吉林大学学报(工学版) ›› 2018, Vol. 48 ›› Issue (5): 1444-1454.doi: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb20171078

• • 上一篇    下一篇

不同米勒循环方式对柴油机工作过程影响的一维模拟分析

杨帅1,2, 冯志炜1, 赵治国1, 周毅1   

  1. 1.同济大学 汽车学院,上海 201804;
    2.同济大学 中德工程学院,上海 201804
  • 收稿日期:2017-07-28 出版日期:2018-09-20 发布日期:2018-12-11
  • 通讯作者: 赵治国(1971-)男,教授,博士.研究方向:混合动力汽车系统集成控制,新型传动系统控制及车辆动力学控制.E-mail:zhiguozhao@tongji.edu.cn
  • 作者简介:杨帅(1980-),男,副教授,博士.研究方向:发动机控制与排放技术.E-mail:mermaid04@126.com
  • 基金资助:
    国家自然科学基金项目(5167050371);上海市技术性贸易措施应对专项项目;中央高校基本科研业务费专项资金资助交叉学科项目;同济大学课程建设实验教改项目;同济大学教学改革项目;同济大学精品实验项目;同济大学研究生综合教改项目

1-Dimensional simulation analysis about the influence of different Miller cycle strategies on diesel engine operating process

YANG Shuai1,2, FENG Zhi-wei1, ZHAO Zhi-guo1, ZHOU Yi1   

  1. 1.School of Automotive Studies, Tongji University, Shanghai 201804, China;
    2.Chinesisch-Deutsche Hochschule für Angewandte Wissenschaften, Tongji University, Shanghai 201804, China;
  • Received:2017-07-28 Online:2018-09-20 Published:2018-12-11

摘要: 基于柴油机的工作模型,运用-维模拟分析了进气门早关和晚关两种米勒循环形式对柴油机燃烧和排放的影响,通过改变气门正时、增压压力和喷油正时,在两种米勒循环方式下对该型柴油机在额定转速下的工作状态进行了优化。实验结果表明,推迟或者提前进气门关闭时刻可以减小压缩阶段的压力和温度,从而使滞燃期增长,但是由于缸内工质的减少,缸内平均温度和碳烟排放升高;增压压力的提高可以弥补进气损失,进气门晚关或者早关并结合提高增压压力及推迟喷油,可同时降低NOx和碳烟的排放;在保持爆发压力与原机相同时,M-50配合定爆发压力与上止点前10 °CA喷油的方案相对于原机其油耗下降1.21%,NOx排放下降22%,碳烟下降58.1%,M100配合定爆发压力与上止点前12 °CA喷油的方案相对于原机其油耗下降1.56%,NOx下降12.96%,碳烟下降54.75%。

关键词: 内燃机工程, 米勒循环, 柴油机, 一维模拟, 排放

Abstract: Based on the working model of a diesel engine, the influences of two Miller cycle strategies, Early Intake Valve Closure (EIVC) and Late Intake Valve Closure (LIVC) on the combustion and emissions of diesel engine were analyzed by 1-Dimensional simulation. Then, the working condition of each Miller cycle strategy on the engine under the rated speed was optimized through the adjust of the valve timing, the boost pressure and the injection timing. It was found that both delaying and advancing the closure timing of the intake valve can decrease the pressure and temperature during compression stroke, prolonging the ignition delay. However, due to the decrease of the working media inside the cylinder, the average in-cylinder temperature and soot emission increase, which can be alleviated by raising the boost pressure and the resulting compensation of the intake air loss. The study also found that together with increasing boost pressure and delaying injection timing, both EIVC and LIVC can reduce NOx and soot emission simultaneously. The simulation results show that while keeping the peak firing pressure the same as the original engine, M-50 together with constant peak firing pressure boosting and a 6 °CA injection delay can decrease the Fuel Consumption (FC) by 1.21%, and NOx emission by 22%, and soot emission by 58.1%, while M100 together with constant peak firing pressure boosting and a 4 °CA injection delay can reduce the FC by 1.56%, and NOx emission by 12.96%, and soot emission by 54.75%.

