摘 要

本文借助了模拟计算软件GT-Power与六缸涡轮增压柴油机模型，通过改变发动机的喷射策略（喷射正时、喷射次数、预喷燃油量、预主喷射间隔），模拟仿真出有效扭矩、有效功率、有效热效率、有效燃油消耗率、氮氧化物排放浓度和碳烟排放浓度的输出曲线，将各情况的数据运用计算机进行整合对比，研究单次喷射、‘后喷 主喷’、‘预喷 主喷’、‘预喷 主喷 后喷’对增压柴油机性能所产生的影响。研究结果表明：喷射正时和喷射量对动力性能和经济性能的影响有限，喷射间隔对三个方面的性能影响较大；有预喷射的工况可以有效改善柴油机的动力性能、经济性能和排放性能，特别是使氮氧化物的排放大幅度降低；无论是有预喷射还有无预喷射的工况，都需要选择合适的喷射策略，使发动机的性能达到最佳。

关键词：涡轮增压柴油机；喷射策略；模拟

Abstract

With the aid of the simulation software GT-Power and the six cylinder turbocharged diesel engine model, the effective torque, effective power, effective thermal efficiency, effective fuel consumption rate and emission concentration are simulated by changing the injection strategy of the engine (injection timing, injection times, pilot-injection fuel quantity and pilot- main ejection interval). The output curves of degree and carbon smoke emission concentration are used to study the effects of single injection, 'back-spray main-jet', 'pilot-jet main-jet', 'pilot-spray main-jet' and "main-jet post-spray" on the performance of turbocharged diesel engine. The results show that the effect of injection timing and injection on the dynamic performance and economic performance is limited, and the injection interval has great influence on the performance of the three aspects. The pilot injection conditions can effectively improve the dynamic performance, economic performance and emission performance of the diesel engine, especially the emission of nitrogen oxides. There is a pilot injection and no pilot injection conditions, all need to choose the appropriate injection strategy to achieve the best performance of the engine.

Key words:turbocharged diesel engine; injection strategy; simulation

目录

摘要.................................................................................................................................................II

Abstract..........................................................................................................................................III

第一章 绪论 1

1.1.引言 1

1.2.涡轮增压器的介绍 1

1.3.柴油机多次喷射的研究 2

1.4.本文研究的主要内容 4

1.4.1.研究的基本内容 4

1.4.2.研究的目标 4

1.4.3.采用的技术方案及措施 4

第二章 GT-Power仿真模拟基础 5

2.1.GT-Power的介绍 5

2.2.增压柴油机仿真模型的建立 5

2.2.1.涡轮增压系统 7

2.2.2.燃油喷射系统 12

2.3.模型的验证 12

2.4.本章小结 13

第三章 无预喷工况的模拟 14

3.1.单次喷射对增压柴油机性能影响的仿真分析 14

3.1.1.喷射正时对增压柴油机动力性能的影响 14

3.1.2.喷射正时对增压柴油机经济性能的影响 16

3.1.3.喷射正时对增压柴油机排放物的影响 18

3.2.主喷 后喷方式对增压柴油机性能影响的仿真分析 20

3.3.本章小结 22

第四章 有预喷工况的模拟 24

4.1.预喷 主喷方式对增压柴油机性能影响的仿真分析 24

4.1.1.不同喷射正时的影响 24

4.1.2.不同预喷燃油量的影响 27

4.1.3.不同喷射间隔的影响 29

4.2.预喷 主喷 后喷对增压柴油机性能影响的仿真分析 32

4.3.本章小结 34

第五章 总结与展望 36

5.1.总结 36

5.2.展望 36

参考文献 37

致谢 39

第一章 绪论

1.1.引言

随着时代的发展与日趋变化的社会环境，当前我国越来越重视走可持续的发展道路，人们的节能环保意识也在逐渐增加。面对着能源与环境保护的危机，国家各项法规都日益严格，特别是汽车尾气排放的标准。汽车使用普及率越来越高，几乎每家每户出行都是以车代步，但是其使用过程中所产生的大量排放气体都是有害的，这些气体对环境造成了很大的危害，因此如何降低汽车有害气体的排放一直以来都是研究内燃机的关键问题。作为内燃机的一种，柴油机有着优于汽油机和其它内燃机的特点，并且凭借其较高的热效率和较低的燃油消耗率得到了越来越广泛的应用，但是它的缺陷也是非常明显的，就是其排放气体的有害物质较多，主要是和颗粒物（PM），控制它们的排放是关键，而柴油机EGR技术和多次喷射技术就是有效减少有害物质排放的主要手段。这次我就是对多次喷射关于增压柴油机性能和排放所造成的影响做一个仿真分析研究，希望可以为相关的实验研究提供一定的参考。

1.2.涡轮增压器的介绍

涡轮增压器实际上是一种空气压缩机，通过压缩空气来增加进气量。它利用发动机排出的废气惯性冲力来推动涡轮室内的涡轮，从而驱动同轴的叶轮，叶轮压送由空气滤清器管道送来的空气，并将其增压进气缸中。当发动机转速增大时，废气排放速度与涡轮转速同时增加，叶轮就压缩更多的空气进入气缸，气压和密度增大，可以燃烧更多的燃料，通过增加燃料量和调整发动机的转速，就可以增加发动机的输出功率。

发动机采用涡轮增压后，由于利用了一部分的排气能量，使进气受到压缩，在换气过程中形成正的泵气功，因此增压后发动机的指示热效率略有增加，机械效率也随着增压度的增加而有所增加^[1]。增压后发动机的进气密度会增加，如果使用增压中冷，则发动机的进气温度降低，进气密度更高。由于有扫气动作，发动机缸内残余废气系数降低，同时对进气加热的影响减少，从而提高了充量系数。假定发动机的转速及过量空气系数在增压前后保持不变，则增压后发动机的升功率将与充量系数、指示热效率、机械效率、进气密度的乘积成正比的增加，且发动机增压后的燃油消耗率已经降低，经济性能有所改善。但是，发动机增压的主要目的不是为了改善经济性能，而是为了改善其动力性能并且减少排放。