16v柴油机增压匹配与排气系统的研究开发

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1、山东大学硕十学位论文1．1课题的提出及意义1．1．1课题的提出第一章绪论随着固民经济高速发展，对于柴油机的功率要求也越来越高。大功率柴油机主要指1000kW以上的柴油机，其用途很广，包括舰船、发电、机车等【lI。为满足市场需求，济柴新开发了H16V190ZL柴油机，其额定功率为2400kW，H16V190ZL柴油机在12V基础上增缸而成，渗透了当前国际先进水平的新技术、新工艺，在船舶、钻机、发电、铁路等方面有广阔的应用前景。对于大功率柴油机，其增压系统的选择是其核心任务之一。增压系统是柴油机的两个生命源之一，增压系统和供油系统一样，其性

2、能优劣对柴油机技术指标高低起决定性的影响。在增压系统发展过程中，通常要处理好以下一些关系：首先，为了提高柴油机平均有效压力，必须有提高增压压力，但这又受到最大爆发压力及最高温度的限制；其次，处理好压气机高效区窄和柴油机变工况的转速、流量变化幅值之间的关系，兼顾高、低工况；第三，排气能量充分利用，且排气歧管不宜复杂。正因为这样，经过世界各国内燃机专家孜孜不倦的努力，近些年来，中高速大功率柴油机实现高增压、改善低工况的新增压系统不断涌现，传统的增压模式正在发生变革[11。本课题针对H16V190ZL柴油机，分析比较各种增压系统，对各种排气系

3、统进行boost模拟计算，确定H16V190ZL柴油机的最优增压排气方案。1．1．2课题的意义随着增压技术大幅度提高，脉冲增压己无多大实际意义，而恒压系统对低工况很不适应，故近些年来，实现高工况和改善低工况的MPC、MIXPC、MSEM等增压系统的应用范围在不断静”大f引。山东大学硕士学位论文本论文介绍先进的增压系统，优化增压方案，以H16V190ZL柴油机为例，仿真计算不同增压系统的柴油机热力参数，从而选择出最优方案，对排气管进行优化设计；本课题对增压系统的研究是一项非常有意义的研究工作，为以后开发新机型增压系统的选择打下了良好基础。

4、1．2增压系统的现状与发展提高内燃机升功率的最有效措施是提高内燃机进气管中的充量密度，即采用增压技术。增压按其定义是在增压器中压缩进入内燃机进气管前的充量，增加进气管中充量的密度，使得进入气缸的实际进气量比自然吸气内燃机的进气量多，来达到增加内燃机功率的目的。装有增压器的内燃机称增压内燃机。在增压内燃机中充量将受两次压缩，一次在进入气缸前的增压器中，一次在气缸中。由于增压器要对充量作功，因此必须有外能源提供给增压器。按照增压器所需能量来源的不同，一般可分为机械驱动式增压(即机械增压)和废气涡轮增压两类。机械增压中，增压器是由内燃机曲轴直

5、接驱动，充量在增压器第一次压缩所需能量直接由内燃机的指示功中提供，因此将使内燃机的机械效率降低。废气涡轮增压最有效的增压方式。从内燃机排出的废气具有一定的压力和较高的温度，即具有较大的热焓，可在涡轮中膨胀作功。将涡轮的输出功用来驱动增压器，然后增压器将大气中吸入的空气压缩输入内燃机。增压器与内燃机本身无任何机械连接，增压器所需的能量来自排气，对内燃机指示功影响甚小，这种情况涡轮与增压器往往装在一个壳体中，称之为“涡轮增压器”。目前内燃机增压都是指采用废气涡轮增压器而言。1915年，瑞士工程师波许(AlfredBuchi)博士首先提出利用

6、内燃机废气(排气)能量进行废气涡轮增压柴油机的新概念，这是一项对内燃机发展具有深远意义的大事。特别是二次世界大战以来，由于要求体积小、单机功率大的机车用和船工用柴油机日益需要，以及重型货车和工程机械动力所需要的功率在不断的增大，使内燃机的废气涡轮增压技术有了突飞猛进的发展。由于废气涡轮增压内燃机在单位功率的重量、燃油消耗率、澡声、排放及高原性能诸方面均优于非增压内燃机，因此现代高性能柴油ULhL功率超过75kW的均已采用涡轮增压技术。国内也从50年代开始发展增压技术，并有了长足进步吼2山东大学硕士学位论文增压技术由于在节能、提高功率及满

7、足环保等方面具有无可批拟的优点而被众多柴油机采用，而且发展越束越迅速。从发展趋势来看，增压程度越来越高，现在最大平均有效压力已超过3．OMPa，这样高的平均有效压力，使得高增压柴油机出现了机械负荷和热负荷严重、低工况性能和瞬态特性变差等突出问题，因此对增压系统提出了越来越高的要求：要具有怠好的全工况性能，主要是有利于改善低工况性能；较高的排气能量利用率；气缸扫气顺利；有害排放物低；瞬态特性好；排气管系结构尽可能简单；易于实现系列化生产；涡轮尽量采用单进口。为了满足这些要求，人们研发了多种增压系统，尤其是为了改善高增压柴油机的低工况性能，

8、国内外研究人员通过各种途径做了大量的工作，并取得了较显著的成绩【41。1．3增压系统的形式1．3．1两种基本形式废气涡轮增压系统的两种基本形式是恒压增压系统和变压(脉冲)增压系统。进气管(a)恒压系统(b)