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近年来,能源危机和环境污染问题日益严重,对内燃机节能减排的研究与人类生产和生活密切相关,具有十分重要的现实意义。为此,内燃机减排方法与技术不断涌现,主要包括可变截面涡轮增压技术与废气再循环技术。由于可变截面涡轮增压技术具有低速扭矩大、瞬态响应快、适应范围广等显著优点,废气再循环技术具有降低气缸热负荷、减少NOx排放等显著优点,所以被公认为目前最有发展前景的内燃机节能减排方法与技术。本文将可变截面涡轮增压技术与废气再循坏技术相结合,通过改进涡轮的结构、VGT组件的安装方式以及VGT执行机构,实现了可变截面涡轮增压器喷嘴环的高精度控制,在保证动力性前提下,减少了耗油量,降低了碳烟-NOx的排放,达到了预期指标。此方法的基本原理是,首先,采用两相4拍步进电机驱动喷嘴环转动,改变喷嘴环的转角位置来改变涡轮流通面积,进而控制增压器转速和增压压力。柴油机低速时,通过减小涡轮流通面积而使增压压力提高,改善柴油机的低速特性;在柴油机高速时,逐渐增大涡轮流通面积,降低增压压力,使增压器不至于超速,同时不会损坏高速工况时柴油机的经济性。其次,采用节气门EGR系统,通过控制柴油机不同工况下的EGR率,降低碳烟-NOx的排放。为此,研制了VGT/EGR系统:采用步进电机驱动VGT喷嘴环,既可以实现正向运动,也可以实现反向运动;VGT组件嵌入涡轮中,空间利用率高,安装便捷;在涡轮前引入EGR系统,形成外部高压EGR系统。利用所研制的VGT/EGR系统,在GT-power软件中,对一台六缸直喷柴油机的涡前压力、增压压力、燃油经济性、进气量、空燃比以及碳烟-NOx排放在不同转速和不同负荷下进行仿真分析。通过对仿真数据的分析可知:首先,无论是涡前压力还是增压压力,该系统均高于常规增压器系统,并且随着转速的增大,压差越大,容易实现EGR效果。其次,该系统的进气量和空燃比较高。当中低转速,EGR率12%以上时,燃油消耗量较低;当高转速时,燃油消耗量偏大,但能够保证高转速的动力特性。第三,通过可变截面涡轮增压技术与废气再循环技术相结合,当NOx的排放满足国四要求时,中低转速下碳烟降低了50%左右。因此,与常规增压方法相比,该系统在柴油机节能减排性能上具有显著优势。