【摘要】：能源危機(jī)和環(huán)境污染兩大問題日益顯著,生物柴油作為一種可再生、環(huán)境友好型燃料成為各國研究的熱門課題。同時(shí),近年來地溝油重返餐桌的現(xiàn)象屢見不鮮,對(duì)人體健康帶來極大的危害。發(fā)展地溝油生物柴油產(chǎn)業(yè)不僅是保證國家能源安全、減少排放污染的有效手段,更是將地溝油變廢為寶的有效途徑。本文以4JB1型柴油機(jī)為研究對(duì)象,分析不同體積比的地溝油生物柴油和純柴油摻燒對(duì)柴油機(jī)動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性和排放性的影響。研究發(fā)現(xiàn),燃用混合燃料出現(xiàn)扭矩惡化、NO_x排放大幅增加的問題,為保證扭矩不受影響,本文選用體積比為30%的混合燃料(簡(jiǎn)稱B30)進(jìn)行研究,選擇提前關(guān)閉進(jìn)氣門實(shí)現(xiàn)米勒循環(huán),在扭矩基本不變的情況下對(duì)生物柴油發(fā)動(dòng)機(jī)排放進(jìn)行控制和優(yōu)化。首先,將變氣門重疊角和變凸輪型線兩種米勒循環(huán)實(shí)現(xiàn)方式對(duì)原機(jī)帶來的影響進(jìn)行對(duì)比分析,選擇變凸輪型線米勒循環(huán)方式與地溝油生物柴油相結(jié)合。經(jīng)過計(jì)算分析得到高、中轉(zhuǎn)速,不同負(fù)荷下燃用B30時(shí)NO_x和Soot排放與純柴油排放相當(dāng)時(shí)所對(duì)應(yīng)的進(jìn)氣門提前關(guān)閉角度。由于低轉(zhuǎn)速下控制效果不理想,故將可變渦輪截面增壓器(VGT)與米勒循環(huán)相結(jié)合,利用DOE試驗(yàn)設(shè)計(jì)與遺傳算法實(shí)現(xiàn)多目標(biāo)優(yōu)化。研究表明:(1)在不對(duì)柴油機(jī)結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整的前提下,建議燃用體積比在40%以內(nèi)的混合燃料,發(fā)動(dòng)機(jī)燃用B40時(shí)最大扭矩點(diǎn)扭矩降低6.2%,NO_x排放濃度增加27.7%,Soot排放濃度降低40%,燃油消耗率在25%負(fù)荷下增長(zhǎng)率最高達(dá)到12.7%。(2)原機(jī)最大扭矩工況點(diǎn)下,兩種米勒循環(huán)隨進(jìn)氣門提前關(guān)閉角的增加,性能變化趨勢(shì)基本一致,相比之下變氣門重疊角米勒循環(huán)變化速率更加明顯。在進(jìn)氣門提前關(guān)閉角度為60°CA時(shí),變氣門重疊角米勒循環(huán)扭矩開始惡化,此時(shí)變氣門重疊角米勒循環(huán)和變凸輪型線米勒循環(huán)NO_x濃度降低分別降低83.7%和51.2%。(3)在不影響扭矩的前提下,得到在中、高轉(zhuǎn)速下燃用B30混合燃料NO_x排放和Soot排放與燃用純柴油排放相當(dāng)?shù)臅r(shí)所對(duì)應(yīng)的進(jìn)氣門提前關(guān)閉角度。(4)在低速100%和50%負(fù)荷時(shí)燃用B30,進(jìn)氣門提前關(guān)閉角分別為98°CA和85°CA,VGT閥門開度分別為0.25和0.16時(shí),多目標(biāo)優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)值最優(yōu),此時(shí)NO_x分別比優(yōu)化前降低23.17%和8.2%。雖然Soot排放有所上升,但與燃用純柴油的Soot排放相當(dāng)。
【圖文】：

