车用涡轮增压柴油机加速工况瞬态特性仿真.pdf

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1、第30卷第3期农业工程学报Vo1．30No．32014年2月TransactionsoftheChineseSocietyofAgriculturalEngineeringFeb．201463车用涡轮增压柴油机加速工况瞬态特性仿真黄粉莲，纪威，周炜2，张禄(1．中国农业大学工学院，北京100083；2．交通运输部公路科学研究院，北京100088)摘要：为研究车用涡轮增压柴油机加速工况的瞬态响应及氮氧化物(NO)排放特性，基于充．排法建立柴油机及其附件系统工作过程模型，初次考虑瞬发NO机理对瞬态工况下NO排放的影响，根据曲轴

2、转矩平衡方程推导发动机瞬时角加速度与车辆状态参数的关系，在Matlab／Simulink环境下集成柴油机系统加速瞬态过程仿真模型。仿真和验证结果表明：柴油机稳态及加速瞬态工况仿真结果均与实际情况相符，模型设计合理准确；稳态工况下瞬发NO机理对总NO排放的贡献为5．26％～11．36％；瞬态工况下，涡轮迟滞时间约为0．14S，柴油机加速开始阶段油气混合不匀导致燃烧品质下降，热NO及瞬发NO生成均明显增加。研究结果可为发动机瞬态性能及NO排放的预测与分析提供参考。关键词：柴油机；车辆；一氧化氮；排放控制；加速工况；瞬态特性do

3、i：10．3969~．issn．1002—6819．2014．03．009中图分类号：TK422；TK421．5文献标志码：A文章编号：1002—6819(2014)一03—0063—07黄粉莲，纪威，周炜，等．车用涡轮增压柴油机加速工况瞬态特性仿真[J]．农业工程学报，2014，30(3)：63—69．HuangFenlian，JiWei，ZhouWei，eta1．Simulationoftransientperforlnanceofvehicleturbochargeddieselengineduringacceler

4、ationprocess[J]．TransactionsoftheChineseSocietyofAgriculturalEngineering(TransactionsoftheCSAE)，2014，30(3)：63-69．(inChinesewithEnglishabstract)Rakopoulos等⋯J对涡轮增压柴油机加速、爬坡、起0引言动等瞬态工况下的氮氧化物、碳烟排放与噪声等进长期以来，对柴油机运行特性的研究主要针对行了试验研究。Chan等u．2J采用多区模型对增压直稳态工况，对瞬态工况的研究甚少。然而，在运营

5、喷柴油机燃烧过程进行模拟，并利用扩充机理预测条件下，汽车发动机的工况总是处于经常而急促地NO形成。Finesso等L1ljJ通过采用三维两区模型模拟变化之中，即处于瞬态工况下工作L1J。实践表明：增压柴油机燃烧过程预测实时气缸温度，并对NO在车用发动机运行过程中，瞬态工况占66％～8O％，形成进行试验和仿真研究。其中30％~50％为加速工圳。由于涡轮增压柴油已有研究中，对涡轮增压柴油机瞬态NO排机在瞬态工况下存在涡轮迟滞现象，使得进气量不放的预测均未考虑瞬发NO机理，缸内过程仿真能与供油量同步增加，严重影响发动机燃烧与排放

6、大多采用稳态试验修正或三维多区模型。由于瞬性能【5击J。为了提高涡轮增压柴油机瞬态性能并满足态工况与稳态工况下柴油机工作特性差异较大，日益严格的排放法规，国内外学者对其瞬态工况下试验困难且通过对1款发动机进行瞬态修正后的的运行状况和排放特性进行研究【7{】。Ericson等【9】通模型通用性较差。三维多区模型在较低计算要求过对稳态试验数据进行瞬态修正而获得瞬态工况下难于妥善处理详细物理过程，且不利于进行整下的仿真模型，研究重型卡车用增压柴油机CO、车瞬态响应分析。本文对涡轮增压柴油机燃烧及HC、NO和PM排放。Kang等【

7、JUJ对高速直喷柴油传热进行瞬态修正，通过曲轴转矩平衡建立整车机瞬态工况下NO和HC排放进行试验研究，结果瞬态过程仿真模型，并采用热力、瞬发2种机理表明当负荷或供油量突增时，NO排放量达到峰值。对NO排放进行预测。收稿日期：2013．10．08修订日期：2014．O1．021数学模型和基本方程基金项目：国家科技支撑计划项目(2009BAG13A04)1．1柴油机工作过程模型作者简介：黄粉莲(1986一)，女，云南昆明人，博士生，主要从事车辆动力与节能环保方面的研究。北京中国农业大学工学院，100083。为了准确、详尽地描述

8、发动机瞬态过程的物理EmaihhfenliaI1@126．tom现象和本质，基于充一排法建立描述柴油机缸内工作※通信作者：纪威(1955一)，男，呼和浩特人，教授，博士生导师，过程的零维模型。基本方程包括质量守恒方程、能主要从事车辆动力与技能环保方面的研究。北京中国农业大学工学量守恒方程和气体状态方程。