本文選題：高壓共軌　切入點(diǎn)：柴油機(jī)　出處：《昆明理工大學(xué)》2017年博士論文

【摘要】：高原地區(qū)較低的大氣環(huán)境壓力給柴油機(jī)帶來諸多不利影響,如動力性下降、經(jīng)濟(jì)性惡化、部分污染物排放增加以及可靠性下降等問題。過去針對高原地區(qū)運(yùn)行的柴油機(jī),研究重點(diǎn)是解決柴油機(jī)的可靠性與高原性能恢復(fù)。隨著"輕型汽車污染物排放限制及測量方法(中國第六階段)"的發(fā)布,其中規(guī)定了輕型汽車在不同海拔高度下必須滿足相應(yīng)的排放限值,使得運(yùn)行在不同海拔下的內(nèi)燃機(jī)污染物排放也受到了相應(yīng)的重視與關(guān)注。傳統(tǒng)的固定截面渦輪增壓系統(tǒng)難以保證運(yùn)行在不同海拔下柴油機(jī)的進(jìn)氣需求,并且在高海拔地區(qū)還將導(dǎo)致嚴(yán)重的進(jìn)排氣逆差問題。排氣再循環(huán)(EGR)技術(shù)的使用,使得這些問題更加突出,而采用可變噴嘴渦輪增壓器(VNT)可以有效緩解上述問題。為了獲得柴油機(jī)在不同海拔下運(yùn)行時(shí)的良好特性,提出了 VNT與EGR耦合對不同大氣壓力下車用柴油機(jī)性能與排放的研究,進(jìn)行了深入的理論分析與系統(tǒng)的試驗(yàn)研究。主要的工作集中在以下幾個方面:(1)系統(tǒng)研究了 VNT對不同大氣壓力下高壓共軌柴油機(jī)動力性、經(jīng)濟(jì)性、燃燒特性以及排放性能的影響關(guān)系。結(jié)果表明:在不同大氣壓力下,采用VNT可以提高柴油機(jī)的動力性與改善燃油經(jīng)濟(jì)性,并且隨著海拔的升高,VNT對于燃油經(jīng)濟(jì)性的改善幅度越大。在高原地區(qū)的低速與高速工況,為了防止壓氣機(jī)喘振與超速現(xiàn)象的發(fā)生均不宜采用過小的VNT噴嘴環(huán)開度。在中小負(fù)荷工況下,NOx比排放隨著VNT噴嘴環(huán)開度的增大或者大氣壓力的降低而升高;在高負(fù)荷與全負(fù)荷工況下,NOx比排放隨著VNT噴嘴環(huán)開度的增大或者大氣壓力的降低而降低。在海拔較低的地區(qū),較小的VNT噴嘴環(huán)開度可能導(dǎo)致中小負(fù)荷工況的CO比排放增加。在高原地區(qū)的不同負(fù)荷下,煙度排放隨著VNT噴嘴環(huán)開度變化呈現(xiàn)出不同的變化趨勢。(2)采用基于VNT的EGR驅(qū)動方式,試驗(yàn)研究了不同大氣壓力下基于VNT的EGR對柴油機(jī)動力性、經(jīng)濟(jì)性、燃燒性能以及排放的影響以及隨大氣壓力變化的規(guī)律。研究表明:隨著大氣壓力的升高,EGR率的容忍能力增強(qiáng)。基于VNT噴嘴環(huán)開度驅(qū)動EGR率的方式,進(jìn)氣流量與空燃比隨EGR率的變化趨勢與選取的VNT噴嘴環(huán)開度范圍有關(guān)。EGR對柴油機(jī)性能的影響主要體現(xiàn)在空燃比的變化上。在不同的大氣壓力下,NOx比排放均隨著EGR率的增大而降低;在EGR率相同時(shí),隨著大氣壓力的升高,NOx比排放升高,CO比排放降低。在高原地區(qū)的高速高負(fù)荷工況,采用基于VNT驅(qū)動的EGR方式,能夠同時(shí)降低NOx與煙度排放。(3)基于響應(yīng)曲面法,以響應(yīng)曲面圖的形式研究分析了不同大氣壓力下VNT與EGR耦合對柴油機(jī)關(guān)鍵性能參數(shù)的影響關(guān)系,結(jié)果表明:VNT與EGR耦合時(shí),在不同的運(yùn)行工況下,動力性和經(jīng)濟(jì)性表現(xiàn)出不同的變化趨勢。在中低轉(zhuǎn)速,在EGR閥開度關(guān)閉或者開度較小時(shí),空燃比隨著VNT噴嘴環(huán)開度的增大而降低;在EGR閥開度較大時(shí),空燃比隨著VNT噴嘴環(huán)開度增大的呈現(xiàn)相反的趨勢。在高速時(shí),無論EGR閥開度的如何變化,空燃比均隨著VNT噴嘴環(huán)開度的增大而降低。在EGR閥關(guān)閉或者開度較小時(shí),隨著VNT噴嘴環(huán)開度的增大,NOx比排放降低,CO比排放升高;在EGR閥開度較大時(shí),隨著VNT噴嘴環(huán)開度的增大,NOx比排放升高,中低轉(zhuǎn)速的CO比排放降低,而高速的CO比排放呈現(xiàn)相反的趨勢。(4)針對運(yùn)行在高原地區(qū)的高壓共軌柴油機(jī),為了解決VNT與EGR的耦合問題、緩解NOx與碳煙固有的此消彼長關(guān)系、折中燃油經(jīng)濟(jì)性與排放性能之間的矛盾,選取了對柴油機(jī)性能影響顯著的標(biāo)定變量,在保持原機(jī)動力性不變以及滿足其耐久性約束與最低冒煙限制的條件下,利用支持向量機(jī)建模,遺傳算法優(yōu)化,在全工況范圍內(nèi),進(jìn)行了經(jīng)濟(jì)性與排放性能的多目標(biāo)綜合優(yōu)化。結(jié)果表明:優(yōu)化之后的標(biāo)定變量MAP,保持了原機(jī)的動力性,并且滿足耐久性約束與最低冒煙限制的條件;與原機(jī)相比,在選取的36個優(yōu)化工況點(diǎn),優(yōu)化之后的燃油經(jīng)濟(jì)性略有改善,在不嚴(yán)重惡化煙度排放同時(shí),NOx比排放平均降低52.92%。通過多目標(biāo)優(yōu)化方法,可以平衡高原地區(qū)柴油機(jī)面臨動力性下降、經(jīng)濟(jì)性惡化、可靠性較差以及部分污染物排放較高的矛盾,能夠?qū)崿F(xiàn)高原地區(qū)車用柴油機(jī)良好的綜合性能。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：昆明理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：U464.172

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本文編號：1703464