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1、10申请公布号CN103527349A43申请公布日20140122CN103527349A21申请号201310528969122申请日20131031F02M23/0420060171申请人南京林业大学地址210037江苏省南京市龙蟠路159号72发明人张永辉闵永军史品佳吕立亚74专利代理机构北京科亿知识产权代理事务所普通合伙11350代理人王清义54发明名称柴油发动机补气装置及补气方法57摘要本发明提供一种起步时可降低排气烟度、消除冒烟现象，防止对涡轮增压器涡轮转子的转动造成干扰，延长涡轮增压器使用寿命的柴油发动机补气装置和补气方法。该补气装置，包括涡轮增压器，涡轮增压器包括设置在排气管。
2、中的涡轮机和设置在进气管中的压气机；压气机进口前和出口后的进气管分别通过前补气通道和后补气管道与压缩空气源相通，前补气通道内的补气压力大于后补气通道。该补气方法，是使用涡轮增压器补气，涡轮增压器包括设置在排气管中的涡轮机、设置在进气管中的压气机；在压气机进口前和出口后的进气管上分别补入压力不同的压缩空气，对压气机进口前的进气管补气的压力大于对在压气机出口后的进气管补气的压力。51INTCL权利要求书1页说明书14页附图21页19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书1页说明书14页附图21页10申请公布号CN103527349ACN103527349A1/1页21柴油发动机补气。
3、装置，包括涡轮增压器，涡轮增压器包括设置在排气管中的涡轮机、设置在进气管中的压气机；其特征是压气机进口前的进气管通过前补气通道与压缩空气源相通，压气机出口后的进气管通过后补气通道与压缩空气源相通，前补气通道内的补气压力大于后补气通道内的补气压力。2如权利要求1所述的柴油发动机补气装置，其特征是前补气通道内的补气压力大于后补气通道内的补气压力13BAR。3如权利要求2所述的柴油发动机补气装置，其特征是后补气通道内的补气压力为12BAR。4如权利要求1、2或3所述的柴油发动机补气装置，其特征是在前、后补气通道上均设置电磁阀和调压阀，电磁阀与控制电磁阀开关的电磁阀驱动电路相连。5如权利要求1、2或3。
4、所述的柴油发动机补气装置，其特征是前、后补气通道并联在同一个补气通道上，补气通道与压缩空气源相通；在补气通道上设置电磁阀、第一调压阀和单向阀，在后补气通道上设置有第二电磁阀。6如权利要求1、2或3所述的柴油发动机补气装置，其特征是压气机出口后的进气管上串联有中冷器，中冷器出口后的进气管与后补气通道相通。7柴油发动机补气方法，使用涡轮增压器补气，涡轮增压器包括设置在排气管中的涡轮机、设置在进气管中的压气机；其特征是在压气机进口前的进气管上和在压气机出口后的进气管上分别补入压力不同的压缩空气，对压气机进口前的进气管补气的压力大于对在压气机出口后的进气管补气的压力。8如权利要求7所述的柴油发动机补气。
5、方法，其特征是对压气机进口前的进气管补气的压力大于对在压气机出口后的进气管补气的压力13BAR。9如权利要求8所述的柴油发动机补气方法，其特征是对在压气机出口后的进气管补气的压力为12BAR。10如权利要求9所述的柴油发动机补气方法，其特征是在起步开始时的35秒内，发动机转速由怠速提升至14001800转/分钟。权利要求书CN103527349A1/14页3柴油发动机补气装置及补气方法技术领域0001本发明涉及柴油发动机补气装置及补气方法。背景技术0002随着汽车工业的快速发展，汽车保有量迅速增加，汽车已成为当代中国社会最重要的交通运输工具，极大地改善了人们的出行条件。但随着汽车保有量的急剧增。
