涡轮增压柴油机进进式仿真模型的建立.docxVIP

涡轮增压柴油机进进式仿真模型的建立 自20世纪90年代以来，随着排放法律法规的日益严格，国内外主要商用车、汽车公司和研究机构对汽油污染再循环（egr）技术进行了深入的研究，取得了许多研究成果。 目前,国内外EGR技术研究的主要方向和内容是,EGR与柴油机各系统的优化匹配、EGR的精确控制以及如何尽量提高柴油机的EGR率等,目的就是要在尽可能不牺牲或少牺牲柴油机经济性和动力性的前提条件下,充分发掘EGR技术降低柴油机NOx排放的潜力。 对于增压中冷柴油机来说,在某些工况下,中冷后的进气压力大于涡轮机前的排气压力,从而难以形成EGR。为了实现EGR功能或高的EGR率,就需要采用某些技术措施。 为了解决涡轮增压柴油机在高负荷时因排气平均压力低于进气压力,排气难以流入进气管的问题,可以在柴油机的进气管路或排气管路中加装节流阀,进行节流降压或节流增压,称为进气节流或排气节流。这种技术可以增大排气管对进气管的压力差,促使EGR率的提高,并便于EGR率的调节。 笔者建立了6100涡轮增压柴油机的GT-Power仿真模型,利用所建立的仿真模型,研究了进气节流EGR系统对提高柴油机EGR率的潜力以及对柴油机燃油经济性和排放性能的影响。研究工作可以为柴油机EGR系统的设计及柴油机排放性能的进一步优化控制提供理论依据。 161 进气总管安装节流阀仿真模型 GT-Power是由美国Gamma Technologies公司开发的、适用于对各种内燃机工作过程及性能仿真分析的大型软件。 图1给出的是进气总管安装节流阀时的6100涡轮增压柴油机GT-Power仿真模型。 进气节流阀位于中冷器和EGR回路与进气总管的接口之间。通过调整进气节流阀的开度,可以控制进气总管的真空度,进而改变进排气管间的压差。当节流阀开度逐渐减小时,节流阀后方进气总管内的真空度提高,进排气压差增大,有利于排气回流入进气管,从而达到增大EGR率的目的。 2 节流阀开度对燃油率的影响 在下面的计算分析中,将EGR阀全开,分析研究在6100涡轮增压柴油机在标定转速3 600 r/min、最大扭矩转速2 600 r/min、不同负荷工况下,不同的节流阀开度对柴油机EGR率以及柴油机燃油经济性和排放性能的影响。 图2给出的是最大扭矩转速2 600 r/min和标定转速3 600 r/min时,节流阀开度对柴油机EGR率的影响。 从图2中可以看到,在2 600 r/min转速下,当节流阀全开(开度100%)时,10%,25%,50%和75%各负荷下的最大EGR率分别为21.7%,16.9%,3.8%和1.5%。当节流阀开度逐渐减小时,各负荷下的EGR率都有不同程度的增加。10%和25%负荷时,EGR率随节流阀开度的减小呈近似线性的增加;50%负荷时,EGR率随节流阀开度的减小开始变化比较敏感,节流阀开度减小到90%以下后,则变化比较缓慢;75%负荷时的情况则正好相反,节流阀开度在70% ～ 100%之间变化时,EGR率变化较小,节流阀开度减小到70%以下后,EGR率随节流阀开度的减小则迅速增加。在节流阀开度为55%时,10%,25%,50%和75%各负荷下的EGR率从节流阀全开时的21.7%,16.9%,3.8%和1.5%增大到36.0%,25.7%,11.5%和9.5%,从中可以看到节流阀对增大柴油机EGR率的效果非常明显。 在3 600 r/min转速下,当节流阀开度为100%时,10%,25%,50%和75%各负荷下的最大EGR率分别为20.6%,18.9%,5.8%和2.1%。当节流阀开度逐渐减小时,各负荷下的EGR率都有不同程度的增加。在节流阀开度为55%时,各负荷下的EGR率分别增大到37.8%,28.5%,11.2%和8.3%。各负荷下的EGR率随节流阀开度变化的规律略有不同。10%负荷时,EGR率随节流阀开度的减小开始变化很大,节流阀开度减小到90%以下后,则变化比较缓慢;而25%负荷时,EGR率在大节流阀开度(95% ～ 100%)和小节流阀开度(55% ～ 65%)时受节流阀开度的影响较大,节流阀开度在65% ～ 95%之间变化时,EGR率则变化比较缓慢;相比较而言,中高负荷(50%和75%负荷)时,随节流阀开度减小,EGR率的变化相对比较平缓。 节流阀对进气的节流作用,必然会对柴油机的进气造成不良影响,降低柴油机的充气效率,进而影响到柴油机的动力性、经济性和排放特性。 图3给出的是最大扭矩转速2 600 r/min和标定转速3 600 r/min时,节流阀开度对柴油机油耗率的影响。 从图3中可以看到,在2 600 r/min转速下,随着节流阀开度的减小,10%,25%,50%和75%各负荷下的柴油机油耗率均有不同程度的增加。当节流阀的开度从100%减小到55%时,10%,