Key words: internal-combustion engine engineering, Miller cycle, diesel engine, 1-Dimensional simulation, emission

中图分类号: 

  • TK422
[1] 朱晨菡. 基于二级增压的柴油机米勒循环性能模拟[D].成都: 西南交通大学机械工程学院,2016.
Zhu Chen-han.Performance simulation of diesel engine with miller cycle based on two-stage turbocharging[D]. Chengdu: School of Mechanical Engineering, School of Mechanical Engineering, 2016.
[2] 禇超美,洪佳骏,王成润.基于米勒循环的柴油机IEGR方法研究[J].内燃机工程,2016,37(5):51-55.
Chu Chao-mei, Hong Jia-jun, Wang Cheng-run.A study on IEGR of diesel engine based on miller cycle[J]. Chinese Internal Combustion Engine Engineering, 2016, 37(5):51-55.
[3] 姜峰,李明海,王娟.两种米勒循环对机车柴油机性能的计算分析与研究[EB/OL].[2017-05-22].http://www.cnki.net/kcms/detail/31.1255.TK.20160519.1706.002.html.
Jiang Feng, Li Ming-hai, Wang Juan. Computation and study on the effects of two kinds of Miller cycle on the locomotive diesel engine’s performances[EB/OL].[2017-05-22].http://www.cnki.net/kcms/detail/31.1255.TK.20160519.1706.002.html.
[4] 李军,向璐,郑建军.米勒循环发动机缸内气体流动与燃烧分析[J].车用发动机,2016(1):73-82.
Li Jun, Xiang Lu, Zheng Jian-jun.In-cylinder gas flow and combustion analysis of Miller cycle engine[J]. Vehicle Engine,2016(1):73-82.
[5] 姜伟. GDI发动机应用米勒循环提高经济性的研究[D].长春: 吉林大学汽车工程学院,2016.
Jiang Wei.Research on improving fuel economy of GDI engine using Miller cycle[D]. Changchun: College of Automotive Engineering, Jilin University, 2016.
[6] 祖炳峰,周仁杰,徐玉梁,等.米勒循环在小型增压汽油机典型工况的应用研究[EB/OL].[2017-05-22].http://www.cnki.net/kcms/detail/31.1255.TK.20160629.1413.002.html.
Zu Bing-feng, Zhou Ren-jie, Xu Yu-liang, et al. The application of miller cycle on the typical working conditions of turbocharged downsizing gasoline engine[EB/OL].[2017-05-22].http://www.cnki.net/kcms/detail/31.1255.TK.20160629.1413.002.html.
[7] 吴学松,詹樟松,尚宇,等.外部EGR技术在高压缩比米勒循环发动机上的试验研究[J].内燃机工程,2015,36(4):19-24.
Wu Xue-song, Zhan Zhang-song, Shang Yu, et al.Experimental study on extermal EGR technology in miller cycle engine of high compression ratio[J]. Chinese Internal Combustion Engine Engineering, 2015, 36(4):19-24.
[8] Zaccardi J, Pagot A, Wangraefschepe F, et al. Optimal design for a highly downsized gasoline engine[C]∥SAE Paper,2009-01-1794.
[9] Tavakoli S,Jazayeri S A,Fathi M,et al.Miller cycle application to improve lean burn gas engine performance[J]. Energy, 2016,109:190-200.
[10] 姚若禹. 米勒循环模式对柴油机性能影响的计算与试验研究[D].武汉: 华中科技大学能源与动力工程学院,2013.
Yao Ruo-yu.Performance analysis by numerical modeling and experimental study on a diesel engine with Miller cycle[D]. Wuhan: College of Energy and Power Engineering, Huazhong University of Science &Technology, 2013.
[1] 董伟,宋佰达,邱立涛,孙昊天,孙平,蒲超杰. 直喷汽油机暖机过程中两次喷射比例对燃烧和排放的影响[J]. 吉林大学学报(工学版), 2018, 48(6): 1755-1761.
[2] 林学东, 江涛, 许涛, 李德刚, 郭亮. 高压共轨柴油机起动工况高压泵控制策略[J]. 吉林大学学报(工学版), 2018, 48(5): 1436-1443.
[3] 田径, 刘忠长, 刘金山, 董春晓, 钟铭, 杜文畅. 基于燃烧边界参数响应曲面设计的柴油机性能优化[J]. 吉林大学学报(工学版), 2018, 48(1): 159-165.
[4] 卫海桥, 裴自刚, 冯登全, 潘家营, 潘明章. 压电喷油器多次喷射对GDI汽油机颗粒物排放的影响[J]. 吉林大学学报(工学版), 2018, 48(1): 166-173.
[5] 郭亮, 杨文昭, 王云开, 孙万臣, 程鹏, 李国良. 废气再循环对丁醇/柴油混合燃料发动机的影响[J]. 吉林大学学报(工学版), 2017, 47(6): 1767-1774.
[6] 刘忠长, 腾鹏坤, 田径, 许允, 亓升林, 于凯波. 二级增压柴油机旁通阀调节特性[J]. 吉林大学学报(工学版), 2017, 47(3): 796-803.
[7] 李志军, 王楠, 张立强, 黄群锦, 魏所库, 张彦科. 柴油机微粒捕集器非对称孔道内流场和压降特性模拟[J]. 吉林大学学报(工学版), 2016, 46(6): 1892-1899.
[8] 李小平, 洪伟, 解方喜, 李翔宇, 杨文海, 代志尧. 应用推迟点火、废气再循环及过稀混合气降低稀燃甲醇发动机NOx排放[J]. 吉林大学学报(工学版), 2016, 46(5): 1478-1483.
[9] 江涛, 林学东, 李德刚. 超高压喷射对直喷柴油机混合气形成、燃烧及排放特性的影响[J]. 吉林大学学报(工学版), 2016, 46(5): 1484-1493.
[10] 韩晓梅, 林学东, 李德刚, 李闯. 轻型车用柴油机起动怠速过渡过程瞬态喷油量控制[J]. 吉林大学学报(工学版), 2016, 46(4): 1103-1108.
[11] 于秀敏, 商震, 张岳韬, 杜耀东. 废气再循环对直喷汽油机燃烧及排放影响的仿真[J]. 吉林大学学报(工学版), 2016, 46(4): 1109-1117.
[12] 魏丽英, 李鸣君. 考虑诱导影响的公交优先信号配时模型[J]. 吉林大学学报(工学版), 2016, 46(3): 777-784.
[13] 逯家鹏, 李幼德, 吕景华, 赵健. 自动挡车辆冷起动降排放换挡控制策略[J]. 吉林大学学报(工学版), 2016, 46(2): 348-353.
[14] 秦大同, 詹森, 漆正刚, 陈淑江. 基于K-均值聚类算法的行驶工况构建方法[J]. 吉林大学学报(工学版), 2016, 46(2): 383-389.
[15] 孙万臣, 刘高, 郭亮, 杜家坤, 肖森林, 李国良. 微粒捕集器对高压共轨柴油机超细微粒捕集特性[J]. 吉林大学学报(工学版), 2016, 46(1): 133-139.
Viewed
Full text


