柴油机可调两级增压系统调节规律仿真研究

采用GT-POWER建模,对WP7柴油机可调两级增压系统进行模拟计算,分析高压级旁通阀的调节规律。结果表明,增压系统的总压比、低压级压比和高压级压比均随高压级旁通阀开度的增大逐渐下降,其中总压比受旁通阀的开度变化影响最明显,在75%负荷时,随着旁通阀开度的变化,总压比变化幅度达到了2.33。涡轮增压器的总效率随旁通阀开度的增大显著下降,当旁通阀采用蝶阀时,开度大于一定程度后,总效率下降的速度明显趋缓。

双VGT两级可调增压系统高海拔调节规律仿真研究

本文利用GT-Power软件建立了双VGT两级可调增压柴油机高海拔仿真模型。基于双VGT两级增压仿真模型,开展了0-5500m海拔高度,柴油机不同转速(800r/min、1000r/min、1200r/min、1500r/min、1800r/min、2100r/min),不同负荷工况下高低压级VGT叶片开度调节特性仿真研究,得到了各个工况下高低压VGT叶片最佳开度,通过优化,得到了VGT叶片开度的最佳控制MAP。

可调涡轮增压器改善柴油机低速扭矩特性的试验研究

为考察可调涡轮增压器对柴油机低速扭矩特性的影响,将所研制的VGT-70A型转叶式可调涡轮增压器与J6110Z型柴油机匹配进行了性能试验。介绍了试验设备和试验方法。试验结果表明,VGT-70A型增压器具有在全工况范围内与柴油机良好匹配的潜力,特别是在提高低速扭矩储备方面有明显效果。

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。

非道路涡轮增压柴油机高原适应性研究

为改善非道路柴油机高海拔条件下功率下降、经济性及排放性能恶化、高速增压器超速等问题,利用柴油机高原环境模拟台架试验结合一维仿真研究了0~4000 m海拔环境下增压器运行特性、柴油机综合性能参数等随海拔高度的变化规律及影响机理。针对柴油机的变海拔性能恢复目标,通过对增压系统进行参数计算和选配,提出一种带有废气旁通阀的两级涡轮增压匹配方案。研究结果表明:变海拔条件下,非道路柴油机各性能参数呈现非线性变化,在转速800~2800 r/min全负荷工况下,柴油机动力性、经济性变化梯度呈现出先减小后增大的“浴盆形”趋势。在0~2000 m海拔环境下,柴油机转矩降幅达4.3%,有效燃油消耗率降幅达6%。随着海拔升高,中冷前温度与涡前温度逐渐升高,增压压力与涡前压力逐渐降低,CO、全碳氢和NOx排放升高。匹配两级增压系统后,对比原机4000 m海拔运行工况,柴油机功率平均升高14.9%,有效燃油消耗率平均降低11.8%,实现了非道路柴油机的高海拔性能恢复目标。

可变二级增压柴油机变海拔工作特性数值模拟

以两级增压共轨重型柴油机为研究机型,采用GT-Power构建了其一维热力学仿真模型,对比可变二级增压(RTST)柴油机随高压级可变截面涡轮增压器(VGT)在不同叶片开度(20%~100%,)及不同海拔(0~4,km)下的工作特性.结果表明:不同转速工况下,空燃比和泵气损失随VGT叶片开度和海拔高度增加而降低.不同海拔下,随VGT叶片开度增大,低速时转矩与有效热效率先升高、后降低,高速时显著增大.随叶片开度和海拔增加,NO_x排放降低,soot排放大幅升高.海拔为4,km时,叶片开度从20%,增至100%,,低、高速工况的转矩和有效热效率均分别增加7.5%,和39.2%,,NO_x排放分别降低38%,和24%,;海拔为2,km时,不同转速工况下柴油机匹配RTST均能实现较高的EGR率(超过60%,).VGT叶片开度减小,EGR率快速增大,转矩及有效热效率降低,有效燃油消耗率(BSFC)逐渐增加,NO_x排放快速降低,soot排放先升高后降低.在EGR率约为35%,时,RTST柴油机综合性能达到最佳.