6、加，也带来不少社会问题，汽车排放污染问题成为人们关注的焦点。0003汽车废气中含有200多种有害物质，其中HC、CO、NOX及颗粒是主要污染物。随着汽车保有量的快速增加，机动车污染排放已成为很多城市空气污染的主要来源之一，尤其是在人口密集的大城市，机动车数量增加迅速，交通拥堵程度越来越严重，庞大的机动车保有量、低速行驶等现象导致汽车燃油燃烧不充分，造成城市大气污染严重。0004来自于汽车废气中的悬浮颗粒物对人体健康的影响很大。颗粒物随人们呼吸空气而进入肺部，以碰撞、扩散、沉积等方式滞留在呼吸道不同的部位。0005随着我国公共交通的飞速发展，城市公交运输车辆也在迅速增加。柴油机以其良好的经济性和。
7、动力性在城市公交车辆得到越来越广泛的应用。0006现阶段的公交柴油车，一般都安装了涡轮增压器，增压技术的应用对于发动机整体性能的提高、经济性的改善和改进排放都有重大意义。但是，涡轮增压柴油机并不像非增压柴油机那样有很好的负荷和速度响应特性，它也存在着部分负荷性能和瞬态特性恶化等问题。由于发动机与增压器的工作方式不同，二者难以形成良好的匹配，尤其是随着增压压比的提高，涡轮增压发动机普遍存在着低速扭矩不足、加速性差、加速冒烟等固有缺陷。柴油机在在加速工况下，柴油进入气缸参与燃烧，涡轮得到的能量较燃烧后气体能量的增加滞后，同时又由于气体在排气管中具有可压缩性，实际需要几个连续的工作循环后排气管中的气。
8、体压力才能逐步上升，涡轮得到的能量才能不断增加。由于涡轮的功率大于增压器吸收的功率而使涡轮增压器转子（通过一根轴相连的涡轮机中的涡轮和压气机中的泵轮）不断上升，但由于涡轮增压器的转子具有一定的转动惯量，加速转子的旋转需要消耗一定的能量，所以涡轮增压器滞后。涡轮增压器的旋转速度不断上升，增压压力就可以不断提高，但是进气管内也有一定容积，使得增压压力只能逐步提高。0007而这种问题在公交车上更为明显。城市公交车经常在低速工况下运转，且频繁起步加速，有着特殊的使用工况。有关统计资料显示，车辆在城区道路条件下行驶时，由于受到各种交通因素的影响，汽车的加速、减速及起动等工况约占总运行时间的5090，其中。
9、3050为加速工况。在交通高峰期或拥堵期，车行速度降低至05KM/H，被测公交柴油车的CO、THC和NOX平均里程排放是平均车速时候的513倍、34倍和348倍,而车辆在进出站时单位里程排放量是正常行驶条件下的10倍，车辆排放污染明显加剧。0008由于城市公交车辆运营里程长、速度低、加减速和怠速频繁、载客量高等原因，使得燃料不能得到充分燃烧，排气冒黑烟现象严重，现已成为市民投诉的热点。然而，在对投诉问题的处理过程中，按现行在用汽车排放性能检测方法检测，发现大部分车辆的排放性说明书CN103527349A2/14页4能并不超过排放标准限值，主要是由公交车起步加速、低速大负荷这一特殊工况所导致。0。
10、009由前述已知，柴油公交车在实际运营情况下怠速及起步加速工况所占比例很大，且在起步加速工况下的初始转速低，废气排量小，涡轮增压器的初始转速很低，使得初始进气量少，起步加速后由于涡轮增压器的迟滞导致混合气过浓，燃烧不充分，冒烟严重。发明内容0010本发明的目的是提供一种在柴油车起步时，能够有效降低发动机排气管中的颗粒含量、降低排气烟度、消除冒烟现象，同时防止对涡轮增压器的涡轮转子的转动造成干扰，延长涡轮增压器使用寿命的柴油发动机补气装置，其尤其适用于城市公交车的柴油发动机。0011本发明的柴油发动机补气装置，包括涡轮增压器，涡轮增压器包括设置在排气管中的涡轮机、设置在进气管中的压气机；压气机进。
