压力下降.与单级涡轮增压柴油机相比,二级可调增压柴油机在高海拔的燃烧状态明显改善;海拔5,500,m时,二级可调增压柴油机平均指示压力提高9.1%,,速燃期放热率峰值降低12.9%,,缓燃期放热率峰值增加2.3%,,累计放热量增大11.1%,,滞燃期缩短11.3%,;标定功率提高11.8%,,燃油消耗率降低4.8%,.     

高海拔条件下压气机结构优化及其对柴油机性能的影响

基于二级可调增压柴油机高海拔性能试验,采用计算流体力学(CFD)和柴油机工作过程计算方法,开展高海拔条件下压气机叶轮结构优化及其对柴油机性能影响的研究.研究结果表明:海拔5 500 m,压气机叶轮主叶片及分流叶片前缘前掠6.27°、分流叶片向主叶片压力面偏折12.09°,压气机叶轮流道内流动损失明显降低,出口处流动稳定性提高,压比、效率及流量范围分别提高4.16%、2.63%及6.58%;压气机叶轮优化后,二级可调增压柴油机中低转速燃烧过程得到明显改善,滞燃期和燃烧持续期缩短;柴油机1 200 r/min全负荷工况最高燃烧压力升高9.53%,累计放热量提高8.78%,转矩提高5.82%,燃油消耗率降低4.42%.     

两级可调增压系统变海拔适应性研究

在D6114柴油机原机模型校核的基础上,建立两级可调增压系统仿真计算模型。通过对压气机图谱的高原修正和高压级涡轮旁通阀门的控制,进行两级可调增压系统的变海拔适应性计算研究。研究结果表明:柴油机通过采用两级可调增压系统可以实现海拔3000m和4500m的功率恢复目标;高压级涡轮旁通阀门需要采用不同的开度来适应不同海拔高度和不同转速工况,阀门开度的调节幅度会随着海拔的升高和转速的减小而越小;采用两级可调增压系统及相应的阀门控制策略可以固定最大扭矩和最低燃油消耗率所对应的转速。     

高压中冷EGR对直喷增压发动机油耗影响的试验研究

基于某一直喷增压发动机,研究了EGR对发动机小负荷油耗的影响。结果表明：在改善油耗方面,原发动机使用进气门晚关策略优于使用内部EGR策略;在低转速小负荷工作区域,外部中冷EGR对油耗的贡献主要来自于降低了泵气功,但是过多的EGR气体引入容易导致燃烧不稳;使用高压EGR时,最佳的进排气VVT角度与无EGR时相同。     

高效Atkinson循环TGDI发动机作为传统动力的研究

基于涡轮增压缸内直喷(TGDI)发动机,采用高几何压缩比和大范围可调的可变气门正时(VVT)机构,选择合适的阿特金森(Atkinson)循环率,在兼顾高负荷动力性的同时降低部分负荷的油耗,以解决阿特金森循环发动机动力性不足的问题。制作样机并进行台架试验,研究了阿特金森循环对发动机换气过程的影响和燃油经济性的改善效果及阿特金森循环对排放和动力性的影响。结果表明:阿特金森循环可以容忍更大的几何压缩比以提升热效率,同时有利于降低部分负荷下的泵气损失并提高低负荷时的燃烧稳定性,可降低油耗、颗粒物排放及高负荷时的爆震倾向;但进气门关闭推迟会严重影响发动机的动力性能,因此需要降低高负荷时的阿特金森循环率并提高增压压力。     

柴油机增压与车室采暖加热复合系统仿真研究

本文给出了一种柴油机复合增压和供热的复合系统,通过控制阀门的开闭,在柴油机不同的运转工况时实现不同的增压方式;通过串联的喷油燃烧装置和旁通调节装置,调节排气温度。仿真研究结果表明,复合增压与采暖系统即可提高柴油机低转速大负荷时候的增压压力,又避免了柴油机高速工况时增压压力过高,使柴油机在全部转速范围内具有较好的燃油经济性和较好的换气性能;供热装置能够在柴油机运转范围内提供稳定的热源,并且降低了采暖所需的燃油消耗。     

