基于道路载荷谱的柴油机激励分析和台架试验循环研究

基于车辆典型路面行驶产生的道路载荷谱,对发动机的典型运行工况和瞬态行为进行了分析和研究,构建了基于道路载荷的台架运行循环。研究表明:1 500r/min和1 600r/min是车辆行驶过程中柴油机的常用转速,其使用频率远高于其他转速;转速超过1 800r/min时柴油机多数工作于满负荷工况点;柴油机在1 400~1 800r/min运行时主要集中在中高负荷工况,负荷百分比统计值高于60%;整个载荷时间历程中,500~600r/min幅度的转速跃变比例高,且转速最大跃变不会超过1 000r/min。构建的台架运行循环与实际道路载荷强度相似、转速分布类似,能够表征车辆行驶过程中柴油机的激励状态。     

柴油机高原动力性能仿真及环境模拟系统影响分析

利用GT-Power设计柴油机系统模型,结合环境模拟系统结构特征构建了其相应的模型特征,与实际台架模拟系统试验对标验证了模型的有效性,进一步运用模型分析了高原环境条件涉及压力和温度因素时的柴油机固有性能特征,研究了进排气管路系统特征对柴油机性能的影响。结果表明,高原环境条件下的压力因素对柴油机性能的影响大于温度因素。随着模拟压力的下降,柴油机功率下降,二者在高转速工况呈非线性关系。随着环境温度下降,柴油机性能转好,温度对转速1 800 r/min以下工况影响更大。进气压力高于排气压力时,在最大扭矩转速工况,平均单位压力变化会导致功率增加约10 kW;排气压力高于进气压力时,中高转速工况柴油机性能仍能维持,中低转速则直接恶化。进气管路长度、管路直径、管路表面粗糙度的影响程度由大到小依次为直径、长度、表面粗糙度,进气模拟管路直径影响加剧的临界值为0.2 m;排气管路主要是管路直径对柴油机性能的影响,临界值同样为0.2 m。     

柴油机装车实际高原环境应用特征分析及验证用试验循环开发

以三型柴油机为对象,基于跟踪记录的道路载荷数据,分析了柴油机装车在实际高原环境条件行驶呈现的主要特征,并就台架验证不充分的问题设计了高原台架模拟的试验循环。结果表明,柴油机在海拔4 300 m以上实际高原环境地区的运行主要集中在中高转速中高负荷区域,运行转速、排气温度、冷却水温度等参数存在较为严重的超限行为,其中柴油机冷却水温约70%以上时间处于超限状态。此外,柴油机主要工作在大于50%输出功率的区间,高原使用时增压比偏大。设计的高原台架模拟试验循环为600 s的瞬态试验循环,可表征柴油机装车后高原使用时的运行行为。     

烟度限制策略对柴油机瞬态性能的影响研究

针对柴油机瞬态工况出现冒烟的问题,设计了一种基于扭矩协调的烟度限制控制策略,实现了柴油机瞬态工况下烟度的控制,系统研究了不同过量空气系数(φa)限值对柴油机瞬态工况下动力性能和排放的影响.结果表明:φa限值可以限制柴油机瞬态过程中的循环喷油量,保证期望的过量空气系数,从而限制炭烟的排放.φa限值为1.51时,烟度较低,与φa限值1.01对比,1 200 r/min和3 200 r/min转速下烟度峰值降幅分别达到85％和88％;φa限值为1.51时,瞬态动力响应较慢,与φa限值1.01对比,1 200 r/min和3 200 r/min转速下瞬态响应分别延迟了 58％和57％.为了确保柴油机满足瞬态工况下的动力性需求,防止瞬态过程过量空气系数过小而导致过高的烟度,应该标定合适的φa限值.     

柴油机瞬态试验循环的线性回归分析

介绍了柴油机排放的瞬态试验循环,引入了试验循环有效性判断的依据,并就某6缸发动机的瞬态试验循环进行了线性回归分析研究。在允许点删除前后、不同时间延迟及设定量设置值和执行值不同情况下针对转速、扭矩和功率循环特征参数进行了线性回归分析。结果表明:在包括允许删除工况点的条件下,负扭矩工况点对线性回归分析结果影响较大;设定值和实际反馈值的线性回归分析存在最佳延迟时间;试验过程中设定量的执行值偏离设置值使实际试验循环偏离目标试验循环较远,以致循环有效性不能得到正确评价。     