11、口前的进气管通过前补气通道与压缩空气源相通，压气机出口后的进气管通过后补气通道与压缩空气源相通，前补气通道内的补气压力大于后补气通道内的补气压力。0012上述的柴油发动机补气装置，前补气通道内的补气压力大于后补气通道内的补气压力13BAR。最好，后补气通道内的补气压力为12BAR。0013上述的柴油发动机补气装置，在前、后补气通道上均设置电磁阀和调压阀，电磁阀与控制电磁阀开关的电磁阀驱动电路相连。通过设置电磁阀方便控制开关，通过调压阀可以调节压力。0014上述的柴油发动机补气装置，前、后补气通道并联在同一个补气通道上，补气通道与压缩空气源相通；在补气通道上设置电磁阀、第一调压阀和单向阀，在后补。
12、气通道上设置有第二电磁阀。通过同一个压缩空气源向前、后补气通道分布补气，简化结构。通过第一调压阀调好压力后，该压力即是向前补气通道补气的压力。通过第二调压阀调好压力后，该压力即是向后补气通道补气的压力。0015上述的柴油发动机补气装置，压气机出口后的进气管上串联有中冷器，中冷器出口后的进气管与后补气通道相通。0016本发明同时提供了一种在柴油车起步时，能够有效降低发动机排气管中的颗粒含量、降低排气烟度、消除冒烟现象，同时防止对涡轮增压器的涡轮转子的转动造成干扰，延长涡轮增压器使用寿命的柴油发动机补气方法，其尤其适用于城市公交车的柴油发动机的补气。0017本发明的柴油发动机补气方法，使用涡轮增压。
13、器补气，涡轮增压器包括设置在排气管中的涡轮机、设置在进气管中的压气机；在压气机进口前的进气管上和在压气机出口后的进气管上分别补入压力不同的压缩空气，对压气机进口前的进气管补气的压力大于对在压气机出口后的进气管补气的压力。0018上述的柴油发动机补气方法，对压气机进口前的进气管补气的压力大于对在压气机出口后的进气管补气的压力13BAR。最好，对在压气机出口后的进气管补气的压力为12BAR。在起步开始时的35秒内，发动机转速由怠速提升至14001800转/分钟。0019本发明的有益效果1为了说明的方便，压气机进口前的进气管补气称之为压气机入口补气，压气机出口说明书CN103527349A3/14页。
14、5后的进气管补气称之为压气机出口补气。采用压气机出口和入口同时补气措施能够弥补柴油车起步加速工况下涡轮增压器响应速度慢的不足，提高起步加速初始增压压力的响应速度，发动机转速提高加快，显著降低柴油机加速烟度。00202压气机出入口同时补气不仅提高了发动机转速及增压压力响应，对排气烟度的整体改善效果都很好，且对不同油门变化率及不同补气压力的适应能力强。00213在起步加速工况下，柴油机油门变化率越大，烟度上升越快，峰值越高，冒烟越严重。补气能够改善加速烟度，且补气压力越大，油门变化率越大，烟度降低幅度越大。00224由于压气机前后的进气道存在压力差，装置中设计两路补气管路分别以不同的压力补入压气机。
15、入口和出口，不仅可以减少对涡轮增压器正常运转的影响，同时可以避免由于补气的突然开始或突然停止时前后压力差变化大带来的增压器运转不稳的现象，减少了对高速旋转涡轮转子转动的干扰，延长了涡轮增压器使用寿命。附图说明0023图1是补气装置原理图；图2是补气试验系统原理图；图3是补气工况转速变化示意图；图4是压气机入口补气装置原理图；图5是压气机入口补气对发动机转速的影响示意图；图6是压气机入口补气对中冷后进气管处增压压力的影响示意图；图7是压气机入口补气对排气烟度的影响示意图；图8是压气机入口补气对尾气中NOX浓度的影响示意图；图9是不同油门变化率下补气对发动机转速的影响示意图；图10是不同油门变化率。
16、下补气对中冷后进气管处增压压力的影响示意图；图11是不同油门变化率下补气对排气烟度的影响示意图；图12是不同油门变化率下补气对尾气中NOX浓度的影响示意图；图13是不同补气压力对发动机转速的影响示意图；图14是不同补气压力对中冷后进气管处增压压力的影响示意图；图15是不同补气压力对排气烟度的影响示意图；图16是不同补气压力对尾气中NOX浓度的影响示意图；图17是压气机出入口同时补气的补气装置原理图；图18是在3S内加速时不同补气方式下的转速变化图；图19是在4S内加速时不同补气方式下的转速变化图；图20是在5S内加速时不同补气方式下的转速变化图；图21是在3S内加速时不同补气方式下的增压压力变。
