车用重型柴油机二级增压系统模拟及试验研究.pdf

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1、第1期(总第204期)车用发动机No．1(SerialNo．204)2013年2月VEHICLEENGINEFeb．2013车用重型柴油机二级增压系统模拟及试验研究李鲁宁，孙万臣，李文祥，王晓丹，李国良，雷超，赖春杰。(1．吉林大学汽车仿真与控制国家重点实验室，吉林长春130025；2．中国第一汽车股份有限公司技术中心，吉林长春13001l；3．一汽大众汽车有限公司，四川成都611230；4．中国一汽无锡油泵油嘴研究所，江苏无锡214063)摘要：针对某车用重型柴油机进行了二级增压系统匹配研究，根据产品开发目标要求选择了高、低二级增压器。采用GT—Power软件建立

2、了二级增压柴油机仿真模型，并对柴油机外特性稳态工况性能进行了模拟计算，分析了二级增压系统能量分配对柴油机性能的影响规律。建立了二级增压柴油机测试平台，并进行了外特性、万有特性及排放特性试验。模拟及试验结果表明，二级增压系统可以大幅提高柴油机低速扭矩，改善燃油经济性，拓宽柴油机燃油经济性运行区域，大幅降低柴油机PM排放。关键词：柴油机；二级增压；匹配；能量分配；性能；排放DOI：10．3969／j．issn．1001—2222．2013．01．014中图分类号：TK423．5文献标志码：B文章编号：1001—2222(2013)01—0056—05涡轮增压是柴油机研发

3、中的一项关键技术，但机，原机装有HOLSET单级涡轮增压系统，其主要随着能源的日益枯竭和环境污染的日益加重，传统技术参数见表1。的单级增压由于其固有缺陷已不能满足未来柴油机表1试验柴油机主要技术参数更高的性能和排放要求_1]。新的增压系统技术解压缩比17．5：1决方案包括可变截面涡轮增压系统、电动增压系统、排量／L8．6复合增压系统和二级增压系统等，其中二级增压是缸径／mm112一个可行的发展方向[3]。行程／mm145柴油机匹配二级增压系统可以大幅提高进气压最大扭矩／N·m145O力，增加缸内新鲜空气量，改善缸内燃烧；而且允许最大扭矩转速／r·min_113OO向

4、缸内喷入更多的燃油，从而提高了柴油机的升功标定功率／kW257率，改善了柴油机的燃油经济性；同时空燃比的增加标定功率转速／r·min21OO允许采用更高的废气再循环(EGR)量，从而进一步燃油供给系统Bosch高压共轨系统降低NO排放]。通过对排气旁通阀开度的控制可以实现增压压力在一定范围内的调节，使得柴油2模拟计算机与二级增压系统在全工况范围实现良好的匹配。。]。2．1模型建立本研究采用的二级增压系统布置方案见图1。本研究应用模拟计算及试验研究的手段，针对某重型车用柴油机性能开发目标进行了二级增压系空气首先经过低压级压气机压缩，然后经高压级压气机进一步压缩进入中冷

5、器。低速低负荷工况时排统的匹配，分析了二级增压对车用重型柴油机性能和排放的影响，为进一步改善柴油机性能提供了气旁通阀完全关闭，排气首先经高压级涡轮机膨胀依据。做功，然后完全通过低压级涡轮，最后排至大气当中。随着转速的增加，排气旁通阀逐渐打开，部分排1试验发动机气经旁通阀直接进入低压级涡轮，使低压级承担更多的膨胀功，同时也降低了涡前压力]。本研究采用某国产重型直列6缸增压中冷柴油收稿日期：2012-09—18；修回日期：2012—11—18基金项目：吉林省科技发展计划项目(20090542)作者简介：李鲁宁(1989一)，男，硕士，研究方向为内燃机排气污染控制；11n

6、88888@163．corn。·6O·车用发动机2013年第1期可以看出，在各转速的全工况范围内，PM比排放量[2]WinklerN，AngstromH．SimulationsandMeasure—mentsof8Two—。stageTurbochargedHeavy—-dutyDiesel较原机都有明显降低，计算得总加权比排放量较原EngineIncludingEGRinTransientOperation[c]．机下降75。图9b示出各工况点No浓度对比，SAEPaper2008—01—0539．由图可见NO浓度在各转速随着负荷的增加而增E3]UnemasaHa

7、shimoto．BSFCImprovementandNORe-加，二级增压柴油机NO浓度较原机在各工况点均ductionbySequentia1TurboSysteminaHeavyDuty有较大幅度升高。NO排放的增加对二级增压柴DieselEngineVC]．SAEPaper2012—01—0712．油机排放水平带来了不利影响，但是由于空燃比的[4]刘巽俊．内燃机排气污染与控制I-M]．北京：机械工业大幅增加，可以考虑采用较高比例的EGR废气再出版社，2002．循环系统，以在降低NO的同时，使PM排放仍维[5]AlainMaiboom，XavierTauzi