进气参数对涡轮增压柴油机性能及排放的影响

涡轮增压柴油机的燃烧和排放性能在很大程度上受进气管增压空气参数(诸如进气总管空气压力和温度)的影响。为更深入地了解两种进气变量之间的关系及其对增压柴油机缸内燃烧和输出性能(包括燃油效率和排放)的影响,进行了分析和试验研究,本文概述其研究结果。了解和描述了进气总管状态对缸内燃烧性能参数的影响。研究指出,进气总管空气压力和温度是紧密相关的,与部分负荷工况或自然吸气柴油机相比,增压柴油机高负荷工况下两者有更强的依赖关系增压柴油机全负荷下进气总管空气温度改变时,总管空气压力亦随之变化,并且因此增压空气密度、柴油机效率和CO以及排烟都将发生变化,而NOx的变化相对来说更为明显。只改变进气总管空气压力,则性能和排放在部分负荷下的变化情况不同于全负荷。在进气总管温度保持不变的情况下,得出了进气总管空气压力随柴油机进口空气温度(即环境温度)的简单的变化关系式。还通过试验对进气总管空气变量对柴油机燃烧及其性能和排放的总的影响进行了研究。分析得出的预测值与试验值非常吻合。     

整体级联式增压空气冷却器的进气模块

提高涡轮增压发动机的增压压力会造成增压空气温度升高，这不仅会提高增压空气冷却器和进气模块的热负荷，而且，增压空气温度高对燃烧也有不利影响，不仅会使燃油耗升高，还会恶化发动机的扭矩输出和加速响应性能。Mahle公司和Behr公司开发了一种整体级联式增压空气冷却器，大力推动了整体式间接增压空气冷却器的发展。     

通过进气道喷水降低柴油机NOX排放

对一台４缸四冲程直喷式增压柴油机进行了在吸气行程初期从进气道喷水以降低ＮＯＸ生成量的试验研究，并采用２区域模型法进行计算分析，对比了试验与计算结构。研究表明，在进气绝对湿度换算值为０．０３５ｋｇ／ｋｇ空气时，约可降低ＮＯＸ浓度５０％，而且上述效果与柴油机工况条件与喷射定时无关，只取决于进气的绝对湿度。     

增压柴油机进气温度对性能和排放的影响研究

本文详细地讨论了进气温度对柴油机性能和排放量等参数的影响，并在一台车用高速直喷式柴油机上进行了试验研究，研究结果对于增压中冷柴油机的开发和设计等具有指导意义。     

以同时降低燃油耗和排放为目的的两级增压系统研究

为降低重型柴油机的实际燃油耗和排放,对采用不同低压涡轮流量和进气控制策略的2种两级增压系统进行对比研究。结果表明,所选择的增压系统可在发动机宽广转速及负荷范围内获得更高的增压压力,如再结合较高的压缩比,就能在改善车辆实际行驶工况排放性能的同时,降低燃油消耗率。     

集成水空中冷器的进气模块

在1个联合开发项目中,Behr公司和Mann＋Hummel公司利用风洞装置进行整车试验,对空空中冷方式与进气管集成的水空中冷方式进行了比较。与采用空空中冷方式的量产中冷器相比,集成了水空中冷器的进气模块样件可显著减小进气压力损失,使各排气歧管的温度分布更均匀,还可明显减小压气机与气缸盖之间的增压空气容积。     

通过强力增压空气冷却实现低温燃烧

为使排气后处理系统设计得尽可能小，必须通过发动机内部措施来降低排放。研究了通过降低增压空气温度使发动机原始排放降低的可能性。在选定的全负荷和部分负荷工作点，通过把气门处的新鲜气体温度从50℃降到O℃，研究其对工作过程和有害物排放的影响。全负荷运转时，在通过增压压力修正使燃烧比恒定和不采用废气再循环（EGR）的状态下，且在温度下降的情况下，得出NOx排放下降40％。此时，黑烟只是略微有些变化，从0．2FSN提高至0．25FSN。不过，这种情况下，即使采用EGR也不会使排放进一步下降。在恒定的增压压力时，温度下降同样能促使NOx排放降低。值得一提的是，在这种状况下会使EGR率上升。将2种措施相结合，视工作点的不同可使NOx排放量从11g／（kW．h）下降至3g／（kW．h），     