17、化图；图22是在4S内加速时不同补气方式下的增压压力变化图；图23是在5S内加速时不同补气方式下的增压压力变化图；图24是在3S内加速时不同补气方式下的排气烟度变化图；图25是在4S内加速时不同补气方式下的排气烟度变化图；图26是在5S内加速时不同补气方式下的排气烟度变化图；说明书CN103527349A4/14页6图27是在3S内加速时不同补气方式下的NOX浓度变化图；图28是在4S内加速时不同补气方式下的NOX浓度变化图；图29是在5S内加速时不同补气方式下的NOX浓度变化图；图30是不同补气压力对发动机转速的影响示意图；图31是不同补气压力对中冷后进气管处增压压力的影响示意图；图32是不。
18、同补气压力对排气烟度的影响示意图；图33是不同补气压力对尾气中NOX浓度的影响示意图；图34是不同油门变化率下补气对发动机转速的影响示意图；图35是不同油门变化率下补气对中冷后进气管处增压压力的影响示意图；图36是不同油门变化率下补气对排气烟度的影响示意图；图37是不同油门变化率下补气对尾气中NOX浓度的影响示意图；图38是压气机出口单独补气时增压压力变化图。具体实施方式0024本发明的补气装置示意图1所示。由于压气机前后的进气道存在压力差，装置中设计两路补气管路分别以不同的压力补入压气机入口和出口。在实际补气时，以不同的补气压力补入进气道，不仅可以减少对涡轮增压器正常运转的影响，同时可以避免。
19、由于补气的突然开始或突然停止时前后压力差变化大带来的增压器运转不稳的现象。压气机进口前的进气管补气压力大小由第一调压阀调节，压气机出口后的进气管补气压力大小由第二调压阀来调节。补气时刻及补气持续时间的控制则由电磁阀控制器通过控制电磁阀的开闭实现。0025电磁阀控制器根据接收来自发动机转速、扭矩、车速及档位变化等信号，进行计算判断汽车的实际运行工况，一旦符合起步加速工况时电磁阀控制器即向电磁阀发送开关控制信号，电磁阀打开，来自于公交车车载压缩空气经第一调压阀和第二调压阀减压后分别补入发动机涡轮增压器压气机的出入口。电磁阀控制器通过计算判定起步加速工况完成后控制电磁阀关闭，停止补气。0026为了验。
20、证补气装置的补气效果及对发动机性能的影响，需要进行试验，为此设计了补气试验系统，参见图2。基于台架试验所用的补气试验装置及在发动机台架上的安装如图2所示，补气位置安装在压气机前端入口和后端出口两处。台架试验时的补气试验装置加装了流量计、空气过滤器、气路开关装置及空气压缩机。空气压缩机带有附加的储气罐，补气时储气罐内压力是指保持在4BAR以上，压力小于4BAR时空气压缩机即开始工作向附带储气罐泵气，当罐内压力大于8BAR时停止泵气。过滤器实现对外来空气的过滤，保证补入空气的清洁。流量计用来监测实际补气试验时补入气缸流量大小。补气试验系统以主控计算机为控制核心，来自传感器的发动机转速、扭矩、水温、。
21、增压压力等信号经预处理后送往数据采集卡，由主控机程序实现对数据的处理、显示、存储等功能。需要补气试验工况调节时，主控计算机通过向发动机ECU发送模拟电子油门踏板的油门信号实现发动机转速的调节，通过向电涡流测功机控制器发送加载扭矩值信号实现发送机加载扭矩大小的调节。电磁阀的开闭由电磁阀驱动电路通过接收主控计算机的控制信号来完成。0027补气试验系统以计算机为控制核心，实现对发动机补气时的测量与控制。说明书CN103527349A5/14页70028调压阀的作用是通过控制阀体内的启闭件的开度来调节介质的流量，将介质的压力降低，同时借助阀后压力的作用调节启闭件的开度，使阀后压力保持在一定范围内。00。
