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增压器结构参数对非道路用柴油机性能的影响研究
| 论文题名： | 增压器结构参数对非道路用柴油机性能的影响研究 |
| 关键词： | 涡轮增压器;结构参数;非道路用柴油机;排放;匹配试验;截面面积;油耗;设计;模拟计算;发动机;涡轮叶轮;涡轮效率;匹配参数;模型;方案;压气机特性;蜗壳;涡轮增压技术;经济性;建模 |
| 摘要： | 柴油机凭借其高转矩和低油耗的优势,在非道路移动机械方面占据了绝大部分的市场份额。但随着内燃机排放法规的日趋苛刻,加上非道路用发动机的市场定位及成本限制,该类柴油机也面临着迫切的排放控制难题。而涡轮增压技术能够在不对燃烧室等重要部件进行改动和重新设计的情况下,通过相关匹配参数的优化调整就能够使整机动力性、经济性及排放性能得到改善,从而降低了设计、制造成本,为解决上述难题提供了良好的解决方案。本文旨在原机型SNH4102的基础上,选取适当的涡轮增压器进行匹配,并调整相关匹配参数,从而使增压机型SNH4102Z能够达到相关设计指标及非道路用柴油机国Ⅱ排放标准限值要求;同时,在进行增压匹配的过程中重点研究了不同增压器结构参数对柴油机整机排放、油耗等关键性能的影响。本文主要从模拟计算和匹配试验两方面入手: 在模拟计算方面,首先根据增压柴油机的设计要求对增压器进行了选型及初步匹配,采用三维数字测量手段对所选增压器的涡轮叶轮进行了扫描,并完成了涡轮叶栅流道及蜗壳的三维建模。其次,采用ANSYS CFX软件对涡轮整机流动模型进行了网格划分及CFD计算,得出了涡轮的流通特性及效率特性脉谱。通过不同0-0截面面积涡轮内部流场的对比,结果显示0-0截面面积对蜗壳内的流速有显著影响,对涡轮效率也有一定的影响。在GT-POWER软件中采用模块化建模的方法对原机进行了建模,并利用涡轮的相关特性脉谱完成SNH4102Z整机模型的建立,在结合原机数据对模型进行验证的基础上,对增压后的整机性能进行了预测。计算结果证明增压器的选型是基本正确的,能够达到各设计性能指标的要求。 在匹配试验方面:对SNH4102Z整机进行了增压器匹配试验,通过不同方案涡轮增压器的对比试验,最终选定了方案8的涡轮增压器,并分析了不同增压器结构参数对整机排放及油耗性能的影响:适当减小蜗壳0-0截面面积对发动机的排放及油耗影响显著,但0-0截面面积过小将导致涡轮效率下降;压气机叶轮进口直径影响到压气机特性与发动机耗气特性的匹配,从而对排放和经济性产生影响;增大涡轮叶轮出口直径将导致CO、HC排放显著升高,但Nox排放有所下降,油耗则变化不大。在确定增压方案的基础上,结合计算模型对喷油压力、压缩比等参数进行了优化改进,并对改进后的整机进行了定型试验及排放测试,其测试结果全面达标。 |
| 作者： | 郑颖 |
| 专业： | 动力机械及工程 |
| 导师： | 楼狄明;胡志远 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 同济大学汽车学院 |
| 学位年度： | 2008 |
| 正文语种： | 中文 |
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