用塑料件实现进气系统的功能集成

增压发动机进气系统的功能集成具有很大的技术和经济潜力。为了设计和制造这样的系统,必须具有高度的集成能力和生产能力。多种批量应用的Mann＋Hummel产品已证实,这种塑料件可使总质量减轻和系统成本降低,因而十分有意义。     

发动机进气歧管中非稳定流动时的中冷器模型

开发出一种用来降低涡轮增压内燃机中增压空气温度的中冷器模型。给出该中冷器模型的详细原理。假定中冷器为交叉流工热交换器，中冷器的特性就是传热单元数与传热效率之间的关系。给出该模型使用的程序结构。该模型用于模拟涡轮增压，带中间空气冷却的中速柴油机的气体动态特性。     

对机车柴油机采用富氧进气燃烧的研究

采用热动力模拟就富氧进气对机车柴油机性能和氮氧化物 (NO)排放的影响进行了研究 ,并就提供富氧进气所需空气分离膜片的附加功率进行了评定。在限定了气缸峰值压力的情况下 ,对在不同富氧水平下工作的发动机与采用高涡轮增压的发动机就所获总输出功率和净输出功率方面进行了比较。当使用的进气氧含量为 2 8% (按体积计 )且喷油定时推迟 4°时 ,气缸峰值压力每提高 4 % ,发动机净功率可提高约 10 %。如果对发动机进行高涡轮增压而使进气压力进一步增高 ,提高同样大小的气缸峰值压力 ,所增加的发动机净功率却只达到 4 %。如果能将一部分因富氧产生的相当高的废气焓加以回收利用 ,就可以满足空气分离膜片的功率要求 ,使净功率得到显著提高。伴随产生的高燃烧温度 ,还使富氧燃烧减少了颗粒和可见烟的排放 ,但却增加了氮氧化物的排放 (是氧含量为 2 6 %时的 3倍 )。所以 ,若想在提高机车柴油机性能的同时充分发挥富氧的潜力 ,就需要进行废气后处理和热量回收。     

利用机械增压器降低柴油机瞬态工况排放的研究

一般来说，涡轮增压发动机有增压延迟，而机械增压发动机则不存在这个问题。为了满足日本新长期排放法规，在1台柴油机上安装了机械增压器，由此改善了柴油机瞬态工况和低速扭矩工况的增压特性。在瞬态工况应用更高的废气再循环率，降低了排放。介绍了柴油机使用机械增压的优缺点。     

机车柴油机增压系统故障诊断仪的研制

增压系统的状态直接影响柴油机的经济性和动力性，对增压系统的状态及时进行监测和故障诊断，是保证其在良好状态下工作的有效措施。为此，研制了增压系统故障断仪。本文介绍了仪器的工作原理，软硬件组成和特点。根据机车柴油机的结构和特点，该仪器选择进气管中空气的压力和温度作为特征参数，不但能准确反映增压系统的状态，而且检测方便，利用模糊理论对增压系统的状态进行诊断，提高了诊断结果的准确率，运用表明，该仪器可实现对增压系统的不解体检测和故障诊断，是实现增压系统状态修理的理想设备。     

利用二级增压降低Wartsila四冲程中速柴油机排放

NOx和CO2的减排要求是促进未来内燃机发展的主要因素。NOx排放可通过使用Miller循环冷却燃烧过程来有效地降低。但是高度Miller循环（进气门提前关闭）需要高增压压力。对此,有效的措施之一就是采用二级增压系统,可使增压压力达到10bar。采用二级增压还可提高发动机效率以及降低CO2排放。发动机效率的提高是采用高效二级增压系统以及通过Miller循环使发动机压缩和膨胀冲程之间实现更佳的比例划分的结果。因此,Miller循环与二级增压系统相结合能使NOx和CO2排放都得到有效降低。为查明进气门关闭（IVC）提前与二级增压系统相结合所蕴含的潜力,采用一维模拟软件进行了研究。为寻求各种负荷下的最佳IVC,还利用可变的IVC系统进行了研究。在Wartsila 20型柴油机上进行了二级增压系统样机、极端提前的Miller定时以及短的扫气期的试验。将这些试验结果与模拟结果以及与前期试验（一级增压,压比最高达6．2bar,中度Miller定时）的结果进行了对比。本文还介绍了样机的结构以及目前的发动机为适应增压度的提高以及为增设辅助设施而需要作出的修改。模拟结果以及作出的假定通过试验得到验证。以下几点是在Wartsila 20型机上通过二级增压技术结合IVC提前技术所得到的结果：①极端提前的Miller定时使NOx排放减少达50％;②燃油消耗率的改进潜力得到证实;③由于高空／燃比使高负荷区热负荷得到改善,但由于进气流量受到限制,使部分负荷性能较差;④负荷承受能力及烟排放性能变差。但可采取可变的进气门关闭（VIC）系统加以解决。     

大功率柴油机和气体机可变气门技术

针对大功率发动机和燃气机,为提高进气控制的灵活性ABB涡轮增压系统有限公司提出了一种新型可变气门正时系统.介绍了这种可变气门正时系统的设计、试验和市场应用潜力的预期.     