22、29气路中的电磁阀用于控制气源与发动机进气管的通断，用于控制是否向发动机补气。由于公交车上使用的是24V直流电源，选用的电磁阀也采用DC24V电源。选用电磁阀的型号为2L17015型，流量孔径17MM，压力范围1BAR15BAR。电磁阀开闭的控制由ECU控制单元发出控制信号来实现。0030本补气试验中，在补气装置中安装了空气流量仪表来监测补气管中的空气流量，从而可以控制在补气过程中进入发动机的空气量，同时也可便于分析补气量的多少对发动机性能的影响。0031试验用发动机是长城GW25TCI电控高压共轨涡轮增压柴油机，其具体参数见表1。0032表1试验用发动机规格参数规格形式直列、水冷、增压、中冷。
23、、四冲程气缸数4供油方式电控高压共轨气缸直径及冲程（MM、MM）93、92总排量（L）2499压缩比1721工作顺序1342标定功率/转速（KW/（R/MIN）803/3600最大扭矩/转速（NM/（R/MIN）3005/18002400怠速转速（R/MIN）80030净重KG240为了实现对发动机运行关键参数的采集与显示，需要安装相应的传感器。所用到的传感器主要有发动机转速传感器、扭矩传感器、进气压力传感器、温度传感器等。0033本系统中采用霍尔式转速传感器测量发动机的转速信号。0034发动机扭矩的测量是在电涡流测功机的定子上安装一个长43厘米的标准力臂，力臂的另一端一拉压传感器。当发动机工。
24、作时，上位机程序向测功机控制器发送相应的控制信号，由控制器控制测功机加载，测功机的定子产生电涡流，由于转子是带磁性的铸铁，运动时产生切割磁力线的制动力，从而实现对发动机施加负载的作用。由力的作用原理可知转子受到制动力，定子就受到反作用力，这反作用力就会作用在拉压传感器上。因此将拉压传感器上受到的力测出后乘以力臂就是发动机的输出扭矩。0035试验中对进气压力的测量采用佛山普量电子有限公司生产的压力变送器，用来测量进气管中中冷后的增压压力。0036试验时需要对发动机冷却水温度进行实时监测，以保证发动机的正常运行。温度传感器安装在冷却系统外循环回路的管道上。0037数据采集卡是虚拟仪器系统的关键部件。
25、，由它来完成对信号数据的采集、放大和模数转换等功能，从而实现数据采集和输出控制功能。本文中所用到的是具有USB接口的NI6008型数据采集卡。数据采集卡主要用来实现测试控制系统中信号数据的采集、处理及输入输出功能。在本系统中实现对发动机转速、扭矩、水温、排气温度、进气压力等模拟量信号的采集、处理后送往上位机，同时接收上位机发送的控制信号，如本测控系统中送往ECU说明书CN103527349A6/14页8的油门位置信号、控制补气系统中电磁阀开关的模拟量信号等。0038不透光烟度计测量烟度有两种计量单位,一种为绝对光吸收系数单位不透光系数,从0到趋于M1另一种为不透光度的线性分度单位不透光度N,从。
26、0到100。两种计量单位的量程,均以光全通过时为0,全遮挡时为满量程。本文采用的是广东省南海市南华仪器有限公司生产的NHT1型不透光式烟度计，计量单位为不透光度N为0到100，示值允许误差为20。NHT1型不透光式烟度计不仅可以实现屏幕液晶显示，还具有串行RS232接口与外部计算机通信，以便数据的实时存储。0039废气分析仪主要用来测量汽车排气中的CO、HC、NO、CO2和O2的含量。本文中使用的废气分析仪是广东南华仪器有限公司生产的NHA506废气分析仪，其具体的参数见下表2，能够满足试验需求。0040表2NHA506废气分析仪测量参数测量项目测量范围分辨率HC正己烷当量010000106V。
