随着能源供需矛盾日益突出以及环境污染问题不断加重,全球范围内都对车辆油耗与排放提出更苛刻的要求,就中国而言,在国VI排放法规中,对瞬态循环限值提出非常严格的要求,车用柴油机瞬态工况性能的改善面临前所未有的挑战。基于此,本文针对起动和油门急加两组典型瞬态工况,以性能优化为目的,在一台重型柴油机上进行了瞬态性能研究。一、针对常规控制策略起动过程喷油量与实际需求喷油量不匹配的问题,提出基于目标加速度的起动工况喷油量控制策略。1.将起动过程需求转矩划分为阻力转矩和加速转矩进行分别控制,其中阻力转矩为固定值,通过测功机倒拖试验测量获取,加速转矩通过设定目标加速度数学模型计算获取。由于本文提出的基于目标加速度的起动控制策略将起动过程动力需求进行明确划分并进行分别控制,因此起动过程喷油量与发动机实际需求更匹配。与传统起动控制策略对比,采用基于目标加速度的起动控制策略在起动时间略有增加的前提下不仅显著改善起动到怠速过渡的平稳性,降低起动过程累积喷油量,而且显著降低了HC、CO和NOx排放。2.为分析控制策略中目标加速度对起动性能的影响,设定不同斜率的目标加速度进行对比试验。研究表明,目标加速度斜率为正更有利于缩短起动时间,降低起动过程累积喷油量。二、组织好起动首循环工况的燃烧过程是改善起动性和起动过程中排放特性的重要途径,而影响起动首循环的因素众多,其中喷射方式是其中的一个重要因素。本文通过仿真优化喷射方式的方法来改善首循环燃烧及排放性能。1.喷射方案的选择:文中选取两阶段喷射和三次喷射两种喷射模式进行研究。两阶段喷射设定预喷1喷油量、预喷1与主喷间隔、主喷正时三个变量作为可变喷油参数,三次喷射设定预喷1喷油量、预喷1与主喷间隔、预喷2喷油量、预喷2与主喷间隔、主喷正时五个变量作为可变喷油参数。2.基于Do E方法的方案设计及喷射方式的CFD仿真:由于研究变量较多,采用Do E的方法对研究方案进行设计。为了确保首循环边界条件一致,避免边界条件差异对研究结果产生影响,采用CFD仿真的方法设定相同边界条件对不同喷射方案进行计算。运用Do E软件CAMEO对两阶段喷射和三次喷射计算结果分别进行神经网络建模训练,将喷射参数作为输入层,将首循环累积放热量、HC、CO和NOx排放作为输出层,建立输入层与输出层之间的关系,并对输出层结果进行优化,同步获取对应的最优喷射参数。优化结果表明,两阶段喷射模式在NOx略有增大的前提下降低了HC和CO排放,并增大了累积放热量,由此选取两阶段喷射为最优喷射模式。在两阶段喷射的基础上分析喷射参数对首循环性能的影响。结果表明,在一定的预喷1与主喷间隔条件下,随着预喷1油量增大,预喷燃料产生的热量增大促进主喷燃料的混合与燃烧,但同时也会引起燃料空气混合不均导致燃烧不充分HC增大,二者存在tradoff关系,预喷1喷油量存在最优值,能够放出适量热量改善缸内燃烧环境,又不至引起混合气质量恶化严重。因此首循环优化过程中合理选定预喷1喷油量可以显著改善HC和CO排放,并增大累积放热量。三、油门急加工况是车辆实际运行过程中最常用的瞬态工况之一。驾驶员对发动机动力性的需求在短时间内突增,意图通过急踩油门踏板实现,油门开度急增后,燃油喷射量瞬间增大。然而,由于进气系统响应性的限制,进气量的响应速度无法满足此时喷油量的增加速度,导致喷油量过高而进气量相对较低,造成燃料燃烧不充分,进而使排放性能的恶化;同时,当油门踏板增加速度过快,喷油量突增,会造成车速突增,影响驾驶舒适性,针对以上问题,本文提出油门递增的急加工况喷油量控制策略。首先设定油门增速判定阈值,当油门增大速度到达阈值,则判定油门增大速度过快,触发油门递增功能,使油门开度切换为按照设定步长递增的临时开度;当实时油门开度小于临时油门开度,则停止油门递增限制,油门开度切换为实时开度。研究表明,通过油门递增控制对增速过快的油门进行限制后,喷油量增大速率被限定在合理范围,显著改善了油门急加过程中的过量空气系数,从而改善碳烟、CO和HC等排放。四、在油门急加工况,由于增压器迟滞效应导致进气响应慢,进气量增大速度远落后于喷油量增大速度,由此引起碳烟排放恶化。针对上述问题,本文提出EGR瞬态修正控制策略。1.在油门急加工况前期,通过修正系数将EGR阀预控制开度修正为0,加速EGR阀关闭,从而改善进气响应性能,降低碳烟排放;2.在油门急加工况后期,通过修正需求空气量MAP合理降低需求空气量,使实际进气量更早满足需求空气量,由此实现EGR阀提前开启,改善油门急加工况后期的NOx排放。基于以上EGR瞬态修正策略运行WHTC循环,结果表明:对EGR进行瞬态修正后,在油耗略有增大的前提下显著降低了碳烟、NOx、HC和CO排放。