摘 要

近年来，由于燃油价格的增长和各国排放法规的日益严格，各国公司都在积极探索发动机节能减排的相关技术，停缸技术的优点再次引起人们的关注。

本文以东风康明斯某车用柴油机为研究对象，通过AVL BOOST软件建立柴油机断油式停缸仿真模型，通过分析不同转速、负荷工况下停缸前后的柴油机性能变化，探究停缸技术对柴油机的油耗、排温、排放等的影响规律。通过相关的模型验证和停缸仿真实验，可得出如下结论：

（1）在进、排气门保持正常开闭的情况下，由于排气损失与机械损失过大，停缸技术并不能有效降低燃油消耗率。但在低负荷工况下，采用停缸技术可增加排温以满足SCR后处理技术的排温要求。

（2）通过仿真分析，在75%负荷工况下，工作气缸最高爆发压力超过200bar。较高的缸压会加剧柴油机的振动，因此高负荷工况区域不适合采用停缸技术。

（3）在低负荷条件下，停缸技术可减小碳烟浓度，但会造成NOx排放增多。

关键词：柴油机，停缸技术，BOOST仿真，比油耗，排温

Abstract

In recent years, due to the increasing price of fuel and stricter national emission regulations, many companies are developing the technology of energy-saving and emission reduction. Meanwhile, the advantage of cylinder deactivation technology has arisen people's attention.

In this study, the potential benefits of cylinder deactivation were investigated experimen-

-tally on a Cummins turbocharged six-cylinder diesel engine. The model of diesel engine is established by AVL BOOST software. after using the cylinder deactivation, The performance of diesel engine is evaluated by the index such as BSFC、gas temperature、emissions at different speeds and loads. After doing relative simulations, the conclusions can be concluded as following:

(1) Due to exhaust loss and mechanical friction, cylinder deactivation technology that opening the valves and cutting out fuel cannot effectively reduce the brake specific fuel consumption. In low loads, cylinder deactivation can be used to increase the exhaust temperature. The increasing exhaust temperature can meet the requirement of CSR which can reduce emissions.

(2) After using the cylinder deactivation, in the 75% load, the maximum burst pressure in the working cylinder is more than 200bar. The high pressure will aggravate the vibration of the diesel engine. As a result, cylinder deactivation cannot be used at high loads.

(3) At low loads, the cylinder deactivation technology can lower the emission of soot, but it will also lead to the increase of NOx emissions.

Key words: diesel engine, cylinder deactivation, BOOST simulation, BSFC, exhaust temperature

目 录

第1章 绪论 1

1.1课题背景及意义 1

1.1.1停缸技术背景 1

1.1.2停缸技术研究意义 1

1.1.3国内外研究简介 2

1.2研究内容与技术方案 3

1.2.1课题探究内容 3

1.2.2拟采用的技术方案 4

第2章 柴油机仿真模型 5

2.1组分运输及气体性质 5

2.2气缸模型 6

2.2.1 基本守恒方程 6

2.2.2燃烧模型 9

2.3排放模型 11

2.3.1 NOx排放模型 11

2.3.2 壁温模型 12

2.4管路模型 13

2.5涡轮增压器模型/ 14

2.5.1涡轮 14

2.5.2 压气机 14

2.5.3涡轮增压器 15

2.6本章小结 16

第3章柴油机仿真模型的建立及验证 17

3.1 6LTAA8.9-C340型柴油机仿真模型 17

3.2 BOOST仿真模型参数的输入 17

3.2.1全局变量的输入 18

3.2.2系统参数设置与计算 20

3.2.3管道参数设置 21

3.2.4中冷器参数设置 21

3.2.5涡轮增压器参数设置 22

3.2.6气缸初始参数设置 23

3.3 BOOST模型的仿真验证 23

3.3.1实验数据 23

3.3.2仿真结果与实验结果对比 24

3.4模型验证与分析 26

3.4.1功率对比分析 26

3.4.2最大爆发压力对比分析 27

3.4.3比燃油消耗率（BSFC）对比分析 28

3.4.4涡后排温对比分析 28

3.5本章小结 29

第4章柴油机停缸技术仿真研究 30

4.1停缸技术对燃油经济性影响 30

4.1.1低负荷下停缸技术对燃油经济性影响 30

4.1.2中、高负荷下停缸技术对燃油经济性影响 31

4.2 停缸技术对排温的影响 32

4.3停缸技术对柴油机的影响 33

4.3.1停缸技术对最高爆发压力的影响 33

4.3.2停缸技术对曲轴扭矩波动影响 34

4.4 停缸技术对排放的影响 34

4.4.1停缸技术对NOx排放的影响 34

4.4.2停缸技术对碳烟排放的影响 35

4.5本章小结 36

第5章总结与展望 37

5.1全文总结 37

5.2工作展望 37

参考文献 38

致谢 39

第1章 绪论

1.1课题背景及意义

1.1.1停缸技术背景

发动机的性能和排放研究一直是国内外汽车企业的重要研究内容。经过台架试验研究，人们发现：发动机在低负荷时负荷较小，燃烧恶化引起燃油经济性下降^[1] 。在上个世纪，各大车企都曾尝试研究开发停缸技术以降低油耗和排放。其中，凯迪拉克公司更是率先实现了采用CDA技术发动机的量产化。除此之外，丰田、通用、戴姆勒等汽车公司也开发出采用断油停气门式停缸技术的发动机。但由于当时停缸装置成本较高，采用停缸技术的发动机并未普及。近年来，由于燃油价格的提高和各国相关排放法规的日益严格，停缸技术的优点再次引起人们的关注^[2]。

发动机停缸技术，即发动机在部分负荷区间工作时，通过停止部分气缸供油、改变进排气机构的开闭，使工作气缸的负荷提高，通过改善发动机缸内燃烧，进而改善发动机的燃油经济性、排放性的技术。在早前，很多文献已经通过数值模拟和台架试验等得出结论：汽油机停缸技术可通过减少泵气损失降低燃油消耗率^[3-6] 。然而，由于柴油机气缸结构和汽油机不尽相同，对于柴油机停缸技术的研究仍有很大的空间。