本文關(guān)鍵詞：汽油機(jī)可控廢氣旁通渦輪增壓技術(shù)研究

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【摘要】：在世界經(jīng)濟(jì)全球化的今天,經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展,而經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展也在快速地消耗著不可再生的石油資源,為了避免石油資源的過(guò)度消耗,人類必須積極采取措施,使人類的未來(lái)能夠可持續(xù)發(fā)展。在解決石油危機(jī)這一全世界都要面對(duì)的問(wèn)題上,世界各國(guó)都在積極采取各項(xiàng)措施節(jié)約能源的使用。隨著人們生活水平的提高,汽車已經(jīng)走進(jìn)千家萬(wàn)戶,汽車的保有量很大,每年汽車都會(huì)消耗巨大的石油能源,占整個(gè)石油消耗的很大比例。隨著我國(guó)居民購(gòu)車量的不斷提升,汽車的石油消耗已經(jīng)越來(lái)越受到政府的重視。因此,要大力發(fā)展針對(duì)汽車的節(jié)能技術(shù),這一趨勢(shì)是不可阻擋的。為了實(shí)行汽車節(jié)能技術(shù),科研人員發(fā)明了很多實(shí)用、高效的發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù),其中比較有代表性且與本文相關(guān)的就包括缸內(nèi)直噴技術(shù)以及渦輪增壓技術(shù)。缸內(nèi)直噴技術(shù)與傳統(tǒng)的進(jìn)氣道噴射相比,具有熱效率高、油耗低、排放低的優(yōu)點(diǎn),是今后汽車發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)研究與應(yīng)用的重要方向。而渦輪增壓技術(shù)可以在保證發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力輸出的前提下,有效地減小發(fā)動(dòng)機(jī)的尺寸,提高升功率,且成本較低。又因?yàn)闇u輪增壓器能夠有效地利用發(fā)動(dòng)機(jī)的廢氣能量,可以充分利用能量,這些都使得渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)具有較好的經(jīng)濟(jì)性和動(dòng)力性,同樣也是未來(lái)發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)展方向[1]。本文將使用某缸內(nèi)直噴渦輪增壓汽油機(jī)作為研究對(duì)象,通過(guò)對(duì)其進(jìn)行廢氣旁通的優(yōu)化研究,以期挖掘更多的提高經(jīng)濟(jì)性的潛力。渦輪增壓技術(shù)在柴油機(jī)上已經(jīng)應(yīng)用了很長(zhǎng)時(shí)間,而在汽油機(jī)上應(yīng)用時(shí)間尚短。相比柴油機(jī)渦輪增壓,汽油機(jī)渦輪增壓具有熱負(fù)荷高,易爆震,轉(zhuǎn)速負(fù)荷變化區(qū)間大等特點(diǎn)。另外汽油機(jī)是通過(guò)調(diào)節(jié)節(jié)氣門開度來(lái)調(diào)節(jié)負(fù)荷的,其在進(jìn)氣方面與柴油機(jī)不同。雖然汽油機(jī)向渦輪增壓化發(fā)展的趨勢(shì)已經(jīng)確定,但是還有很多細(xì)節(jié)問(wèn)題需要不斷探索。汽油機(jī)在工作時(shí)為了獲得更大的扭矩輸出,汽油機(jī)往往采取廢氣渦輪增壓的方式提高進(jìn)氣壓力以增大進(jìn)氣量。但由于汽油機(jī)的運(yùn)行工況是瞬變的,發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速可以從怠速直接變化到最高轉(zhuǎn)速,也可以從小負(fù)荷突變到大負(fù)荷,因此固定蝸殼和渦輪大小的廢氣渦輪增壓器并不能在汽油機(jī)運(yùn)行的所有工況范圍內(nèi)都保持高效,廢氣渦輪增壓器匹配到高轉(zhuǎn)速大負(fù)荷會(huì)造成低轉(zhuǎn)速時(shí)扭矩不足,而匹配到低轉(zhuǎn)速小負(fù)荷又會(huì)在高轉(zhuǎn)速大負(fù)荷時(shí)產(chǎn)生過(guò)增壓和較大的排氣阻力。為應(yīng)對(duì)上述問(wèn)題,現(xiàn)在較為普遍的解決方法是將廢氣渦輪增壓器匹配到低轉(zhuǎn)速,保證汽油機(jī)的低速扭矩輸出,而到高轉(zhuǎn)速大負(fù)荷時(shí)采用廢氣旁通閥放氣的形式將過(guò)多的廢氣旁通掉,降低壓氣機(jī)的增壓壓力。