基于AVLBOOST的增压中冷柴油机EGR系统的优化与分析研究

论文摘要

随着社会的进步和现代工业的飞速发展,能源和环境问题越来越得到关注。汽车尾气对大气造成的污染越来越严重,特别是NOx的危害已引起了各国政府的高度重视。现在世界各地都制定和实施了严格的排放法规,这对内燃机技术也提出了越来越高的要求。柴油机作为汽车主要的动力源,其NOx的排放控制也逐渐成为研究热点。在柴油机的排放物中,氮氧化物(NOx)的排放约占总排放物的53%,而NOX是在地面附近形成光化烟雾的主要因素之一。因此,对氮氧化物的控制十分重要。目前,废气再循环(EGR)被公认为是可以应用在发动机上比较有效的净化NOx排放的技术。本文针对某系列增压中冷柴油机应用EGR系统降低NOx排放应用AVLBOOST软件进行了模拟研究,主要进行了以下几方面工作：(1)废气再循环技术是目前降低NOx排放的有效措施,但涡轮增压柴油机在低转速和高负荷时的平均排气压力低于平均进气压力,简单的将EGR管从排气管接到进气管,废气再循环难以实现。本文分析了增压柴油机采用EGR技术的可行性方案,决定采用高压回路,即从涡轮机前将废气引出进入到压气机和中冷器后。为保证废气能顺利的引入进气管,采用文丘里管作为进气管的降压装置。(2)为了使文丘里管有最小的压降和最小的能量损失,所以通过CFD软件对文丘里管的喉口段、收缩角和扩压角进行了结构优化,通过结构优化得到了最佳的文丘里管结构尺寸。(3)分析了在不同负荷和转速下不同EGR率对柴油机经济性、动力性和排放性的影响；通过MAP图的确定模拟研究了各工况下的最佳EGR率。通过对十三工况的模拟计算研究可以看出,采用废气再循环系统后增压中冷柴油机可以满足欧四对NOx和SOOT的限制要求。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景：能源与环境问题
• 1.2 相关的排放法规
• 1.2.1 世界排放法规趋势
• 1.2.2 我国的排放法规
• 1.3 EGR技术定义
• 1.4 EGR技术原理
• 1.5 柴油机实现EGR技术的方法
• 1.5.1 将排气直接引入进气管中
• 1.5.2 内部EGR法
• 1.5.3 在进气管装节流阀的EGR系统
• 1.5.4 带文丘里管的EGR系统
• 1.5.5 其它EGR法
• 1.6 EGR冷却系统
• 1.7 EGR技术相对于其它相同作用技术的优越性
• 1.8 EGR率的确定
• 1.9 本论文研究意义
• 第2章 柴油机热力计算的理论基础
• 2.1 柴油机气缸内热力过程的基本假设
• 2.2 工作介质的特性
• 2.3 缸内热力学基本方程计算公式
• 2.4 缸内热力学计算辅助方程
• 2.4.1 气缸工作容积的计算公式
• 2.4.2 气缸壁面的传热
• 2.5 燃烧放热规律
• 2.6 涡轮增压器的计算
• 2.7 进排气流量计算
• 2.8 发动机性能参数计算
• 2.9 本章小结
• 第3章 柴油机EGR系统建模与文丘里管的结构优化
• 3.1 AVLBOOST软件简介
• 3.1.1 AVLBOOST软件概况
• 3.1.2 详细功能简介
• 3.2 模型建立
• 3.2.1 建模步骤
• 3.2.2 整机模型建立
• 3.3 模型参数设置
• 3.3.1 全局参数设置
• 3.3.2 气缸参数设置
• 3.4 增压器参数选取
• 3.5 空冷器CO1参数设置
• 3.6 边界条件设置
• 3.7 不同case的建立与结果查看
• 3.8 文丘里管的结构验证分析
• 3.9 文丘里管结构验证分析
• 3.9.1 进排气压差
• 3.9.2 文丘里管理论计算
• 3.9.3 文丘里管基于三维数值计算的结构优化验证分析
• 3.10 本章小结
• 第4章 增压中冷柴油机EGR效果模拟
• 4.1 带EGR增压中冷柴油机BOOST模型的验证
• 4.2 EGR率对发动机性能和排放的影响
• 4.2.1 EGR率对低负荷时发动机性能和排放的影响
• 4.2.2 EGR率对中负荷时发动机性能和排放的影响
• 4.2.3 EGR率对高负荷时发动机性能和排放的影响
• 4.3 ECE R.49十三工况模拟研究
• 4.4 EGR率MAP图的确定
• 4.5 本章小结
• 第5章 结论与展望
• 5.1 全文总结
• 5.2 工作展望
• 参考文献
• 致谢