改變凸輪軸與曲軸之間的相對(duì)角度，該機(jī)構(gòu)不可改變氣門升程曲線的形狀僅能夠?qū)崿F(xiàn)升程曲線的平移[35]。例如豐田公司開發(fā)的進(jìn)氣道可變氣門正時(shí)系統(tǒng)（VVT-i）運(yùn)用的就是凸輪軸調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，在電子控制器（ECU）中存儲(chǔ)了各個(gè)工況下的優(yōu)化參數(shù)，發(fā)動(dòng)機(jī)在工況改變后，ECU 會(huì)通過檢測(cè)得到的轉(zhuǎn)速和負(fù)荷查找該工況下對(duì)應(yīng)的參數(shù)，調(diào)相機(jī)構(gòu)會(huì)根據(jù)控制參數(shù)切換機(jī)油通道，使內(nèi)外轉(zhuǎn)子發(fā)生相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。其定時(shí)器結(jié)構(gòu)如圖 1-1 所示。外轉(zhuǎn)子隨著曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)內(nèi)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)，內(nèi)轉(zhuǎn)子與凸輪軸相連，內(nèi)外轉(zhuǎn)子相對(duì)位置的改變就能夠?qū)崿F(xiàn)凸輪型線相對(duì)于曲軸轉(zhuǎn)角向前或向后平移。1.3.1.2 三維凸輪調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)典型的三維凸輪調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)是來自 Fiat 的可變氣門正時(shí)機(jī)構(gòu)[37]，如圖 1-2 所示。三維凸輪沿凸輪軸方向的厚度較大，并且凸輪型線會(huì)沿著凸輪軸方向發(fā)生改變，通過液壓機(jī)構(gòu)使三維圖論沿軸向移動(dòng)，通過改變與可傾斜導(dǎo)板接觸的凸輪型線，實(shí)現(xiàn)氣門升程以及氣門正時(shí)的變化。

改變凸輪軸與曲軸之間的相對(duì)角度，該機(jī)構(gòu)不可改變氣門升程曲線的形狀僅能夠?qū)崿F(xiàn)升程曲線的平移[35]。例如豐田公司開發(fā)的進(jìn)氣道可變氣門正時(shí)系統(tǒng)（VVT-i）運(yùn)用的就是凸輪軸調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，在電子控制器（ECU）中存儲(chǔ)了各個(gè)工況下的優(yōu)化參數(shù)，發(fā)動(dòng)機(jī)在工況改變后，，ECU 會(huì)通過檢測(cè)得到的轉(zhuǎn)速和負(fù)荷查找該工況下對(duì)應(yīng)的參數(shù)，調(diào)相機(jī)構(gòu)會(huì)根據(jù)控制參數(shù)切換機(jī)油通道，使內(nèi)外轉(zhuǎn)子發(fā)生相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。其定時(shí)器結(jié)構(gòu)如圖 1-1 所示。外轉(zhuǎn)子隨著曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)內(nèi)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)，內(nèi)轉(zhuǎn)子與凸輪軸相連，內(nèi)外轉(zhuǎn)子相對(duì)位置的改變就能夠?qū)崿F(xiàn)凸輪型線相對(duì)于曲軸轉(zhuǎn)角向前或向后平移。1.3.1.2 三維凸輪調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)典型的三維凸輪調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)是來自 Fiat 的可變氣門正時(shí)機(jī)構(gòu)[37]，如圖 1-2 所示。三維凸輪沿凸輪軸方向的厚度較大，并且凸輪型線會(huì)沿著凸輪軸方向發(fā)生改變，通過液壓機(jī)構(gòu)使三維圖論沿軸向移動(dòng)，通過改變與可傾斜導(dǎo)板接觸的凸輪型線，實(shí)現(xiàn)氣門升程以及氣門正時(shí)的變化。
【學(xué)位授予單位】：西南交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TK421.5

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2615974