本文關(guān)鍵詞：對(duì)置活塞二沖程柴油機(jī)換氣過(guò)程及增壓匹配研究

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【摘要】：對(duì)置活塞二沖程柴油機(jī)(opposed-piston two-stroke diesel engine,簡(jiǎn)稱OP2S柴油機(jī))以其高效、高功率密度、平衡性好等優(yōu)勢(shì),引起國(guó)內(nèi)外眾多學(xué)者的廣泛關(guān)注。本文以折疊曲柄式OP2S柴油機(jī)為研究對(duì)象,采用數(shù)值仿真與實(shí)驗(yàn)研究相結(jié)合的方法,開(kāi)展了對(duì)置活塞二沖程柴油機(jī)換氣過(guò)程和增壓匹配的研究。本文針對(duì)OP2S柴油機(jī)換氣特點(diǎn)和示蹤氣體法測(cè)試原理,基于OP2S柴油機(jī)原理樣機(jī)實(shí)驗(yàn)平臺(tái),結(jié)合換氣過(guò)程的理論分析,提出了采用“示蹤氣體法”對(duì)換氣過(guò)程進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究的方法,利用該方法開(kāi)展了原理樣機(jī)換氣過(guò)程的實(shí)驗(yàn)研究,分析了運(yùn)轉(zhuǎn)工況對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)換氣品質(zhì)的影響規(guī)律,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:①掃氣效率取決于進(jìn)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(dāng)給氣比一定(大于1)時(shí),排氣背壓越高捕獲空氣量越大;③以發(fā)動(dòng)機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行并兼顧較小的泵氣損失為優(yōu)化目標(biāo),給氣比的選取范圍應(yīng)為50%~140%。針對(duì)OP2S柴油機(jī)增壓匹配的需求,在耗氣特性理論分析基礎(chǔ)上,結(jié)合OP2S柴油機(jī)原理樣機(jī)耗氣特性實(shí)驗(yàn),通過(guò)實(shí)驗(yàn)結(jié)果與耗氣特性理論計(jì)算聯(lián)合獲得OP2S柴油機(jī)的等效流量系數(shù)為0.292,并得到了該柴油機(jī)在不同的進(jìn)排氣壓比時(shí)的耗氣特性曲線,為后續(xù)的增壓匹配提供依據(jù)。通過(guò)模型等效和假設(shè),建立了帶有掃氣泵的OP2S柴油機(jī)工作過(guò)程熱力學(xué)仿真模型,提出了掃氣模型的校核方法,結(jié)合換氣過(guò)程和整機(jī)工作過(guò)程的實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)仿真模型進(jìn)行了校核驗(yàn)證;開(kāi)展了換氣過(guò)程及缸內(nèi)工作過(guò)程的仿真研究,以最大IMEP和燃油經(jīng)濟(jì)性為優(yōu)化目標(biāo),確定不同工況最優(yōu)的排氣背壓和給氣比,結(jié)果表明:在轉(zhuǎn)速為1200r/min,當(dāng)排氣背壓為0.14MPa時(shí),平均指示壓力達(dá)到最大1.234MPa,對(duì)應(yīng)給氣比為120%,并總結(jié)出適用于OP2S柴油機(jī)匹配機(jī)械增壓器的方法和流程。在OP2S柴油機(jī)廢氣能量分析的基礎(chǔ)上,提出了以渦輪增壓器為主,掃氣泵為輔的復(fù)合增壓方式,并以經(jīng)濟(jì)性和可行性為優(yōu)化目標(biāo),對(duì)不同復(fù)合增壓方案進(jìn)行對(duì)比分析,確定采用可調(diào)轉(zhuǎn)速?gòu)?fù)合增壓方案:由電機(jī)驅(qū)動(dòng)的離心式機(jī)械增壓器作為高壓級(jí)和作為低壓級(jí)的VGT渦輪增壓器組成,該方案最大特點(diǎn)在于能夠根據(jù)工況的變化及兼顧換氣品質(zhì)的需求,柔性調(diào)節(jié)機(jī)械增壓器的工作狀態(tài)。針對(duì)可調(diào)轉(zhuǎn)速?gòu)?fù)合增壓方案,本文提出了機(jī)械增壓、復(fù)合增壓和渦輪增壓三種工作模式以及相應(yīng)的切換機(jī)制,并提出了增壓模式切換的設(shè)計(jì)流程:①通過(guò)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(jì)性最佳為優(yōu)化目標(biāo),對(duì)剩余的工作負(fù)荷區(qū)間,分別采用機(jī)械增壓模式和復(fù)合增壓模式進(jìn)行仿真研究,對(duì)該區(qū)域進(jìn)行BSFC求差運(yùn)算,確定機(jī)械增壓模式和復(fù)合增壓模式的切換邊界。通過(guò)本文的研究,在OP2S柴油機(jī)換氣和增壓的仿真研究與試驗(yàn)研究方面獲得了一定的規(guī)律,對(duì)OP2S柴油機(jī)在兼顧換氣品質(zhì)的同時(shí)獲得高增壓的目標(biāo)具有一定的工程指導(dǎo)意義。
【學(xué)位授予單位】：北京理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TK421

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：1183943