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。

可调涡轮增压器与柴油机匹配试验研究

对J6110Z型柴油机匹配套式移动结构可调涡轮增压器(VGT-70型)进行了台架试验研究。试验中,在调节涡轮截面时没有进行相应的油量调节,而重点对柴油机各种工况下VGT-70型增压器的性能进行了研究分析。

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。

基于瞬时转速的增压柴油机指示转矩估计

为了提高动态工况平均指示转矩的估计精度,首先结合理论与试验分析得到了发动机平均指示转矩与1谐次缸压幅值和相角的计算式;进而通过试验标定了发火谐次转速幅值与1谐次缸压幅值的线性关系,同时根据1谐次缸压幅值、1谐次纯燃烧缸压相角和进气压力计算1谐次缸压相角;最终利用DSP数据处理系统实现了发火谐次转速幅值的在线实时计算.利用试验验证了该方法不需要重构缸压,满足在线指示转矩估计算法实时性要求,在恒转速增减转矩过程中获得了相对平均误差为3.07%,的转矩估计结果.

不同EGR循环方式对重型柴油机燃烧与排放特性的影响

针对一台共轨重型柴油机,从提升废气再循环(exhaust gas recycling,EGR)循环能力的角度研究了基于二级增压系统的高压EGR(HP-EGR)、低压EGR(LP-EGR)及基于LP-EGR的高、低级涡轮间废气能量分配对柴油机燃烧过程、性能和排放的影响规律。研究结果表明:与HP-EGR相比,LP-EGR受转速和负荷的影响减小,能够显著提升EGR的循环能力,使柴油机在更宽广的EGR率区域内运行,并将氮氧化物(NOx)降至更低水平;采用HPEGR时,涡前压力随EGR率增加呈线性下降,但LP-EGR的涡前压力与进气压力变化较小,同时在低速中、高负荷时获得较高的空燃比,并显著改善NOx排放与有效燃油消耗率(brake specific fuel consumption,BSFC)和NOx与碳烟排放的平衡关系;在中、高转速高负荷时,HPEGR进/排气压差随EGR率增加逐渐下降并更加低于LP-EGR,NOx-BSFC的平衡关系显著改善;而LP-EGR通过适当增大废气旁通阀开度能有效降低BSFC,同时对NOx-碳烟的平衡关系影响较小,但低转速高负荷时应采用关闭旁通阀的控制策略。

增压柴油机气道流量系数评价与稳流特性研究

理论推导了增压柴油机考虑气体可压缩性的流量系数计算公式,建立了直气道稳态流动仿真模型,研究了进气压力与气道压差对直气道稳流特性的影响。结果表明:当气体可压缩性较强时,Ricardo评价公式的计算结果偏离真值的程度越大,不适用于增压气道性能的评价,理论推导的流量系数计算公式能够适用于增压气道流通能力的评价计算;可压缩性对气体流动的影响与进气压力无关;与相对压差r有关,随着r的增加,可压缩性对气体流动的影响逐渐增强;当r一定时,随着进气压力的增大,平均流量系数C_(aver)逐渐增大,增大幅度逐渐减小;当进气压力一定时,随r的增大,C_(aver)先增加后减小;r_(max)随着进气压力的增加近似呈线性递减。

船用柴油机与涡轮增压系统匹配及性能研究

利用AVL BOOST软件建立了4190ZLC-2型船用中速四冲程增压柴油机的仿真模型,利用BOOST模型进行柴油机推进特性和负荷特性工况的计算,通过与实验数据对比,验证模型的正确性。利用BOOST软件对4190ZLC-2型船用中速柴油机与现有增压器联合运行规律进行研究,得到柴油机与涡轮增压器匹配特性。结果表明,4190ZLC-2型柴油机与压气机联合运行性能很好符合增压器匹配的要求。

车用增压柴油机循环变动特性分析

本文以R6100ZQ 型柴油机为研究对象,对车用增压柴油机在标定及部分工况下工作循环变动特性进行了试验分析。结果表明,循环变动对柴油机动力性、经济性及可靠性都有不可忽视的影响。

