增压柴油机负荷阶跃工况燃油喷射策略的试验研究

【摘要】车用柴油机在市内运行的大部分时间内都处于启动、加减速等瞬态工况,并且相比于稳态工况,柴油机在经历瞬态工况时会出现有害排放物增加以及油耗恶化等情况,广泛采用的涡轮增压技术更加剧了这些后果。面对日益突出的环境问题以及严格的排放法规,提高柴油机的瞬态性能已成为内燃机行业研究的一个重要方向。因此,本文在恒转速增转矩工况下,对一台增压电控共轨柴油机的瞬态性能进行了研究。在进行瞬、稳态性能对比的初期研究之后,针对瞬态烟度大幅增加以及油耗恶化提出了不同油量瞬变率和分段轨压控制两种方法,并分别研究了它们对柴油机瞬态燃烧、排放和燃油经济性的影响。论文涉及的试验均在1650r/min转速下进行,负荷在5s内由10%上升至100%,具体研究内容如下：油量瞬变率的高低代表了柴油机瞬变工况下循环总油量变化的快慢,研究中采用了简单折线油量瞬变率来代替匀速线性油量瞬变率,进而研究了不同首段油量瞬变率和不同油变率拐点负荷对柴油机瞬态性能的影响,试验结论如下：1.首段油量瞬变率和油变率拐点处负荷的增大会造成第二段油量瞬变率的降低,使瞬态缸压峰值和平均指示压力升高,并且使CA50向后推移的速度加快。瞬态烟度呈现出先下降后上升的趋势,但NOx排放变化不大。2.针对于每条油量瞬变率折线,在较低油变率拐点条件下,无论首段油量瞬变率的高低,均具有较低烟度排放特征(烟度值不超过9%),而很高的油变率拐点不但会引起烟度的迅速上升,而且对有效燃油消耗率不利；较高首段油量瞬变率虽然具有较强降低烟度的能力(最低仅有原机的65%),但瞬时有效燃油消耗率出现恶化。综合排放和燃油消耗表现,认为首段油量瞬变率为25%并且油变率拐点处于50%负荷以前有较好的效果。分段轨压控制实际上是在负荷上升的不同阶段开始增加轨压。轨压增加所处的负荷阶段以及轨压增加量是考虑的主要因素,然后将分段轨压控制与全程轨压控制做了对比,试验结论如下：1.轨压增加量升高能够明显降低CA50远离上止点的速度,而增加轨压所在的初始负荷升高时,CA50有加速远离上止点的趋势。轨压增加量升高会使烟度呈逐渐降低趋势,但降低的幅度和轨压增加所处的负荷阶段有密切关系。在较早负荷阶段处,轨压增加后的最低烟度值仅有原机的一半水平,而且平均有效燃油消耗率与原机相比最高可达到4%的降幅。2.通过对分段轨压控制和全程轨压控制试验结果的对比,确定了分段轨压控制更具有优势。相比于全程轨压调整,轨压从40%负荷开始增加时,高轨压增加量对烟度最高能产生35%的降幅,并且存在平均有效燃油消耗率差异很小的情况。所以认为在试验瞬态工况下,分段轨压控制采用从40%负荷开始增加轨压并且轨压增加量在20MPa-25MPa时相对更有优势。
【作者】罗涛；
【导师】刘忠长；
【作者基本信息】吉林大学，动力工程，2014，硕士
【关键词】柴油机；燃烧；瞬变工况；油量瞬变率；排放；

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