VNT增压器对高压共轨柴油机性能和排放影响的试验研究

论文摘要

能源匮乏和环境污染是当今世界各国所共同面对的两大难题。可变涡轮增压器可以在全工况范围内实现与柴油机的良好匹配,提高发动机的瞬态响应,改善柴油机的经济性和排放,因而,VNT增压技术是现代柴油机关键技术之一,基于VNT的废气再循环(EGR)技术则是柴油机实现欧Ⅳ以上排放法规的主要技术路线之一。本文在一台高压共轨增压柴油机上进行,研究了VNT增压器、EGR和喷油参数对柴油机性能和排放的影响,研究了基于VNT和EGR技术路线的匹配方案对柴油机的影响。本文首先进行VNT增压器实验,研究VNT增压器对柴油机的经济性,动力性和排放的影响规律,确定了VNT增压器在该柴油机上的全工况控制MAP。针对增压柴油机部分负荷工况进气压力高于排气压力,EGR难以实现的问题,设计了由VNT和单向阀控制的高压冷却EGR系统。VNT叶片位置的改变,不仅可以改变增压压力和进气量,同时也可以调节EGR流量和EGR率。研究了VNT叶片位置对EGR率、柴油机经济性和排放的影响规律,以及喷油参数对柴油机性能和排放的影响。通过NOx,PM和油耗的折衷,以NOx排放达到欧Ⅳ排放法规和烟度值低于原欧Ⅲ柴油机为条件,确定了VNT叶片位置和喷油参数。研究结果表明,采用VNT增压器,可以显著改善柴油机大负荷和高速工况的经济性,提高柴油机的低速扭矩,降低柴油机排放。采用VNT和EGR系统,通过调整优化喷油参数后,柴油机的排放有了很大的改善,NOx排放和烟度均有较大幅度的降低,NOx排放基本达到了欧Ⅳ水平,微粒排放和欧Ⅲ柴油机相当,十三工况比油耗比原欧Ⅲ柴油机降低4.2%。研究结果对采用VNT和EGR技术路线,开发满足欧Ⅳ排放法规的柴油机具有很大的实用价值和工程指导意义。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 前言
• 1.2 现代柴油机技术的发展
• 1.2.1 可变涡轮增压技术
• 1.2.2 废气再循环（EGR）
• 1.3 本课题的研究内容及意义
• 第二章 试验装置和研究方法
• 2.1 试验装置和设备
• 2.2 试验研究方法
• 2.2.1 功率校正
• 2.2.2 进气流量的计算
• 2.2.3 VNT 增压器的控制
• 2.2.4 电控高压共轨标定系统
• 2.2.5 国Ⅲ ESC 十三工况的确定
• 第三章 VNT 增压器对柴油机性能和排放的影响
• 3.1 柴油机的性能和排放随VNT 的变化
• 3.1.1 VNT 对涡前压力和增压压力的影响
• 3.1.2 VNT 对进气流量和空燃比的影响
• 3.1.3 VNT 对经济性的影响
• 3.1.4 VNT 对NOx 排放的影响
• 3.1.5 VNT 对烟度的影响
• 3.2 VNT 控制MAP
• 3.3 VNT 与原机性能对比
• 3.3.1 比油耗
• 3.3.2 涡前和压后压力
• 3.3.3 空燃比
• 3.3.4 动力性
• 3.4 万有特性和十三工况测试
• 3.4.1 万有特性对比
• 3.4.2 十三工况气体和微粒排放测试结果
• 3.5 本章小节
• 第四章 采用EGR 技术路线欧Ⅳ柴油机燃烧系统开发初步试验研究
• 4.1 喷油器对比试验
• 4.2 VNT 叶片位置对发动机的影响
• 4.2.1 VNT 叶片位置对涡前和增压压力的影响
• 4.2.2 VNT 叶片位置对EGR 率的影响
• 4.2.3 VNT 叶片位置对经济性的影响
• 4.2.4 VNT 叶片位置对排放的影响
• 4.3 喷油参数对柴油机排放的影响
• 4.3.1 喷油定时对排放的影响
• 4.3.2 多次喷射和喷射压力对排放的影响
• 4.4 VNT 开度对排放的影响
• 4.5 优化前后性能对比
• 4.5.1 优化前后排放对比
• 4.5.2 优化后工作参数对柴油机的影响
• 4.6 本章小节
• 第五章 全文总结
• 参考文献
• 参加科研情况说明
• 附录1 EGR 冷却系统散热量计算
• 致谢