27、OL1106VOLCO010VOL001VOLCO2020VOL001VOLO2025VOL001VOLNO05000106VOL1106VOL本实验研究的主要内容是在起步加速状态下对柴油发动机进行补充足够的压缩空气，改善柴油车在起步加速状态下由于“油多气少”而造成的冒烟问题。由于车辆的运转工况是由驾驶员通过踩踏油门踏板来实现的，因此需要确定起步加速状态下的油门信号。发动机油门踏板为3612400E06电子油门。在油门踏板中装有电位计型加速踏板位置传感器，它以分压电路原理工作，ECU供给传感器电路5V的电压。电子油门踏板通过转轴与传感器内部的滑动变阻器的电刷连接，加速踏板位置传感器的位置改变时。
28、，电刷与接地端的电压发生改变，此电压作为加速踏板的位置信号送往ECU。试验测得，送往ECU的油门信号范围在075384V之间。为了试验中精确控制油门，以便确保试验重复性，试验用的柴油发动机台架拆除了油门踏板，改由上位机中专门的控制程序向柴油机ECU发送相应的电压信号来实现对发动机油门的控制。0041需要进行补气时，首先调节好补气压力大小，补气管路的通断是由补气电磁阀的开闭来实现的。ECU控制单元向发动机ECU发送变化的油门信号的同时向电磁阀控制电路发送一高电平信号，电磁阀开启，补气系统开始工作，向进气管补充具有一定压力的空气。当电磁阀控制电路接收到低电平信号时即关闭补气管路，停止补气。0042。
29、实施例1压气机入口补气对发动机瞬态性能的影响对柴油机进行补气的主要目标之一就是降低车用柴油机的冒烟现象。柴油机运转情况下烟度的降低程度是我们所主要关心的内容，但是补气位置对烟度排放的影响研究也是至关重要的，为了防止补气对发动机涡轮增压器造成损害，进行补气试验时，先采取在压气机前端补气的方案进行初步尝试。004311试验工况的确定公交柴油车在起步加速时由于涡轮增压器响应滞后、油气混合不均匀使得排气烟度升高。在进行台架补气试验研究时需要模拟公交车起步加速工况。GB1835232005轻型汽车污染物排放限值及测量方法（中国、阶段）中的型试验（规定了轻型汽车污染物排说明书CN103527349A7/1。
30、4页9放的测试工况要求，型试验（常温下冷起动后排气污染物排放试验）由两部分（1部和2部）组成，其中试验1部由4个城区循环组成，规定了典型的怠速、加速、匀速、减速工况；本文选取试验1部城区循环中的加速工况作为模拟台架试验时的起步加速工况，即车辆在一档情况下，0S4S之内从静止状态线性加速至15KM/H,加速度A为1042M/S，且加速期间的转速误差不超过标准规定中每一点车速的2KM/H。0044根据课题现阶段研究重点及所用发动机试验要求，将标准中的城区循环加速工况换算成台架发动机的运转工况。试验用发动机为哈弗汽车所配的25TCI柴油机，该车整备质量MA1771KG，假设满载质量为MB为MB550。
31、KG，则汽车满载后的整车质量MMMAMB2321KG。0045设汽车在起步加速时需克服的加速阻力为FJ，则FJMA2171232110422414（N）汽车在行驶时的滚动阻力FFWFMGF320（N）因汽车在起步加速时的空气阻力很小且不考虑坡道阻力，故将其忽略不计。此时，汽车实现起步加速所需的力最小应为FFJFF2734N车轮半径R为04M，则作用于驱动轮上的转矩TTFR1120（NM）设传动系的机械传动效率I为085，则发动机输出的扭矩TTQTT/（IGI0I）86（NM）其中，IG、I0和I分别为383、39和085。0046由于汽车在起步加速时仍需克服空气阻力等，将发动机加载扭矩选为90。
32、NM。另外，根据车速与发动机转速的转换关系A0377NR/（IGI0）得出车速在0KM/H15KM/H加速起步时发动机工作转速范围为怠速转速增至1600R/MIN。0047因此在台架上模拟汽车起步加速瞬态试验时，发动机在0S4S之间从怠速800R/MIN线性加速至1600R/MIN，同时输出扭矩需要提高到90NM，且转速误差在216R/MIN，如图3所示。004812补气位置及试验方法试验时压气机入口具体的补气位置如图4。试验中补气压力的大小是指第一调压阀出口管路压力。0049具体的试验方法如下（1）首先，起动发动机，怠速运转至暖机状态，开启电涡流测功机水冷循环系统。0050（2）根据补气压力。
