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

【摘要】：高原地區(qū)較低的大氣環(huán)境壓力給柴油機帶來諸多不利影響,如動力性下降、經(jīng)濟性惡化、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)運行的柴油機,研究重點是解決柴油機的可靠性與高原性能恢復。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的排放限值,使得運行在不同海拔下的內燃機污染物排放也受到了相應的重視與關注。傳統(tǒng)的固定截面渦輪增壓系統(tǒng)難以保證運行在不同海拔下柴油機的進氣需求,并且在高海拔地區(qū)還將導致嚴重的進排氣逆差問題。排氣再循環(huán)(EGR)技術的使用,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。為了獲得柴油機在不同海拔下運行時的良好特性,提出了 VNT與EGR耦合對不同大氣壓力下車用柴油機性能與排放的研究,進行了深入的理論分析與系統(tǒng)的試驗研究。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動力性、經(jīng)濟性、燃燒特性以及排放性能的影響關系。結果表明:在不同大氣壓力下,采用VNT可以提高柴油機的動力性與改善燃油經(jīng)濟性,并且隨著海拔的升高,VNT對于燃油經(jīng)濟性的改善幅度越大。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;在高負荷與全負荷工況下,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)開度可能導致中小負荷工況的CO比排放增加。在高原地區(qū)的不同負荷下,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驅動方式,試驗研究了不同大氣壓力下基于VNT的EGR對柴油機動力性、經(jīng)濟性、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。基于VNT噴嘴環(huán)開度驅動EGR率的方式,進氣流量與空燃比隨EGR率的變化趨勢與選取的VNT噴嘴環(huán)開度范圍有關。EGR對柴油機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,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)的高速高負荷工況,采用基于VNT驅動的EGR方式,能夠同時降低NOx與煙度排放。(3)基于響應曲面法,以響應曲面圖的形式研究分析了不同大氣壓力下VNT與EGR耦合對柴油機關鍵性能參數(shù)的影響關系,結果表明:VNT與EGR耦合時,在不同的運行工況下,動力性和經(jīng)濟性表現(xiàn)出不同的變化趨勢。在中低轉速,在EGR閥開度關閉或者開度較小時,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,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,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閥關閉或者開度較小時,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,隨著VNT噴嘴環(huán)開度的增大,NOx比排放升高,中低轉速的CO比排放降低,而高速的CO比排放呈現(xiàn)相反的趨勢。(4)針對運行在高原地區(qū)的高壓共軌柴油機,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系、折中燃油經(jīng)濟性與排放性能之間的矛盾,選取了對柴油機性能影響顯著的標定變量,在保持原機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,利用支持向量機建模,遺傳算法優(yōu)化,在全工況范圍內,進行了經(jīng)濟性與排放性能的多目標綜合優(yōu)化。結果表明:優(yōu)化之后的標定變量MAP,保持了原機的動力性,并且滿足耐久性約束與最低冒煙限制的條件;與原機相比,在選取的36個優(yōu)化工況點,優(yōu)化之后的燃油經(jīng)濟性略有改善,在不嚴重惡化煙度排放同時,NOx比排放平均降低52.92%。通過多目標優(yōu)化方法,可以平衡高原地區(qū)柴油機面臨動力性下降、經(jīng)濟性惡化、可靠性較差以及部分污染物排放較高的矛盾,能夠實現(xiàn)高原地區(qū)車用柴油機良好的綜合性能。
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【學位授予單位】：昆明理工大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：U464.172

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本文編號：1703464