車用渦輪增壓柴油機(jī)加速工況瞬態(tài)特性仿真.pdf

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1、第30卷第3期農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)Vo1．30No．32014年2月TransactionsoftheChineseSocietyofAgriculturalEngineeringFeb．201463車用渦輪增壓柴油機(jī)加速工況瞬態(tài)特性仿真黃粉蓮，紀(jì)威，周煒2，張祿(1．中國農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院，北京100083；2．交通運(yùn)輸部公路科學(xué)研究院，北京100088)摘要：為研究車用渦輪增壓柴油機(jī)加速工況的瞬態(tài)響應(yīng)及氮氧化物(NO)排放特性，基于充．排法建立柴油機(jī)及其附件系統(tǒng)工作過程模型，初次考慮瞬發(fā)NO機(jī)理對瞬態(tài)工況下NO排放的影響，根據(jù)曲軸

2、轉(zhuǎn)矩平衡方程推導(dǎo)發(fā)動(dòng)機(jī)瞬時(shí)角加速度與車輛狀態(tài)參數(shù)的關(guān)系，在Matlab／Simulink環(huán)境下集成柴油機(jī)系統(tǒng)加速瞬態(tài)過程仿真模型。仿真和驗(yàn)證結(jié)果表明：柴油機(jī)穩(wěn)態(tài)及加速瞬態(tài)工況仿真結(jié)果均與實(shí)際情況相符，模型設(shè)計(jì)合理準(zhǔn)確；穩(wěn)態(tài)工況下瞬發(fā)NO機(jī)理對總NO排放的貢獻(xiàn)為5．26％～11．36％；瞬態(tài)工況下，渦輪遲滯時(shí)間約為0．14S，柴油機(jī)加速開始階段油氣混合不勻?qū)е氯紵焚|(zhì)下降，熱NO及瞬發(fā)NO生成均明顯增加。研究結(jié)果可為發(fā)動(dòng)機(jī)瞬態(tài)性能及NO排放的預(yù)測與分析提供參考。關(guān)鍵詞：柴油機(jī)；車輛；一氧化氮；排放控制；加速工況；瞬態(tài)特性do

3、i：10．3969~．issn．1002—6819．2014．03．009中圖分類號：TK422；TK421．5文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號：1002—6819(2014)一03—0063—07黃粉蓮，紀(jì)威，周煒，等．車用渦輪增壓柴油機(jī)加速工況瞬態(tài)特性仿真[J]．農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2014，30(3)：63—69．HuangFenlian，JiWei，ZhouWei，eta1．Simulationoftransientperforlnanceofvehicleturbochargeddieselengineduringacceler

4、ationprocess[J]．TransactionsoftheChineseSocietyofAgriculturalEngineering(TransactionsoftheCSAE)，2014，30(3)：63-69．(inChinesewithEnglishabstract)Rakopoulos等?J對渦輪增壓柴油機(jī)加速、爬坡、起0引言動(dòng)等瞬態(tài)工況下的氮氧化物、碳煙排放與噪聲等進(jìn)長期以來，對柴油機(jī)運(yùn)行特性的研究主要針對行了試驗(yàn)研究。Chan等u．2J采用多區(qū)模型對增壓直穩(wěn)態(tài)工況，對瞬態(tài)工況的研究甚少。然而，在運(yùn)營

5、噴柴油機(jī)燃燒過程進(jìn)行模擬，并利用擴(kuò)充機(jī)理預(yù)測條件下，汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的工況總是處于經(jīng)常而急促地NO形成。Finesso等L1ljJ通過采用三維兩區(qū)模型模擬變化之中，即處于瞬態(tài)工況下工作L1J。實(shí)踐表明：增壓柴油機(jī)燃燒過程預(yù)測實(shí)時(shí)氣缸溫度，并對NO在車用發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行過程中，瞬態(tài)工況占66％～8O％，形成進(jìn)行試驗(yàn)和仿真研究。其中30％~50％為加速工圳。由于渦輪增壓柴油已有研究中，對渦輪增壓柴油機(jī)瞬態(tài)NO排機(jī)在瞬態(tài)工況下存在渦輪遲滯現(xiàn)象，使得進(jìn)氣量不放的預(yù)測均未考慮瞬發(fā)NO機(jī)理，缸內(nèi)過程仿真能與供油量同步增加，嚴(yán)重影響發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒與排放

6、大多采用穩(wěn)態(tài)試驗(yàn)修正或三維多區(qū)模型。由于瞬性能【5擊J。為了提高渦輪增壓柴油機(jī)瞬態(tài)性能并滿足態(tài)工況與穩(wěn)態(tài)工況下柴油機(jī)工作特性差異較大，日益嚴(yán)格的排放法規(guī)，國內(nèi)外學(xué)者對其瞬態(tài)工況下試驗(yàn)困難且通過對1款發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行瞬態(tài)修正后的的運(yùn)行狀況和排放特性進(jìn)行研究【7{】。Ericson等【9】通模型通用性較差。三維多區(qū)模型在較低計(jì)算要求過對穩(wěn)態(tài)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行瞬態(tài)修正而獲得瞬態(tài)工況下難于妥善處理詳細(xì)物理過程，且不利于進(jìn)行整下的仿真模型，研究重型卡車用增壓柴油機(jī)CO、車瞬態(tài)響應(yīng)分析。本文對渦輪增壓柴油機(jī)燃燒及HC、NO和PM排放。Kang等【

7、JUJ對高速直噴柴油傳熱進(jìn)行瞬態(tài)修正，通過曲軸轉(zhuǎn)矩平衡建立整車機(jī)瞬態(tài)工況下NO和HC排放進(jìn)行試驗(yàn)研究，結(jié)果瞬態(tài)過程仿真模型，并采用熱力、瞬發(fā)2種機(jī)理表明當(dāng)負(fù)荷或供油量突增時(shí)，NO排放量達(dá)到峰值。對NO排放進(jìn)行預(yù)測。收稿日期：2013．10．08修訂日期：2014．O1．021數(shù)學(xué)模型和基本方程基金項(xiàng)目：國家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目(2009BAG13A04)1．1柴油機(jī)工作過程模型作者簡介：黃粉蓮(1986一)，女，云南昆明人，博士生，主要從事車輛動(dòng)力與節(jié)能環(huán)保方面的研究。北京中國農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院，100083。為了準(zhǔn)確、詳盡地描述

8、發(fā)動(dòng)機(jī)瞬態(tài)過程的物理EmaihhfenliaI1@126．tom現(xiàn)象和本質(zhì)，基于充一排法建立描述柴油機(jī)缸內(nèi)工作※通信作者：紀(jì)威(1955一)，男，呼和浩特人，教授，博士生導(dǎo)師，過程的零維模型?；痉匠贪ㄙ|(zhì)量守恒方程、能主要從事車輛動(dòng)力與技能環(huán)保方面的研究。北京中國農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)量守恒方程和氣體狀態(tài)方程。