公交车用柴油机与可变喷嘴涡轮增压器的匹配与优化

本论文工作是在城市公交车用六缸柴油机上进行可变喷嘴涡轮增压器(VNT)的匹配与优化，旨在提高城市公交车用柴油机的低速扭矩，降低排气烟度，提高公交车用柴油机的加速响应性能，解决加速时冒黑烟严重的现象，同时使柴油机的经济性得到提高。通过对城市公交车用柴油机典型工况的分析，总结了城市公交车用柴油机的运行特点，并且提出了采用VNT对其进行改善的方案。继而对VNT的优化和匹配，通过大量的试验验证，总结和分析了VNT电控系统对公交车用柴油机性能和排放的影响规律，确定综合电控方案中各系统的最佳优化规律和电控脉谱。 可变喷嘴涡轮增压器(VNT)的作用像一个尺寸按无级变化的涡轮壳，通过改变喷嘴环叶片的转角位置来改变涡轮的流通面积，进而控制增压器的转速和增压压力，在发动机宽阔的转速范围内获得最佳的增压匹配，使发动机不仅能够保持高速时的涡轮效率，而且可以提高低速时的涡轮效率，能大幅度减低低速烟度，扩大低油耗的运行区，提高发动机的加速性。同时，VNT增压器可减低涡轮滞后，提高发动机的瞬态响应性。另外，VNT还具有结构紧凑，匹配方式灵活，增压系统改动少，控制方式简单等优点。 增压柴油机由于柴油机与涡轮增压器是气动连接，属于软连接。因此对增压柴油机的控制具有时变性、滞后性、非线性以及外部干扰的不确定性。针对这些控制特点，在VNT的控制系统中主要采用PID控制策略，并采用施密斯预估器矫正系统的滞后性。通过匹配采取这样控制的VNT系统，使得城市公交车用六缸型柴油机低速时的扭矩得到大幅度的提高，经济性得到了很大程度的改善，排气烟度得到了很大程度的降低，特别是加速时冒黑烟现象有了明显的改善，同时加速性能也得到了很大程度的提高。总之，对于城市公交车用柴油机的综合性能都得到了改善。对于适应我国城市公交车从欧Ⅱ排放阶段到欧Ⅲ排放阶段的过渡期具有现实的意义。