关于控制车用大功率柴油机排放的探讨

柴油机废话气排放对环境的污染，愈加引起社会的重视，越来越严格的排放法规对柴油机的设计和动用提出出新的课题。 参考国外有关控制，降低柴油机排放的方法并结合在这方面的进展情况，在对我厂１２Ｖ１８０ＺＪＣ柴油机在奥地利ＡＶＬ公司所作出的排放结果进行总结和分析的基础上，提出了柴油机在运转条件下控制进气温度、环境温度及采用停缸法等措施，来降低柴油排放量的有效途径。     

内燃机车状态监测系统设计

内燃机运行状态监测系统基于柴油机瞬时转速信号的气缸状态监测,辅以柴油机进气温度和增压压力信号、发电机电压电流信号、油门拉杆位移信号及机车速度信号,进行多参数融合诊断;再将诊断结果及状态数据通过GPRS无线通信模块发送至地面数据库,实现内燃机车动力系统在线状态监测与故障诊断、节能降耗与维修管理。系统结合数据库专家系统,分析机车运输组织、质量状态和能耗状态,提出维修维护及运输组织优化建议,实现内燃机车动力系统高效营运和安全管理。     

TierⅢ法规对船用柴油机增压器布置和设计的影响

国际海事组织IMO TierⅢ法规将在2016年实施,计划在排放控制地区(ECA)内推行更低的排放限值,并且要求2015年起ECA地区内的燃料含硫量降至0.1％.过去几年中研究了各种降低NOx排放的方法,比如油水乳化、空气加湿和米勒循环,然而这些方法不能经济地满足新限值的需要.如果以增压器开发为关键突破口迎接将来的生态和经济挑战,重点在于两项重要技术:排气再循环技术(EGR)和利用选择性催化还原技术(SCR)进行的排气后处理方法.两种技术都与增压系统有相当的关联.SCR产生效果需要一定的温度,这与燃料含硫量相关,所以可布置在增压器的上游或下游,在这两种情况下,催化剂的压力损失都必须由增压系统补偿.EGR系统对进气量影响很大,正在研究如何应对EGR率达到45％的情况.同时,因为清洁燃烧需要恒定空燃比,所以要求进气压力比更高.两级增压系统对高低压各级部件作了优化后,可适应EGR系统的特殊要求.     

电控稀燃天然气发动机的研究与开发

介绍了天然气发动机的总体设计原则;对WD615增压柴油机进气系统及燃烧系统进行了改进;确定了采用缸外预混合稀薄混合气燃烧模式以及前馈控制与闭环反馈控制相结合的控制方式;设计了电控多点顺序喷射燃料供给系统。     

BMW公司装用3个涡轮增压器的新型6缸两级增压柴油机（第2部分）——进气系统、冷却系统和废气系统

BMW公司为运动型汽车开发的装用3个涡轮增压器的新型T、winPower Turbo-3．0 L-6缸两级增压柴油机是柴油机发展史上的又一个里程碑。新机型进一步拓宽了BMw公司的标准部件,并以93kw的升功率和247N·m的升扭矩成为轿车柴油机中的顶级机型。仅依靠创新的增压系统与能承受高负荷的基础发动机的结合并不足以达到这样的动力性能指标,因此,必须专门为优化高增压度而设计进气系统、冷却系统和废气装置．以获得高效的增压空气冷却。第2部分介绍零部件的开发及其在汽车上达到的效果。     

涡轮增压器仿真分析能力的增强

由于涡轮增压能提高发动机效率,从而可减少排放,因而它先是在轿车柴油机上,近年来又在小型汽油机上取得显著的市场增长。多涡轮增压、可变几何截面、废气旁通阀、废气旁通人进气歧管,以及发动机管理系统的联合应用,伴随着拥挤的发动机舱内较高的工作温度（汽油机超过1000℃）,这些都对从事动力总成、发动机舱内布置和标定的工程师们提出了严峻的挑战。