涡轮增压中冷管辐射噪声分析及优化

车用涡轮增压器工作过程中产生高频气流噪声成分,严重影响车内驾乘舒适性。增压器气动噪声成分的控制技术与解决方案,已成为汽车工程应用领域研究的重点之一。本文主要针对涡轮增压器的“Hiss声”、“泄气声”进行研究。首先,从增压器内部结构进行研究与分析,阐述其噪声的产生机理与特征。其次,提出消声器的模块化设计开发理念,并针对性设计了消声器结构,测试分析其传递损失特性。最后,将模块化消声器安装于增压管路系统,通过整车道路试验,验证其整车实际消声性能。结果表明,所设计的消声器结构有效抑制了涡轮增压器的噪声水平,显著改善了整车NVH水平,为工程开发应用提供有效的设计指导。

增压中冷柴油-天然气双燃料发动机燃烧特性的实验研究

对天然气替代率、引燃柴油喷油时刻和中冷后进气温度等燃烧系统参数对增压中冷柴油 天然气双燃料发动机燃烧特性的影响进行了实验研究。研究结果表明:增压中冷柴油 天然气双燃料发动机的燃烧放热速率比纯柴油快,引燃柴油的着火时刻和缸内燃料空燃比值决定着双燃料发动机的燃烧特性,即着火时刻在上止点前且空燃比值较小时,其燃烧接近于定容燃烧过程,随着天然气替代率的升高,缸内最大爆发压力和最高燃烧温度升高;而着火时刻在上止点后且空燃比值较大时,其燃烧接近于等压燃烧过程,随着天然气替代率升高,缸内最大爆发压力和最高燃烧温度降低。最大爆发压力、最高燃烧放热率和最高燃烧温度随引燃柴油喷油提前角的增大而升高;而随着进气温度升高,最大爆发压力和缸内温度增大。

不同海拔下增压中冷柴油机性能和排放的研究

采用内燃机大气模拟综合测控系统深入研究了增压中冷柴油机运行在不同海拔地区的动力性、经济性和排放特性与海拔高度的关系。试验结果表明:随着海拔高度的升高,大气压力减小,导致吸入气缸内的空气量减少,缸内吸气终了的温度和压力下降,从而使得增压中冷柴油机的动力性、经济性下降,等有效燃油消耗区明显变窄,CO、NOx、HC、PM排放浓度升高,而且在不同转速不同工况下CO、NOx、HC、PM排放浓度随海拔高度的变化趋势存在差异。

增压中冷柴油机活塞温度场试验研究

为了解4100QBZL型废气涡轮增压中冷柴油机热负荷问题,实测了最大扭矩工况点和标定功率工况点下活塞顶面21个特征点,燃烧室5个特征点,火力岸、环岸和群部10个特征点的温度,并应用Matlab软件对活塞顶部测点的温度值计算模拟得到了活塞顶部的温度场分布和等温线图。结果表明,增压中冷柴油机活塞顶部不同位置的温度分布差异较大,排气侧和燃烧室喉口处温度较高,离燃烧室中心越远其温度越低。

柴油/乙醇组合燃烧降低增压中冷发动机排放的研究

在增压中冷发动机上采用柴油/含水乙醇组合燃烧(DECC)方式进行排放特性的试验研究。研究表明,采用DECC方式,增压中冷发动机的NOx和微粒排放同时大幅度下降,但HC和CO排放增加较多。加装氧化催化转化器后,HC和CO得到了大幅度地降低,微粒(PM)也进一步减少。按照国Ⅲ规定的检测方法,对比纯柴油排放,该机的NOx由6.49 g/(kW.h)降到3.46 g/(kW.h),微粒由0.142 g/(kW.h)降到0.089g/(kW.h),HC和CO测量值分别为0.34 g/(kW.h)和0.10 g/(kW.h)。负荷烟度(ELR)试验测试结果为0.687 m-1。测试结果表明,采用DECC燃烧模式,在仍然采用原机的泵管嘴燃油喷射系统的情况下可以使增压中冷发动机排放从国II排放标准提升到国Ⅲ排放标准。除微粒指标满足国Ⅲ要求外,其余指标低于国Ⅳ要求,且燃料经济性基本保持不变。

废气再循环在增压中冷柴油机上的应用研究

在CA6110增压中冷柴油机上,安装了一套带文丘里管的EGR系统,并在各工况下进行了EGR对发动机经济性和排放影响的试验研究。通过在十三工况下进行的最佳EGR率排放试验证明,系统对于降低NOx排放效果十分明显,而且对HC、CO、颗粒排放和油耗率的负面影响较小。

云内4100柴油机增压中冷机型的试验研究

对4100QBZL所配用的中冷器的阻力特性和冷却性能,以及发动机的动力性、经济性排放性能进行了试验研究。试验结果表明,中冷器的阻力较小,冷却能力很强。增压中冷后发动机的动力性有较大提高,排气温度下降,增压中冷发动机的排放性能较好。