Abstract

Cited

  Shared   
  Discussed   
[1] 郭孔辉;王爽;丁海涛;张建伟 . 后悬架非对称式橡胶衬套弹性耦合特性[J]. 吉林大学学报(工学版), 2007, 37(06): 1225 -1228 .
[2] 何磊,宗长富,田承伟,吴仁军,张太武. 线控转向汽车直流电机的故障诊断与容错控制[J]. 吉林大学学报(工学版), 2011, 41(03): 608 -612 .
[3] 刘松山, 王庆年, 王伟华, 林鑫. 惯性质量对馈能悬架阻尼特性和幅频特性的影响[J]. 吉林大学学报(工学版), 2013, 43(03): 557 -563 .
[4] 初亮, 王彦波, 祁富伟, 张永生. 用于制动压力精确控制的进液阀控制方法[J]. 吉林大学学报(工学版), 2013, 43(03): 564 -570 .
[5] 李静, 王子涵, 余春贤, 韩佐悦, 孙博华. 硬件在环试验台整车状态跟随控制系统设计[J]. 吉林大学学报(工学版), 2013, 43(03): 577 -583 .
[6] 胡兴军, 李腾飞, 王靖宇, 杨博, 郭鹏, 廖磊. 尾板对重型载货汽车尾部流场的影响[J]. 吉林大学学报(工学版), 2013, 43(03): 595 -601 .
[7] 王同建, 陈晋市, 赵锋, 赵庆波, 刘昕晖, 袁华山. 全液压转向系统机液联合仿真及试验[J]. 吉林大学学报(工学版), 2013, 43(03): 607 -612 .
[8] 张春勤, 姜桂艳, 吴正言. 机动车出行者出发时间选择的影响因素[J]. 吉林大学学报(工学版), 2013, 43(03): 626 -632 .
[9] 马万经, 谢涵洲. 双停车线进口道主、预信号配时协调控制模型[J]. 吉林大学学报(工学版), 2013, 43(03): 633 -639 .
[10] 于德新, 仝倩, 杨兆升, 高鹏. 重大灾害条件下应急交通疏散时间预测模型[J]. 吉林大学学报(工学版), 2013, 43(03): 654 -658 .