相继增压技术是改善涡轮增压柴油机低工况大扭矩性能最为有效的手段之一,但在受控增压器切换过程中,柴油机转速波动大,烟度增加,如果切换不当,受控增压器容易进入喘振区。目前国内外主要是通过研究切换延迟时间以防止受控增压器发生喘振和倒流,而对改善相继增压柴油机在瞬态切换过程的排放性能以及缸内燃烧过程的研究很少。本文在相继增压柴油机切换过程以及加速加载瞬态过程,采用进气管喷射高压空气,研究不同的喷气压力和喷气时间对柴油机相继增压切换过程以及加速加载过程中瞬态性能的影响,改善相继增压柴油机在切换过程以及加速加载瞬态过程中出现的不稳定现象。以TBD234V12柴油机为研究对象,对其进行了相继增压系统以及进气管喷气系统的改造,设计了瞬态过程的控制与数据采集系统,对柴油机在相继增压切换过程以及加速加载过程中进行了喷气试验,研究了不同喷气压力、喷孔面积、喷气始点时间和喷气持续时间对柴油机进气压力及排放性能的影响规律,得出了切换过程的喷气策略,通过对缸内进气以及燃烧过程的计算分析,得到了喷气对柴油机相继增压切换过程以及加速加载过程中缸内气体流动和燃烧排放的影响规律。主要研究内容如下:(1)通过对不同切入延迟时间进行试验,得到了切入延迟时间对切入过程中柴油机的进气压力、缸内最高爆发压力以及烟度排放的影响规律,通过对试验结果的对比分析,得到了该柴油机的最佳切入延迟时间。不同的切入延迟时间试验表明:在切入过程中,当切入延迟过短时,受控增压器发生倒流,柴油机的进气压力降低迅速,柴油机缸内最高爆发压力降低,排气烟度增加。当切入延迟过长时,由于基本增压器获得能量减少,不能提供燃烧所需要的空气量,柴油机的进气压力持续降低,从而导致缸内最高爆发压力也相应降低,烟度增加。(2)对柴油机相继增压切换过程进行了喷气试验。采用喷气技术后,柴油机的进气压力稳定时间缩短,转速波动减少,瞬态过程中排放得到很大的改善。通过对不同的喷气压力的研究,得到了喷气压力对切换过程的影响规律:喷气压力越高,柴油机进气压力越高,稳定时间也越短;通过对不同喷气始点时间的研究,得到了喷气始点时间对切换过程的影响规律:喷气始点时间以燃气阀开启或关闭时刻为最佳,提前喷气对切换过程中的瞬态性能影响较小,会导致切换前NOx排量的增加;通过对不同喷气持续时间的研究,得到了喷气持续时间对切换过程的影响规律:喷气持续时间以进气压力达到切换后柴油机稳定运行时的压力值时刻为最佳,如果喷气时间过短,柴油机的排烟量较高,如果喷气时间过长,NOx排量增加。(3)对相继增压柴油机在加速及加载过程进行了喷气试验,试验结果表明:在加速及加载过程中,柴油机转速、扭矩增加后,使得缸内喷油量增加,由于进排气管内气体的可压缩性以及增压器响应迟滞等因素,造成供气量不足,瞬时空燃比下降,缸内燃烧恶化,造成烟度排放急剧增加。采用喷气后,由于进气量增加,涡轮增压器的响应得到改善,柴油机进气压力稳定时间缩短,柴油机的烟度、HC和CO排放减少,而NOx会相应增加,并且喷气压力越高,柴油机的进气压力越高,柴油机进气压力稳定时间越短,加速及加载过程中瞬态性能改善越明显。当喷气压力相同时,低转速低扭矩时效果比高转速高扭矩时明显。(4)建立了包括柴油机燃烧室、进排气门和进排气道的几何模型,对几何模型进行了静网格以及动网格的划分,通过试验验证了所选用的计算模型及计算方法的正确性,可以满足本文研究的需要。利用所建立的三维燃烧模型详细研究了喷气对瞬态过程中柴油机进气、燃烧及排放的影响规律,理论计算和分析表明:喷气后,柴油机进气量增加,缸内进、排气管内压差增大,缸内流速增加,柴油机扫气效果加强。喷气使主燃期燃烧更充分,而后燃期减少,对燃烧初期影响不大。由于喷气后缸内进气量增加,氧含量增加,因此,喷气后soot含量下降。总之,为改善相继增压柴油机切换过程以及加速加载过程中的瞬态性能,本文提出采用进气管喷气方法并进行了试验研究。研究表明:采用喷气技术后,在相继增压瞬态过程中,柴油机的烟度排放降低,转速波动减小。通过对不同的喷气压力,喷气时间的研究,得到了相继增压柴油机切换过程以及加速加载过程的喷气策略,有效的解决了相继增压柴油机切换过程以及加速加载过程中的瞬态性能。