可变几何排气管增压系统与其他增压系统的对比计算研究

为了解决某船用8缸机高低负荷兼顾的问题,提出了1种全新的可变几何排气管增压系统,它通过安装在排气管上的可控阀门来实现增压方式的转换。利用GT-POWER对可变几何排气管增压系统进行了计算研究,根据油耗最优原则找出其阀门开和阀门关之间的切换点在50%负荷;又分别对四脉冲增压系统、PC系统、MPC系统和MIXPC系统进行了计算研究。计算结果表明:在25%、50%、75%、100%负荷,可变几何排气管增压系统的油耗均小于四脉冲增压系统、MPC增压系统和MIXPC增压系统的油耗,扫气系数均大于四脉冲增压系统、MPC增压系统和MIXPC增压系统的扫气系数。     

可变几何排气管增压系统高原适应性计算研究北大核心CSCD

建立并校核了D6114柴油机的原机性能仿真模型,并通过压气机图谱的高原特性修正和增加调节阀将其改建成可变几何排气管增压系统模型,进行了固定海拔、固定转速和变海拔性能计算。研究结果表明:可变几何排气管增压系统通过开启调节阀可以改善中高转速的动力和经济性能,而对低速工况作用较小;除海拔2 000m以外,其他海拔下发动机转速上升到1 400r/min时需要开启调节阀;可变几何排气管增压系统可以使最大扭矩和最低燃油消耗率所对应的转速不随海拔高度的变化而变化。     

可变几何排气管增压系统的模拟试验研究

针对可变几何排气管增压系统在6缸机上的应用效果进行了模拟试验研究,利用原机脉冲增压系统排气管模拟阀门关,用新加工的准定压增压系统排气管模拟阀门开。试验结果表明:在标定工况下准定压增压系统的油耗比脉冲增压系统的油耗降低4.7 g/(kW.h)。原因是当增压方式为准定压增压系统时,在强制排气过程中,排气管内排气平均压力减小,使泵气负功减小,油耗下降。     

可变进气对船用柴油机性能影响的试验研究

为了探究可变进气系统对船用柴油机性能的影响,在一台配备进气可变配气和进气旁通阀的船用中速柴油机上开展试验研究。分别在可变配气机构处于强米勒正时和弱米勒正时,进气旁通阀处于开启和关闭状态下开展船用柴油机螺旋桨特性试验。试验结果表明：采用弱米勒正时可降低燃油消耗率,但是最高燃烧压力和NO_x比排放增加,燃油消耗率降低幅度随负荷升高而减小,最高燃烧压力和NO_x比排放增加幅度随负荷升高而增加,弱米勒正时对低负荷优化效果更明显。受到最高燃烧压力限制,高负荷必须采用强米勒正时。弱米勒正时角度从20°增加到30°,燃油消耗率基本不变,最高燃烧压力和NO_x比排放进一步增加,对于试验柴油机而言,20° 弱米勒正时配置更优。开启进气旁通阀可以提高中低负荷增压压力,降低燃油消耗率、排温和烟度。在超低负荷及高负荷时开启进气旁通阀效果与中低负荷相反。在25%及50%负荷下应用可变进气技术,燃油消耗率分别降低6.0%和2.9%、烟度分别降低61.6%和59.7%。合理的可变进气系统控制策略可有效优化船用柴油机性能。     

新型相继增压系统对船用柴油机性能影响的研究

将传统定涡轮相继增压系统的主增压器替换为可变截面涡轮增压器（Variable geometry turbocharger,VGT）,完成VGT相继增压（VGT-Sequential Turbo Charging,STC-VGT）系统改造及其开度控制装置设计。通过试验,研究0%、10%、25%、40%、55%、70%、85%和100%八个不同开度对STC-VGT增压柴油机分别以1/2TC运行的性能影响。结果表明：STC-VGT系统1TC运行时,相比原机,动力性改善明显,NOx排放量升高,Soot排放量降低,同时,随着负荷的增加,燃油消耗率均呈现先降低后升高的趋势;以2TC运行,当VGT开度大于70%时,动力性整体相比原机有所下降,最大降幅约为1.16MPa,NOx排放量降低,Soot排放上升,燃油消耗率整体高于原机。之后,建立多目标灰色决策模型,通过主客观赋权的方法计算得出1/2TC各研究负荷所对应的最佳VGT开度,并根据燃油经济性最优原则确定STC-VGT系统1/2TC切换点为50%Pe0、切换开度为0%。最后,对STC-VGT系统性能进行评估,其结果表明：该系统以各负荷最佳VGT开度运行时,燃油经济性整体优于原机,且10%Pe0≤Pe<80%Pe0时,也优于传统定涡轮相继增压;同时Soot排放性能整体优于原机和传统定涡轮相继增压,但NOx排放与之相反。因此,柴油机采用STC-VGT系统动力性、经济性和Soot排放性均得到有效提升,但NOx排放性能有所下降。     