应用柴油/甲醇组合燃烧降低增压中冷发动机排放

在增压中冷发动机上采用柴油/甲醇组合燃烧(DMCC)方式进行排放特性的试验研究。结果表明:采用DMCC方式,增压中冷发动机的NOx和碳烟及微粒排放同时较大幅度下降,但HC和CO排放增加较多。加装氧化催化转化器后,HC和CO得到了大幅度的降低,微粒(PM)也进一步减少。按照国Ⅲ规定的检测方法,该机的NOx由6.49 g/(kW.h)降到4.33 g/(kW.h),微粒由0.11 g/(kW.h)降到0.05 g/(kW.h),HC由0.49 g/(kW.h)降到0.04 g/(kW.h),CO基本保持不变,使发动机仍在采用原有的泵管嘴燃油喷射系统的情况下,排放品质由国Ⅱ提升至国Ⅲ水平,测试结果显示了该方法具有进一步减少有害排放的潜力,而其燃料经济性与原机相当。

增压中冷柴油机润滑系统优化设计

对某增压中冷柴油机润滑系统关键部位的机油流量、压力与温度进行台架测试;建立该柴油机润滑系统的仿真模型,对润滑系统的流动特性进行仿真分析,试验结果与仿真结果基本一致,验证了仿真模型的准确性。研究表明:该柴油机润滑系统机油泵供给充足,关键摩擦副的流量、压力满足要求,最小油膜厚度明显高于许可值。在满足关键摩擦副润滑要求的前提下,优化了活塞冷却喷嘴尺寸和机油泵流量特性,解决了活塞冷却喷嘴冷却过度的不足。

燃烧系统参数对增压中冷柴油-天然气双燃料发动机排放特性和经济性影响的实验研究

将一台6缸、增压中冷柴油机改装为混合器进气方式的柴油 天然气双燃料发动机,对其燃烧系统参数对双燃料发动机排放和经济性的影响进行了实验研究,包括引燃柴油喷油时刻、天然气替代率、中冷后进气温度的影响。双燃料发动机的排放与空燃比及燃烧系统参数密切相关。替代率增加时,排气烟度降低,HC排放升高,当量燃油消耗率升高,CO排放在替代率较小时随替代率增加而升高,但在替代率较高时随替代率增加而略有降低。替代率对NOx排放的影响则与发动机工况有关,在最大转矩和低速大负荷工况,空燃比值较小,NOx排放随替代率的升高而增大;在标定功率工况,空燃比较大,NOx排放随替代率的升高而减小。提前角减小,NOx排放降低。中冷后温度升高,碳烟排放和NOx排放升高,HC和CO排放降低,当量燃油消耗率降低。研究结果表明,采用增压中冷技术、提高CNG替代率、减小引燃柴油喷油提前角,能够有效地降低双燃料发动机的有害排放物。

F-T煤制油对增压中冷柴油机性能与排放的影响

在增压中冷柴油机上对比研究了燃用F-T煤制油和0号柴油对发动机燃烧与排放性能的影响。结果表明:在体积供油量相同的情况下,与燃用0号柴油相比,发动机燃用F-T煤制油时最大扭矩下降10%,燃油消耗率下降3%～6%,CO与炭烟排放平均降低50%,NOx排放降幅在15%～32%之间。

柴油/甲醇组合燃烧增压中冷发动机的甲醛及常规排放特性

为了研究柴油/甲醇组合燃烧(DMCC)方式对发动机排放性能的影响,在增压中冷发动机上采用DMCC方式,对甲醛排放特性进行研究,另外在DMCC模式下对加装氧化催化转换器前后常规排放进行对比.结果表明:在各负荷下,甲醛排放均随着甲醇喷射量的增加而升高;在甲醇喷射量不变的情况下,甲醛排放随着负荷的增加明显降低.增压中冷发动机的NOx和碳烟及微粒排放同时大幅度下降,但HC和CO排放增加较多.加装氧化催化转化器后,HC和CO排放得到了大幅度降低,微粒排放也进一步减少.

增压中冷柴油机EGR数值模拟与试验研究

建立了带废气再循环(EGR)系统的增压中冷柴油机工作过程热力学计算模型,并进行数值模拟,模拟计算与试验结果表明两者基本吻合,误差在合理范围内。在此基础上,研究EGR在不同工况下对柴油机动力性、经济性和排放性的影响,并根据柴油机的综合性能对各工况下最佳EGR率进行优化,得出理想的EGR控制MAP图。最后按照模拟计算结果搭建试验平台,并进行试验研究。研究结果表明:13工况排放测试循环工况的NOx和碳烟排放分别为3.0g/(kW.h)和0.45g/(kW.h),满足欧Ⅳ排放法规的要求。