然而廢氣渦輪增壓器在提升進(jìn)氣壓力的同時(shí)也增大了發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣阻力,但因?yàn)槠湓龃罅税l(fā)動(dòng)機(jī)的功率輸出,這部分損失也往往被忽略。但是,轎車用汽油機(jī)大多時(shí)間是在部分負(fù)荷工況下工作的,對(duì)于汽油機(jī)量調(diào)節(jié)的負(fù)荷控制方式來(lái)說(shuō),部分負(fù)荷節(jié)氣門未全開,節(jié)氣門后壓力往往低于一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓,也就是說(shuō),發(fā)動(dòng)機(jī)不需要進(jìn)氣增壓也能滿足部分負(fù)荷工況的進(jìn)氣量需求,此時(shí)繼續(xù)保持廢氣渦輪增壓器增壓狀態(tài)反而會(huì)增大發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣阻力,降低發(fā)動(dòng)機(jī)部分負(fù)荷的經(jīng)濟(jì)性。本文中所要探究的問(wèn)題就是,當(dāng)節(jié)氣門開度較小時(shí),如果渦輪增壓器繼續(xù)介入工作的話,就會(huì)造成渦輪增壓器一方面給節(jié)氣門前進(jìn)氣道提供高壓進(jìn)氣,而由于節(jié)氣門開度較小,節(jié)流作用強(qiáng),一方面節(jié)氣門又在阻礙進(jìn)氣,這樣會(huì)造成排氣背壓高,換氣損失大,缸內(nèi)殘余廢氣增加等影響,既不能有效利用渦輪增壓器的優(yōu)勢(shì),又使得發(fā)動(dòng)機(jī)本身的性能受到影響。為此,本文對(duì)某直噴渦輪增壓汽油機(jī)進(jìn)行了研究,通過(guò)模擬和試驗(yàn)找出哪些工況下渦輪增壓器應(yīng)該介入工作,哪些工況下渦輪增壓器應(yīng)該不工作,其中渦輪增壓器工作與不工作的控制是靠控制廢氣旁通閥來(lái)實(shí)現(xiàn)的,廢氣旁通閥開啟,大量廢氣被旁通掉,則渦輪增壓器不工作;廢氣旁通閥關(guān)閉,大量廢氣流經(jīng)渦輪機(jī),則渦輪增壓器工作。具體的研究工作包括以下幾個(gè)方面:(1)研究平臺(tái)的搭建,其中包括搭建所研究的某缸內(nèi)直噴渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)的GT-POWER模型,搭建所研究的某直噴渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)的試驗(yàn)臺(tái)架,為后續(xù)的研究工作做好準(zhǔn)備。(2)通過(guò)模擬計(jì)算得到各工況時(shí)廢氣旁通閥的最佳開度。(3)通過(guò)試驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證上述模擬結(jié)果,得到發(fā)動(dòng)機(jī)常用工況時(shí)廢氣旁通閥的最佳開度,并研究增壓器介入過(guò)程所產(chǎn)生的扭矩超調(diào)問(wèn)題。(4)設(shè)計(jì)一種雙真空罐式的汽油機(jī)廢氣渦輪旁通閥控制結(jié)構(gòu),以實(shí)現(xiàn)本文所研究出的廢氣旁通閥的控制方法。(5)總結(jié)與歸納還存在的問(wèn)題,展望以后需要繼續(xù)研究的工作。通過(guò)研究發(fā)現(xiàn),在不同轉(zhuǎn)速時(shí),所研究的發(fā)動(dòng)機(jī)在負(fù)荷較小時(shí),廢氣旁通閥應(yīng)完全打開,以減小排氣背壓,這樣可以使發(fā)動(dòng)機(jī)的經(jīng)濟(jì)性和動(dòng)力性提高3%左右。發(fā)動(dòng)機(jī)在負(fù)荷較大時(shí),應(yīng)使廢氣旁通閥完全關(guān)閉,使發(fā)動(dòng)機(jī)以渦輪增壓模式工作。本文還設(shè)計(jì)出了一種雙真空罐式的汽油機(jī)廢氣渦輪旁通閥控制結(jié)構(gòu),可以實(shí)現(xiàn)對(duì)廢氣旁通閥的有效控制。
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：U464.171

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本文編號(hào)：1243797