相继涡轮增压柴油机推进特性的稳态及瞬态试验研究

对某柴油机采用大小涡轮相继增压系统进行了推进特性的稳态及瞬态试验研究。对柴油机分别采用小涡轮增压器、大涡轮增压器以及大小2台涡轮增压器并联3种增压方案进行推进特性的稳态试验,并对试验结果进行了比较分析,确定了该相继增压系统的两个切换工况点分别为40%和80%负荷工况。在各切换工况下进行了阀门不同切换时间的瞬态试验,通过分析切换过程中发动机各性能参数的变化,确定了各阀门的开闭顺序及延迟时间:在40%和80%负荷工况点切换时,阀门VCS滞后阀门VTS开启的最佳时间分别为0.6s和0.4s,阀门VCS滞后阀门VTS关闭的最佳时间均为0.2s。

JK90S可调喷嘴涡轮配机特性的研究

以JK90S可调喷嘴涡轮与WD615.50型柴油机配机试验数据为基础,对采用GT-POWER建立的配机仿真模型进行了校验,使仿真的发动机参数和涡轮的进出口参数与试验值误差小于5%。采用校正后的GT-POWER配机仿真模型,对经过调节喷油量后的WD615.50型柴油机与JK90S增压器的配机运行工况进行仿真计算,确定了可调喷嘴涡轮随发动机工况变化时的最优开度脉谱图。

单缸柴油机油量校正器的设计计算方法

以186FA柴油机油量校正器设计为例,分析油量校正器工作原理,指出现有文献资料中油量校正器设计计算存在的缺陷,阐明各设计参数与柴油机速度特性、喷油泵速度特性上性能指标的关系,给出单缸柴油机油量校正器的设计计算方法,使用此方法能准确地得出油量校正行程、起动加浓行程、校正弹簧最大作用力、起动弹簧预紧力的计算值。所研制的带油量校正和起动加浓功能的油量校正器试验表明,186FA柴油机速度特性上的性能指标能完全满足国家标准的相关考核要求,产品已大量生产,为移动用途第二代单缸柴油机研发提供技术保证。

航空发动机变几何涡轮增压性能研究

提出了一种变几何涡轮增压器用于发动机高空恢复功率的方法,并对其调节规律和相关特性进行研究。依据涡轮流动模型,分析了相同工况下不同喷嘴环开度对涡轮增压器工作的影响。在GT-POWER中建立了变几何涡轮增压发动机模型,通过全高度下不同工况的仿真分析,验证了变几何涡轮增压发动机恢复海平面功率的应用。结果表明,匹配了变几何涡轮增压器的发动机能够显著提高发动机高空可调范围,其使用升限从5 km提升到了6 km,对变几何涡轮增压器应用于恢复功率与喷嘴环开度的调节规律具有指导意义。

基于负荷前馈的增压柴油机转速控制算法研究

为提高履带车辆发动机转速的抗负荷扰动性,并改善整车行驶过程的转速控制效果,在基于转矩控制架构下设计了前馈-反馈全程调速控制算法。该算法基于平均值模型和曲轴动力学模型设计发动机负荷估计算法,利用某6缸直列泵柴油机进行台架试验研究其在稳态动态工况的估计精度。进行了动力传动系统仿真研究,研究结果表明:该算法能够显著提高转速控制的抗负荷扰动能力;在整车加速过程中保持了较快的转速调节时间,避免了控制参数的重复标定;踏板-转速跟随特性的提高能够减少履带车辆意外换挡的出现。

燃用天然气合成油增压柴油机特性研究

在一台增压中冷柴油机上分别燃用常规柴油与代用燃料天然气合成油(GTL),供油提前角分别设为上止点前9°和12°CA,对比研究了燃用这两种燃料的柴油机动力性、经济性、燃烧和排放特性。与柴油相比,燃用GTL的柴油机有效功率和转矩不变,有效燃油油耗率降低,有效热效率相当;GTL的最高燃烧压力和放热率峰值均略低,GTL的着火时刻、缸压和放热率峰值出现时刻均略晚,燃烧持续期略长;与柴油相比,在试验工况下GTL平均降低了16.6%HC、14.5%CO、15.7%碳烟和15.1%NO_x排放。试验结果显示GTL是一种有潜力的低排放代用燃料。