两级增压对船用柴油机性能影响的试验

以国产6CS21型发电用柴油机为对象,研究了两级增压技术对船用柴油机性能的影响.结果表明:两级增压技术的应用可以显著提高柴油机功率密度,采用可变气门正时(VVT)技术可以解决强米勒技术应用下柴油机在低负荷时过量空气系数不足的问题,共轨压力的提高有利于降低两级增压柴油机烟度排放.与单级增压柴油机相比,两级增压柴油机功率可提高13.6%,加权燃油消耗率降低了11.6 g/(kW·h),柴油机排气温度在全负荷下平均降低23℃,标定负荷压比可达7.15,加权NO_x排放比原机降低了11.8%,可同时满足IMO TierⅡ和内河近海中国第Ⅰ阶段排放法规要求.     

压缩比对增压柴油机低负荷经济性的影响

以4108增压柴油机为研究对象,采用AVL-boost发动机性能仿真软件分析了压缩比对增压柴油机气缸压力和低负荷经济性能的影响。研究结果表明,提高增压柴油机的几何压缩比能够有效改善低负荷工况的经济性,压缩比由17.5提高到20.0时,在25%负荷下,指示燃油消耗率降低约2.2%,在15%负荷下,指示燃油消耗率降低约2.67%;提高增压柴油机几何压缩比的程度,受限于高负荷工况运行的可靠性。     

船用两级增压柴油机性能仿真研究

在一台船用柴油机上进行了两级增压性能仿真研究,分析了进排气旁通和高压级涡轮旁通对船用两级增压柴油机性能的影响。以原机单级增压柴油机计算数据为对比基准,计算研究了不同工况下船用两级增压柴油机的性能和排放特性,研究结果表明:与原机相比,两级增压柴油机燃油消耗率比原机平均降低了10.25(g·(k W·h)-1),涡前排温平均降低69.31℃,NOx加权排放降低了0.73(g·(k W·h)-1),柴油机经济性、热负荷以及NOx排放特性得到显著改善。     

基于虚拟标定技术研究柴油机燃油消耗率和NOx排放的鲁棒性

在虚拟标定台架上进行了涡轮增压器废气旁通阀门开启特性和文丘里管压差信号偏移对柴油机燃油消耗率和氮氧化物排放影响的研究,揭示了上述两种因素分别作用下的发动机性能排放的鲁棒性.结果表明:大负荷工况下,废气旁通阀门开启特性正向偏移使泵气损失增大,燃油消耗率显著恶化,在偏移量为10 kPa时,全球统一重型发动机瞬态试验循环(WHTC)平均燃油消耗率相比标准状态升高0.68%;文丘里管压差信号偏移导致实际再循环废气流量变化,发动机原机(不加装后处理系统)氮氧排放变化显著.压差信号偏移量与瞬态测试循环平均燃油消耗率与氮氧排放呈线性变化规律,其中燃油消耗率变化随偏移量正向增大而降低,在偏移量为4 kPa时燃油消耗率相比标准状态降低0.23%;氮氧化物排放与压差信号偏移量呈线性正相关关系,偏移量为4 kPa时循环平均氮氧化物排放升高8.61%.     

乙醇/柴油不同掺醇途径的性能对比

为了对乙醇/柴油混合燃料的应用和研究获取更全面的认识,在增压柴油机上对比了燃用纯柴油时与泵掺法(高压油泵掺醇)、化醇法和蒸气法(进气道掺醇)对排放性能的影响.研究结果表明,泵掺法的当量燃油消耗率优于原机;化醇法和蒸气法在低、中负荷范围内的当量燃油消耗率增大,在中、大负荷范围内接近原机水平,泵掺法的HC排放较原机有一定的增加;CO排放在小负荷工况略有上升,大负荷时明显低于原机;NO_x排放有所下降,排气烟度显著降低,化醇法和蒸气法与原机比较,在所有工况的HC、CO排放均大幅上升;NO_x排放降低的幅度不大,排气烟度有一定的降低.高压油泵掺醇方式对增压柴油机性能的改善效果明显优于进气道掺醇方式。     

基于dSPACE的柴油机相继增压系统试验研究

为了加快柴油机相继增压控制系统的开发进度,降低开发成本,选用dSPACE实时仿真平台作为相继增压系统控制原型,在TBD234V12相继增压柴油机试验台上进行了相继增压稳态性能试验和动态切换试验。试验结果表明:基于dSPACE实时仿真平台开发的相继增压控制软件及自制硬件电路可以实现对相继增压系统的有效控制,确定以经济性最优为原则的相继增压切换边界。根据动态切换试验数据,确定TBD234V12柴油机相继增压切换延迟时间合理范围为0.5～1.0s。     