加载条件对柴油机瞬态响应的影响研究

应用GT-Power和Simulink软件建立了涡轮增压柴油机的动态模型和联合仿真平台，提出了“自然特性和恒转速”组合方式的测功机加载方式，对高原环境下柴油机瞬态过程进行模拟分析。通过不同的加载条件，分析了柴油机在加速过程中瞬态响应性差的影响因素，研究发现发动机转速和喷油量是影响涡轮增压器响应性的两个重要参数。先快速提升发动机转速，增加进气量，然后恒速加载能够克服增压器滞后现象，快速达到发动机的高负荷状态。应用这种仿真模拟方法，为车辆高原起步过程施加扭矩干预改变发动机运行工况，改善起步响应性提供依据。     

柴油机漏气量试验研究

针对某车用6缸增压中冷柴油机,开展了不同发动机转速、扭矩、机油温度和最高燃烧压力工况下的漏气量试验研究.试验结果表明,发动机的转速和扭矩是影响漏气量的主要因素,而机油温度和缸内最高燃烧压力对漏气量的影响较小.相同扭矩下,随转速增加,漏气量基本呈线性增加趋势,转速每增加10％,漏气量约增加12％;相同转速下,随扭矩增加,...     

EGR柴油机瞬态性能优化研究

以降低瞬态过程烟度和NO_x排放为目标,在一台高压共轨电控重型柴油机上进行了EGR对柴油机恒转速增扭矩5s典型瞬态过程燃烧和排放性能影响的优化研究。结果表明:瞬态过程中固定EGR阀开度造成EGR率"超调"、烟度剧增;与"全程轨压"策略相比,"分段轨压"有利于改善小负荷工况的燃烧热氛围,提高瞬态起始负荷并耦合"分段轨压"可以有效降低瞬态过程烟度峰值;EGR阀的开闭对瞬态性能影响最大,瞬态过程1.5s关阀、4s开阀的策略可以实现较好的烟度和NO_x排放折中,消光烟度峰值为9.2%,NO_x峰值稍有增加但增幅不大。     

轮式装载机传动系载荷测试与处理

为编制轮式装载机载荷谱、确定装载机传动系疲劳寿命,测试了ZL50轮式装载机传动系统的扭矩载荷,采用线性拟合方法标定扭矩真值,经滤波与剔除异常峰值处理,确定信号低通滤波频率为1Hz,获得符合装载机工作实际的纯净随机载荷时间历程     

基于试验场道路的变速器台架载荷谱研究

通过实车采集试验样车在试验场道路上行驶时的CAN BUS数据,可直接获得发动机转速、扭矩和档位等信号;把传统的载荷-时间频次关系,转变为载荷-发动机飞轮旋转频次关系,同时记录各载荷等级对应的各个挡位的频次,这样可获得在各个档位下,不同载荷等级对应转速区间内的飞轮旋转频次,根据齿轮材料的S-N曲线和疲劳累积Miner理论,计算出各档位的疲劳强度,然后基本疲劳损伤等效原理选取各档位下产生较大疲劳强度的扭矩和转速,作为台架试验输入的载荷和转速,可有效避免载荷和转速选取的盲目性,为科学的制定台架试验载荷谱提供了依据。     

基于变海拔功率恢复的增压系统匹配计算研究

针对柴油机的变海拔功率恢复目标,进行了以增压压力恢复为目标的废气放气式增压系统匹配计算,确定了压气机和涡轮特性。在该匹配方案的基础上进行了柴油机变海拔运行范围的性能计算,得到了不同海拔高度的增压压力MAP图,并以目标增压压力为基准,根据放气阀的切换边界线确定了放气阀变海拔控制策略。研究结果表明:采用该匹配方案可以在海拔3 000m和平原工况实现增压压力恢复,但在高海拔高转速工况下可能超速;随着海拔高度的降低,柴油机外特性扭矩值逐渐减小,而废气放气阀关闭状态的运行区域逐渐减小,废气放气阀调节状态的运行区域逐渐增大。     

高原环境下柴油机冷却系统性能仿真

利用GT-suite软件建立了柴油机工作过程模型和冷却系统模型并进行直接耦合,通过高原模拟台架试验验证了模型的正确性,进而研究了不同海拔外特性工况下柴油机及其冷却系统性能的变化规律。结果表明:海拔每升高1 000m,柴油机出口水温平均升高5.01%,散热量平均减小6.25%,风扇质量流量平均减小11.20%,柴油机功率平均减小3.55%,燃油消耗率平均增加4.67%;该装甲车辆在海拔1 000~2 600 m低转速区和海拔2 600m以上必须降负荷或者提高冷却系统散热能力后使用。最后以柴油机出口水温不超过报警值为目标,计算得到了柴油机最大允许负荷和风扇最小体积流量增幅MAP图,为高原环境下柴油机及其冷却系统匹配和改进提供了参考。     

