不同增压系统对重型柴油机性能和排放影响的试验研究

摘要

在大幅降低NOx和PM排放的同时改善燃油经济性和降低CO2排放是柴油机燃烧优化的核心目标。欧盟已于2013年1月实施了欧VI排放法规，而我国也将在2020年1月1日起在全国范围全面实施国VI排放标准，日益严苛的排放法规使重型柴油机技术面临严峻的挑战。为满足未来更为严格的排放法规要求，除需要采用 SCR、DPF等高效后处理技术外，通过燃烧的优化组织能改善柴油机NOx-soot的折衷关系、燃油经济性和 CO2排放，降低对后处理效率的过高要求以及后处理的成本和复杂性，提高工程实现的可行性。针对欧VI排放要求，本文研究不同增压系统与EGR耦合控制对柴油机燃烧、性能和排放的影响规律，探索在不同 NOx原始排放下，满足排放控制需要的增压系统方案及燃烧控制优化途径。
　　本文在一台电控高压共轨重型柴油机上，基于高压冷却废气再循环(EGR)，对比研究了带废气放气阀式单级固定截面涡轮增压器（WGT）、单级可变截面涡轮增压器（VGT）、两级固定截面涡轮增压器(WGT-FGT)和两级可变截面涡轮增压器（VGT-FGT）四种增压方式对柴油机性能与排放的影响。结果表明：可变截面相对固定截面增压系统（VGT相对WGT，VGT-FGT相对WGT-FGT），能显著提高涡前与进气压差，实现更高EGR率和更低的NOx排放，同时能够提高进气充量，从而改善燃烧过程。随着NOx比排放的减小，四种增压方式的油耗都呈现上升趋势，对于28.9 kW/L功率段，当NOx原始排放控制在5.0 g/kW-h左右，采用WGT-FGT两级增压燃油消耗率与VGT和VGT-FGT两种增压方式相当，相对WGT单级增压获得一定改善，碳烟排放与两级VGT-FGT接近，明显优于单级WGT；随NOx排放降低，可变截面增压系统相对固定截面增压系统逐渐表现出优势；当NOx原始排放控制在3.5 g/kW-h左右，单级VGT可以获得与两级VGT-FGT接近的燃油经济性和碳烟排放，当NOx控制更低（3.5 g/kW-h以下），两级VGT-FGT降低油耗和碳烟的优势更加明显。对于24.5 kW/L、21.0 kW/L升功率较低的情况，当NOx控制不低于3.5 g/kW-h，两级WGT-FGT是较佳的选择方式，当NOx控制较大时（8.0 g/kW-h左右），单级WGT从成本和安装空间考虑具有一定的优势。
　　对于各个功率段，四种增压系统在25％负荷下的排气温度都低于SCR高效温度区间，而在100%负荷下单级WGT排气温度过高，超过SCR高效温度范围，同时造成增压器热负荷较大，可靠性受到影响。因此，对后处理进行有效的热管理以满足严格排放法规也十分关键。

目录

声明

字母注释表

第一章 绪 论

1.1 引言

1.2 柴油机增压技术

1.3 柴油机排放控制技术

1.4 课题研究意义和主要内容

第二章 试验装置与研究方法

2.1 试验装置

2.2 试验方法

第三章 不同增压系统对重型柴油机性能和排放影响的试验研究

3.1 各工况下燃烧相位（CA50）的选取

3.2 不同增压系统引入EGR的控制策略

3.3 不同增压系统与发动机匹配的性能比较

3.4 不同增压系统对柴油机燃烧、性能和排放的影响

3.5 不同增压系统的加权结果对比

3.6 本章小结

第四章 不同升功率下增压方式对柴油机性能与排放影响的对比研究

4.1 不同功率段的选取

4.2 不同功率段下增压器和发动机联合运行曲线

4.3 四种增压系统在不同功率段的性能与排放对比

4.4 不同功率段下四种增压系统的加权结果对比

4.5 各工况点排气温度对比

4.6 本章小结

第五章 全文总结及工作展望

5.1 全文总结

5.2 工作展望

参考文献

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