船用两级增压柴油机性能仿真研究

在一台船用柴油机上进行了两级增压性能仿真研究,分析了进排气旁通和高压级涡轮旁通对船用两级增压柴油机性能的影响。以原机单级增压柴油机计算数据为对比基准,计算研究了不同工况下船用两级增压柴油机的性能和排放特性,研究结果表明:与原机相比,两级增压柴油机燃油消耗率比原机平均降低了10.25(g·(k W·h)-1),涡前排温平均降低69.31℃,NOx加权排放降低了0.73(g·(k W·h)-1),柴油机经济性、热负荷以及NOx排放特性得到显著改善。     

柴油-小桐子掺混油柴油机工作过程及循环变动分析

以柴油和柴油-小桐子掺混油在单缸水冷四冲程柴油机上进行试验,测录了多循环的瞬时气缸压力与高压油管燃油压力,对比分析了不同转速的全负荷工况与标定点转速不同负荷工况,燃用柴油与掺混油的喷油与燃烧过程及燃烧过程中各参数的循环变动.结果发现,喷油率随转速升高而升高;喷油始点随转速升高略微推迟,随负荷增大而提前;掺混油燃烧始点早于柴油,燃烧始点随转速升高延后,随负荷增大而提前,燃烧始点的循环变动量随转速升高而增大;高转速、高负荷时的最高燃烧压力循环变动率较小;掺混油的最大燃烧压力升高率低于柴油,最大压力升高率循环变动率随转速升高、负荷减小而增大.     

柴油引燃乙醇均质混合气的二元燃料燃烧特性

在一台单缸增压中冷试验柴油发动机上,研究了不同转速和负荷下乙醇在进气道形成均质混合气,然后在气缸内由柴油引燃的二元燃料燃烧特性.结果发现:采用柴油引燃乙醇混合气的二元燃料燃烧方式,在高负荷时预混燃烧量明显增加,扩散燃烧大幅度减少;在低负荷以及整个低速工况下都实现了单峰快速放热.另外,采用这种燃烧模式能够降低绝大部分工况的最高燃烧温度,并缩短高温持续时间.研究还发现,这种二元燃料燃烧大部分工况的最高爆发压力和压力升高率都比原机高,燃烧持续期短于原机,在中高负荷时能大幅度地减少柴油消耗并提高发动机热效率.与原柴油机相比,采用二元燃料燃烧的指示热效率最高提高了11.09%.     

非道路涡轮增压柴油机高原适应性研究

为改善非道路柴油机高海拔条件下功率下降、经济性及排放性能恶化、高速增压器超速等问题,利用柴油机高原环境模拟台架试验结合一维仿真研究了0～4 000m海拔环境下增压器运行特性、柴油机综合性能参数等随海拔高度的变化规律及影响机理。针对柴油机的变海拔性能恢复目标,通过对增压系统进行参数计算和选配,提出一种带有废气旁通阀的两级涡轮增压匹配方案。研究结果表明:变海拔条件下,非道路柴油机各性能参数呈现非线性变化,在转速800～2 800r/min全负荷工况下,柴油机动力性、经济性变化梯度呈现出先减小后增大的"浴盆形"趋势。在0～2 000m海拔环境下,柴油机转矩降幅达4.3%,有效燃油消耗率降幅达6%。随着海拔升高,中冷前温度与涡前温度逐渐升高,增压压力与涡前压力逐渐降低,CO、全碳氢和NO_x排放升高。匹配两级增压系统后,对比原机4 000m海拔运行工况,柴油机功率平均升高14.9%,有效燃油消耗率平均降低11.8%,实现了非道路柴油机的高海拔性能恢复目标。     

煤基混合燃料对柴油机燃烧与排放特性影响的研究

在一台高压共轨增压中冷柴油机上研究了煤基混合燃料(33%煤炭提取配方,67%-35#柴油)的燃烧与排放特性。结果表明:相比于燃用-35#柴油,燃用煤基混合燃料时柴油机的燃烧滞燃期基本不变,放热率峰值增大,低转速全负荷时最大缸内燃烧压力降低,而在高转速时变化不大;燃用煤基混合燃料时PM_(2.5)排放物质量浓度降低,全负荷工况下PM_(2.5)排放物质量浓度平均降低约15.2%,部分负荷工况下,低负荷时的改善效果最为明显,平均降低约56.3%;燃用煤基混合燃料时NO_x排放物体积分数略有增大。