柴油机大小涡轮相继增压系统瞬态切换策略

针对大小涡轮相继增压系统的两条切换转速线进行了外特性工况的瞬态切换试验,试验结果显示控制阀门同时开闭会出现压气机喘振和发动机进气波动大等问题,通过分析切换过程中相关性能参数的变化情况,总结出了外特性工况瞬态切换过程中阀门的最佳开闭规律:由小增压器(TC)切换至大TC时,以阀门2的开启时刻为基准,阀门1滞后1.1s开启,阀门3滞后1.3s关闭;由大TC切换至小TC时,以阀门4开启时刻为基准,阀门3滞后0.9s开启,阀门1滞后1s关闭;由大TC切换至大小2TC时,阀门3比阀门4滞后0.3s开启;而由2TC切换至大TC时,阀门3比阀门4滞后0.3s关闭。最后,通过进一步试验确定了不同负荷下的阀门切换规律。     

大小涡轮三阶段相继增压系统性能试验研究

对某型柴油机采用两台不同尺寸涡轮增压器的三阶段相继增压系统的性能进行了试验研究。对柴油机只采用小增压器、只采用大增压器和同时采用大小2台增压器并联3种不同增压方式进行了全工况试验,并通过对试验结果的比较和分析提出了大小涡轮三阶段相继增压系统方案,确定了以燃油经济性最优为原则的切换边界。之后,对大小涡轮三阶段相继增压方案进行了试验,试验结果表明其性能比原机有较大的改善,尤其是在低速大负荷工况,燃油消耗率最高降低约7.1%,碳烟排放最高降低达70.2%,涡前排温最高降低近12.6%。     

基于空燃比控制的可调两级增压动态性能研究

以6缸可调两级增压柴油机为研究对象,设计了高压涡轮旁通闭环控制系统;建立了前馈式PI闭环控制算法,在瞬态过程中采用根据空燃比及其变化率对旁通阀开度进行调节的策略。瞬态工况试验表明,设计的闭环控制系统和算法对发动机动态响应性能的提高具有明显的效果。当发动机喷油量或者转速增加时,系统判断其进入加速或加载阶段,旁通阀立即关闭,进气压力迅速建立,减弱了涡轮增压系统的迟滞效应;当过量空气系数出现上升趋势时,旁通阀调节至查表所得的开度,待发动机喷油量和转速均不发生变化时,系统判断发动机恢复稳态,进入稳态闭环调节模式。对比其他不含动态判断的情况,发动机动态响应特性明显提升。     

二级增压重型柴油机排放和燃烧特性的试验研究

在一台电控高压共轨柴油机上进行二级增压优化匹配,并以单级增压作为对比基准,分析了不同工况下二级增压柴油机的性能、排放与燃烧特性,研究了进气温度对其的影响。试验结果表明:相对单级增压,柴油机二级增压后低速外特性扭矩达到1 170N.m,烟度与燃油经济性改善幅度分别为99.3%和13.4%;二级增压能够提高EGR的引入能力,减小进气节流损失,并可显著改善中低转速、高负荷时NOx与烟度和燃油消耗率之间的平衡关系;在压气机特性图中二级增压柴油机的运行线远离喘振边界线;在各个工况下,进气温度升高使NOx比排放快速增加,导致柴油机NOx与烟度之间的平衡关系变差。     

柴油机相继增压系统的理论与试验研究

在一台6缸中速船用柴油机上进行了相继增压系统的研究。试验结果表明,配有两台不同尺寸增压器的相继增压系统能显著改善柴油机的低转速性能。本研究设计加工的两个相继增压切换阀由微机根据运行工况自动控制,运作良好。一个经改善的“特征线法”程序被用以模拟计算所研究的相继增压排气管系,所得计算结果与实测相当吻合。     

可调二级增压柴油机瞬态加载性能的试验

对柴油机用可调二级增压系统进行了瞬态加载试验研究,建立了可调二级增压系统的柴油机瞬态试验系统,通过全工况范围内的稳态试验进行了可调二级增压旁通阀调节规律分析研究.基于稳态的旁通阀调节规律确定了瞬态加载过程的试验方法,进行了3条转速线上的瞬态定转速加载性能试验.试验结果表明:较低转速高负荷时应关闭涡轮旁通阀来改善燃烧,相应瞬态过程中在低负荷时也应关闭旁通阀来避免增压压力上升缓慢和排放性能差等问题.针对较高转速提出了一种修正调节规律,从而有效地提高了增压系统对柴油机加载过程的响应特性,同时也改善了烟度排放.     

结构最简单的MIXPC增压系统

主要介绍了最新开发的1+2 MIXPC涡轮增压系统及其排气管系。已应用于X8320ZC4B及16VPA6STC 等高增压中速机上,性能模拟计算和试验结果表明是成功的。这是一种结构最简单的MIXPC涡轮增压系统。