摘要
车用柴油机以输出扭矩大、功率范围广、燃油经济性好等诸多优点被广泛用于车用动力，但最近几年，由于逐渐严格的各项油耗法规，各种新能源动力带来的竞争压力，进一步提高车用柴油机的能量效率成为了当前内燃机领域的主要研究目标之一。为了从能量的数量和品质上同时考虑，开展热平衡、(火用)平衡研究成为一个很重要的课题。本文为了对车用柴油机工作过程进行(火用)分析，设计并建立了柴油机能量分析试验平台，实现了有效功、排气(火用)、传热(火用)、(火用)损失等(火用)能分布的特性分析。同时研究了不同边界条件参数(EGR率，喷油参数和冷却系统参数等)对柴油机(火用)流分布的影响，并分析了边界条件参数的敏感性，提出了柴油机(火用)效率的优化方向。本文研究的主要内容分为两部分。 第一部分，试验研究了增压柴油机的整机(火用)流分布，试验结果如下： 1、在负荷变化下，有效功、排气(火用)、传热(火用)、(火用)损失皆随负荷增加而增加，其中排气(火用)和(火用)损失在大负荷时增加速率加快，传热(火用)在大负荷时增加速率减缓。在占比方面，(火用)效率和排气(火用)占比随负荷增加而增加，相反传热(火用)占比和(火用)损失占比随负荷增加而减小。随着负荷增加，(火用)效率增加的原因是大负荷的机械损失减少；传热(火用)占比随负荷增加而减少的原因是负荷增加循环加热量增加，而燃烧室壁面温度不变，则相对传热量减少；只有排气(火用)占比随负荷增加而增加的原因是大负荷燃烧拖后所致。通过对比A(1517r/min)、B(192lr/min)、C(2307r/min)和标定转速(2600r/min)下的(火用)流分布负荷特性，得到车用柴油机的(火用)流负荷特性在不同转速下的趋势较为一致。 2、在柴油机子系统中，废气涡轮回收的能量和进气中冷带走的能量正相关于负荷。在占比方面，随着负荷的增加涡轮能量占比呈现凸状，中冷器能量占比呈现凹状。在标定转速下中低负荷的废气利用率最高达到了33.57%。 3、标定点(2600r/min、100%负荷)下，该车用柴油机有效功率为112.OlkW，排气(火用)为51.03kW，传热(火用)为25.25kW，(火用)损失为120.9lkW，(火用)效率为36.23%，排气(火用)占比为16.5%，传热(火用)占比为8.17%，(火用)损失占比为39.1%。 第二部分，通过试验研究了不同边界条件参数对车用增压柴油机(火用)流分布的影响并分析了边界条件参数的敏感性。在试验中得到的主要结论如下：EGR率由O%增至20%时，(火用)效率减少，排气(火用)占比增加，传热(火用)占比减小，(火用)损失占比增加，根本原因是少量的EGR缩短了滞燃期降低了缸内温度。喷油压力从130MPa增至160Mpa时，(火用)效率增加，排气(火用)占比减小，传热(火用)占比增加，(火用)损失基本不变，根本原因是喷油压力对雾化程度的影响。进气温度由30℃增至70℃时，(火用)效率减少，排气(火用)占比增加，传热(火用)占比增加，(火用)损失占比减少，根本原因是缸内平均温度的增加及滞燃期的缩短等。冷却液温度由50℃增至90℃时，(火用)效率增加，排气(火用)占比增加，传热(火用)占比减小，(火用)损失基本不变。 2、在不同边界条件参数下，喷油参数对排气(火用)占比和传热(火用)占比的敏感性较好，进气温度对(火用)效率、排气(火用)占比和传热(火用)占比的敏感性较好，冷却液温度对(火用)效率和传热(火用)占比的敏感性较好。
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