公交车用柴油机电动增压补气系统的设计及其试验研究

论文摘要

由于柴油机具有很高的燃油经济性,车用柴油机的数量也越来越多。但是柴油机在起动和急加速时会产生严重的冒黑烟的现象,这种现象正随着公交车迅速柴油化过渡而在城市里日渐突出。柴油机碳烟形成的根本原因是在加速或加载过程中,进入气缸中的空气量跟不上加油量的变化速率,使瞬态过量空气系数以及混合气形成质量下降,进而导致燃烧质量下降,柴油机排放烟度恶化。所以改善加速烟度必须解决加速初期的供油量和供气量之间的矛盾。为解决柴油机带来的加速冒烟问题,提出了采用电动增压补气系统在柴油机加速时进行补气的技术路线。并设计一套在柴油机加速工况下能够快速响应的智能补气系统。该系统主要由高速交流电动机驱动的增压器总成、逆变电源、变频器、电控单元和油门位置传感器五部分组成,五个部分之间通过线束连接。车载24V蓄电池作为整套系统的总电源。电动增压补气系统的具体连接方式如下:逆变电源将车载24V蓄电池直流电转化为220V的高压交流电,为变频器供电。电控单元由车载24V蓄电池直接供电,电控单元为油门位置传感器供电。通过对柴油机在加速时进行快速补气,来降低柴油机的排放烟度。为了研究电动增压补气系统对于柴油机加速补气减少碳烟排放这一方法的可行性,将研制的电动增压补气系统应用到试验台架中去。在发动机试验台架装置研究中,改造了发动机进气布置,并开发了补气系统的控制单元。控制单元通过发动机工况识别系统来检测油门传感器输送的油门踏板变化速率信号,控制电动增压补气系统快速实施补气。通过道路试验,我们进一步验证了电动增压补气系统对消除公交车加速冒烟的效果。使用电动增压补气系统后,公交车急加速时的黑烟不见了,很好的解决了柴油机瞬态加速冒黑烟的问题。不仅如此,电动增压补气系统还可以增加瞬态扭矩,改善发动机加速响应,具有节油的效果,并且工作可靠、稳定。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 柴油机加速冒烟的机理与影响因素
• 1.2.1 柴油机碳烟生成机理
• 1.2.2 影响柴油机加速冒烟大小的主要因素
• 1.3 改善柴油机加速冒烟的主要措施
• 1.4 改善柴油机加速冒烟研究的发展现状
• 1.5 课题研究的意义以及主要研究内容
• 1.5.1 本课题的研究意义
• 1.5.2 主要研究内容
• 第二章 电动增压补气系统的结构设计
• 2.1 电动增压补气系统的基本原理
• 2.2 电动增压补气系统各子部件的选择
• 2.2.1 压气机的选择
• 2.2.2 压气机驱动电机的对比与选择
• 2.2.2.1 直流电机的工作原理
• 2.2.2.2 直流无刷电机的工作原理
• 2.2.2.3 交流电机的工作原理
• 2.2.2.4 电机的选择
• 2.2.3 高速电机与压气机的装配
• 2.2.4 逆变电源
• 2.2.5 变频器
• 2.2.6 智能识别控制系统的设计
• 2.2.6.1 控制策略
• 2.2.6.2 电控单元（ECU）的硬件设计
• 2.2.6.3 电控单元（ECU）的软件设计
• 2.3 电动增压补气系统的工作原理
• 2.4 本章小结
• 第三章 电动增压补气系统的工作特性研究
• 3.1 电动增压补气系统特性试验
• 3.1.1 压气机流量特性实验
• 3.1.1.1 实验原理和方案
• 3.1.1.2 实验结果
• 3.1.2 补气系统工作电流特性试验
• 3.1.2.1 实验原理与方案
• 3.1.2.2 实验结果
• 3.2 本章小结
• 第四章 补气系统的发动机台架及道路试验研究
• 4.1 电动增压补气系统的台架试验
• 4.1.1 实验台架的设计
• 4.1.1.1 发动机的匹配
• 4.1.1.2 台架试验设备与测试系统
• 4.1.2 瞬态测试系统实验
• 4.1.2.1 实验方法
• 4.1.2.2 实验数据与分析
• 4.1.3 稳态测试系统实验
• 4.1.3.1 实验方法
• 4.1.3.2 实验数据与分析
• 4.2 电动增压补气系统的道路试验
• 4.2.1 装车的方法
• 4.2.2 装车后的检查
• 4.2.3 实验效果
• 4.2.4 道路试验
• 4.2.5 检测报告
• 4.3 本章小结
• 第五章 全文总结及工作展望
• 5.1 全文总结
• 5.2 工作展望
• 参考文献
• 发表论文和科研情况说明
• 致谢