本文關鍵詞：對置活塞二沖程柴油機換氣過程及增壓匹配研究

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【摘要】：對置活塞二沖程柴油機(opposed-piston two-stroke diesel engine,簡稱OP2S柴油機)以其高效、高功率密度、平衡性好等優(yōu)勢,引起國內(nèi)外眾多學者的廣泛關注。本文以折疊曲柄式OP2S柴油機為研究對象,采用數(shù)值仿真與實驗研究相結合的方法,開展了對置活塞二沖程柴油機換氣過程和增壓匹配的研究。本文針對OP2S柴油機換氣特點和示蹤氣體法測試原理,基于OP2S柴油機原理樣機實驗平臺,結合換氣過程的理論分析,提出了采用“示蹤氣體法”對換氣過程進行實驗研究的方法,利用該方法開展了原理樣機換氣過程的實驗研究,分析了運轉工況對發(fā)動機換氣品質的影響規(guī)律,實驗結果表明:①掃氣效率取決于進排氣壓差,壓差越大,掃氣效率越高;②排氣背壓是影響捕獲空氣量的主要因素,當給氣比一定(大于1)時,排氣背壓越高捕獲空氣量越大;③以發(fā)動機穩(wěn)定運行并兼顧較小的泵氣損失為優(yōu)化目標,給氣比的選取范圍應為50%~140%。針對OP2S柴油機增壓匹配的需求,在耗氣特性理論分析基礎上,結合OP2S柴油機原理樣機耗氣特性實驗,通過實驗結果與耗氣特性理論計算聯(lián)合獲得OP2S柴油機的等效流量系數(shù)為0.292,并得到了該柴油機在不同的進排氣壓比時的耗氣特性曲線,為后續(xù)的增壓匹配提供依據(jù)。通過模型等效和假設,建立了帶有掃氣泵的OP2S柴油機工作過程熱力學仿真模型,提出了掃氣模型的校核方法,結合換氣過程和整機工作過程的實驗結果對仿真模型進行了校核驗證;開展了換氣過程及缸內(nèi)工作過程的仿真研究,以最大IMEP和燃油經(jīng)濟性為優(yōu)化目標,確定不同工況最優(yōu)的排氣背壓和給氣比,結果表明:在轉速為1200r/min,當排氣背壓為0.14MPa時,平均指示壓力達到最大1.234MPa,對應給氣比為120%,并總結出適用于OP2S柴油機匹配機械增壓器的方法和流程。在OP2S柴油機廢氣能量分析的基礎上,提出了以渦輪增壓器為主,掃氣泵為輔的復合增壓方式,并以經(jīng)濟性和可行性為優(yōu)化目標,對不同復合增壓方案進行對比分析,確定采用可調轉速復合增壓方案:由電機驅動的離心式機械增壓器作為高壓級和作為低壓級的VGT渦輪增壓器組成,該方案最大特點在于能夠根據(jù)工況的變化及兼顧換氣品質的需求,柔性調節(jié)機械增壓器的工作狀態(tài)。針對可調轉速復合增壓方案,本文提出了機械增壓、復合增壓和渦輪增壓三種工作模式以及相應的切換機制,并提出了增壓模式切換的設計流程:①通過分析給氣比和噴嘴環(huán)直徑的取值范圍確定渦輪增壓模式的切換邊界;②以燃油經(jīng)濟性最佳為優(yōu)化目標,對剩余的工作負荷區(qū)間,分別采用機械增壓模式和復合增壓模式進行仿真研究,對該區(qū)域進行BSFC求差運算,確定機械增壓模式和復合增壓模式的切換邊界。通過本文的研究,在OP2S柴油機換氣和增壓的仿真研究與試驗研究方面獲得了一定的規(guī)律,對OP2S柴油機在兼顧換氣品質的同時獲得高增壓的目標具有一定的工程指導意義。
【學位授予單位】：北京理工大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TK421

【參考文獻】

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本文編號：1183943