增压中冷柴油机EGR排放特性试验研究

以增压中冷柴油机为研究对象 ,针对其特点设计了废气再循环装置 ,试验研究了不同 EGR率对增压中冷柴油机的动力性、经济性及 NOx、微粒、烟度、HC、CO等排放物的影响规律。研究结果表明 ,增压柴油机借助EGR,可大大降低发动机的 NOx 排放 ,但随着 EGR率的增加 ,柴油机的微粒、烟度、HC、CO排放也相应增加 ,同时对柴油机的扭矩和油耗也造成不利影响。因此 ,在设计增压柴油机 EGR系统时 ,要综合考虑 EGR率对发动机性能和排放的影响规律 ,为各个工况确定最佳 EGR率 ,并采用电控系统保证各个工况的最佳 EGR率。

增压中冷柴油机湿式气缸套周向应变的动态测试与分析

针对内燃机气缸套的动态变形问题,提出一套对湿式缸套在工作时的变形进行测试的方法。通过对增压中冷柴油机湿式气缸套周向应变的动态测试与分析,绘出缸套在工作时产生的周向变形曲线,分析缸套变形的特点以及主要影响因素。研究结果表明:增压后转速升高对缸套应变影响不明显,缸套的最大变形出现在各作用力对缸套壁面作功最大的2 200 r/m in工况。

高原环境柴油机增压中冷一体化技术研究

针对某重型车辆柴油机高原环境(海拔高于3000m)进气密度下降显著的问题,考虑车辆动力装置结构紧凑、功率密度高等特点,提出增压中冷一体化技术:根据伯努利方程,采用计入摩擦与扩压的"等环量"设计方法对原机压气机蜗壳进行改型优化;采用对流强化传热技术与快速成型技术,设计了三种紧凑型水冷方案;从水散热器后取水,在改进后的压气机蜗壳内部冷却进气,实现增压系统上集成一体化中冷。通过数值仿真与水-汽中冷器传热台架试验,从柴油机高原进气冷却需求、中冷器传热效能、流动阻力特性等方面分析了环形中冷器的热流特性。针对改进前后的柴油机进气方案,进行增压器台架试验,将改进前后压气机特性与发动机的高原匹配进行对比分析,得出了一体化进气方案对发动机性能的影响。试验结果表明:在海拔3700m标定工况下,环形中冷器可使发动机压气机后气体温度降低30℃以上;在海拔4500m外特性工况下,采用一体化装置,取水量为10m3/h,中冷器进水温度90℃,可使柴油机功率最高提升4.5%。

进气道喷甲醇对增压中冷柴油机性能的影响

在增压中冷柴油机的进气道上加装甲醇喷射系统,研究了甲醇喷射量对柴油机燃烧和排放的影响。结果表明,用甲醇替代部分柴油,低负荷时燃烧压力峰值降低,中高负荷时,燃烧压力峰值升高,最大升幅为2.9%;同时,柴油的消耗率降低,最大降幅为11.9%,使用经济性有所改善,最高降幅为3.9%;进气道喷甲醇有效抑制了NOx的排放,最高降幅达到72.1%,但炭烟的排放升高。

增压中冷柴油机燃用F-T柴油的压力振荡特性研究

在4100QBZL柴油机上进行了燃用0号柴油、含10%和30%F-T柴油的混合燃料及100%F-T柴油的燃烧特性试验。对比分析了同一工况下的燃烧压力、压力升高率、压力升高加速度、燃烧压力振荡和缸内压力频谱的变化参数。结果表明:混合燃料中F-T柴油比例增加,燃烧压力峰值变小,峰值所对应的曲轴转角提前,燃烧持续期变长;燃烧压力升高率峰值降低,峰值所对应的相位提前;燃烧压力振荡幅值减小,振荡幅值对应的相位提前;从缸内压力频谱图来看,随着混合燃料中F-T柴油比例增加,燃烧压力振荡逐渐趋于低频段,振荡声压级幅值降低,燃烧更加柔和。

自然吸气与增压中冷柴油机气缸套应变对比

采用应变片测试技术,对自然吸气和增压中冷柴油机湿式缸套在外特性工况下工作时的周向应变进行了动态测试,拟合出缸套工作时的周向变形曲线,对比分析了不同机型湿式气缸套工作变形的特点以及主要影响因素。研究结果表明,随转速的提高,自然吸气柴油机缸套主推力面应变随之增加,逐渐呈现一种振动特性;而转速提高对增压中冷柴油机缸套周向应变影响不明显,缸套主推力面应变最大值出现在各作用力对缸套壁面作功最多的额定扭矩工况。

增压中冷压燃式发动机燃用柴油醇的燃烧和排放

采用助溶剂解决乙醇和柴油相溶性差的问题并配制出柴油醇燃料,在一台增压中冷压燃式发动机循环供油量未作调整情况下,进行了燃用不同乙醇含量柴油醇的燃烧、性能和排放特性试验研究。结果表明:在供油量一致情况下燃用柴油醇,发动机的燃烧特性发生改变,导致性能和排放变化,且随燃料中乙醇含量的增加,变化趋势加剧,尤其小负荷的燃油消耗率及CO、HC排放增加较大。