柴油机典型工况的电控喷油器多次喷射分配

为提高柴油机节能减排的效果,简要分析了多次喷射形式及其作用,依据车辆在不同路况运行,确定了车辆对应的6种柴油机典型工况。提出了基于工况排放值约束的多次喷射分配方法,采用工况排放分摊率确定典型工况的排放限值,进行喷射次数和变化喷射组合寻优,最后结合4JB1高压共轨柴油机台架试验,以氮氧化物和烟度为衡量参数,兼顾燃油消耗率的变化,分析不同喷射组合对柴油机排放的影响。结果表明:怠速工况和中速大负荷工况宜用2次喷射,低速小负荷工况和中速中负荷工况宜用3次喷射,中速小负荷工况宜用4次喷射,高速大负荷工况宜用1次喷射,说明基于工况排放值约束的多次喷射分配方法是有效的。     

基于液压驱动气门的柴油机性能优化研究

在某柴油机上将传统凸轮驱动气门机构改进设计为液压驱动气门机构,利用仿真软件GT-Power建立液压驱动气门柴油机模型,分析进气滞后角、排气提前角和气门重叠角对柴油机动力性的影响,然后以扭矩最大为目标对配气正时进行联合仿真优化,最后对比两种内部EGR实现方法在不同负荷下的EGR率和对NOx排放量的改善效果。研究结果表明,在外特性下,液压驱动气门柴油机在中低转速时的动力性和经济性有了明显改善,扭矩比原机提高了5.6%,燃油消耗率降低了5.1%;但由于液压气门响应滞后,随着转速的升高,改善效果逐渐降低。在转速2 000r/min时,排气门晚关比排气门早关可以获得更大的EGR率,NOx排放量降幅也比排气门早关的大,在50%负荷时,NOx排放量降幅最大为23.8%。     

车用重型柴油机二级增压系统模拟及试验研究

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。     

EGR回路喷甲醇在柴油机上的应用研究

在YC6A220C柴油机上进行了进气道喷甲醇结合EGR的试验研究,在保持原柴油机动力性基本不变的基础上,研究了在不同负荷下,选用不同的EGR率和不同甲醇消耗率对原机的动力性、经济性、NOx和炭烟排放的影响。研究结果表明:单纯地使用EGR对于降低NOx效果比较明显,但是难以同时降低炭烟的排放,尤其当EGR率超过30%时,随着EGR率或者负荷的增加炭烟也急剧增加。向回路喷入适量甲醇后,不但可以保证NOx排放减少,而且炭烟排放也可以大幅度降低。在1 500r/min(最大扭矩转速)下,在EGR率为20%~35%,甲醇消耗率为50~70g/(kW·h)范围内,可以同时降低NOx和炭烟排放。发动机的动力性和燃油消耗略有降低,排放水平均低于燃用0号柴油。     

车用柴油机变工况下排气微粒的测量

研制了一种在发动机台架上进行柴油机变工况下排气微粒测量的测试系统。该系统主要由普通测功机和微粒稀释取样袋等组成。用此系统可进行柴油机恒转速扭矩、恒扭矩变转速和转速与扭矩成比例变化等模式变工况的微粒测量。试验结果表明柴油机在不同变工况模式下的微粒和有各自不同的变化规律。     

DPF对柴油机性能影响的仿真研究

利用GT-Power软件,分别建立了柴油机颗粒捕集器(DPF)和D19柴油机的仿真模型,并把二者进行耦合,研究了DPF对D19柴油机的功率、扭矩、缸压及燃油消耗率等方面的影响。研究结果表明,加装DPF会使发动机排气背压升高,输出功率与扭矩下降,缸内最高燃烧压力降低,燃油消耗率上升,且随着载体内颗粒物数量的增加,这种趋势更为明显;当DPF内炭烟加载量接近满载达到10 g/L时,D19发动机的功率、扭矩已有明显的下降趋势,在高转速下最高降幅达4%左右,燃油消耗率增幅为3%左右。     

基于有限元的活塞组摩擦产热计算分析

基于有限元方法建立了活塞组摩擦产热计算模型,通过发动机工作过程的计算得到了活塞组摩擦产热计算所需的运动学和动力学边界。以某12缸增压柴油机为研究对象,计算得到了标定工况下其活塞组瞬时摩擦力及瞬时摩擦产热功率随曲轴转角的变化,活塞组平均摩擦产热总功率及其在活塞环、活塞裙部、气缸套的分配,以及活塞组摩擦产热所导致的活塞组、气缸套温升情况,计算分析了转速和负荷对活塞组摩擦产热的影响。