33、大小调节第一调压阀出口压力，（3）运行补气试验测试控制程序，通过调节油门变化规律及电涡流加载值等控制参数使发动机运转工况符合汽车起步加速工况要求。说明书CN103527349A8/14页100051（4）开始试验时，不补气状态下程序控制发动机油门及电涡流加载使转速在4S之内从怠速800R/MIN1600R/MIN线性变化，采用恒扭矩控制给发动机加载90NM，记录保存发动机的性能参数变化。补气时，调节发动机工况的同时补气电磁阀即立即开启，补气时间足够长，保存记录发动机相关运行参数。0052（5）关闭补气电磁阀，释放油门信号及电涡流加载值，停止补气试验。005313补气对发动机性能参数的影响本次对。
34、发动机进行补气试验时调节调压阀出口压力为2BAR。程序采用恒扭矩控制加载90NM使发动机转速在4S内从怠速800R/MIN升至1600R/MIN,转速误差为216MIN。补气试验结果如图58所示。0054从图5、6可以看出，在起步加速工况下涡轮增压器反应滞后，压气机入口处补气使得发动机转速和增压压力响应性提高，尤其是增压压力的响应性更明显，增压压力在加速2S时即上升到13BAR。补气使得加速阶段的增压压力增加，在加速阶段发动机每循环进入气缸的新鲜空气增加，燃料得到充分燃烧，使得有效功率提高，从而转速增加。0055从图7可以看出，发动机在加速时的排气烟度在加速1S之后出现明显波峰，这是因为烟度的。
35、测量是在排气管处，排气烟度的产生需要一定的时间。起步加速下柴油机瞬态烟度峰值高达369，补气使得烟度排放得到大幅度改善，烟度峰值降为107，降幅710。发动机急加速情况下，循环供油量明显增加，虽然此时的供气量也增加，但是由于涡轮增压器的滞后响应使得供气量的增加跟不上供油量的增加速率，从而导致油气混合严重不均匀，排烟急剧升高。补气使得增压压力增加，气缸进气量增加，改善了混合气不均匀的现象，使得燃烧充分，从而烟度排放降低。0056图8为补气与不补气下的NOX对比。图中可以看出，补气使得NOX的排放体积浓度增加，且NOX排放响应更快。在加速5S后出现波峰，峰值为236PPM，波峰最大值比不补气时增加。
36、了26PPM，随后降低至160PPM，与不补气时差别不大。由此可见，补气虽然能够改善排气烟度，但不利于NOX的排放控制。NOX的排放变化规律主要受高温、富氧、高温下滞留时间三个因素的影响，其中高温是最重要的条件。在加速过程中，缸内混合气温度随转速及扭矩的增加而升高，NOX的生成速率随燃气温度的升高而加快。由于补气引起的增压压力增加使得缸内含氧量提高，燃烧温度上升，NOX生成量增加。005714不同油门变化率下补气对发动机性能参数的影响为了研究不同油门变化率下补气对发动机瞬态工况性能参数的影响，现选取三种不同的油门变化率进行补气对比分析。试验时按事先调节好的油门变化规律使发动分别在3S、4S和5。
37、S内从怠速800R/MIN线性增至1600R/MIN，保持扭矩加载为90NM不变。补气调压阀出口压力仍为2BAR。补气试验对比如图912所示。0058从图9、10中可以看出，不补气时发动机在不同油门变化率下的增压压力响应情况存在一定差别。4S加速时的增压压力响应明显较好。而3S和5S加速时的增压压力上升缓慢。这是因为3S加速油门变化率最大，涡轮增压器响应滞后最明显，而5S加速时加速时间长，油门变化相对较慢，加速变化缓慢，从而使得增压压力上升缓慢。补气均使得转速和增压压力得到改善，且3S和4S加速时改善效果较明显，5S加速时由于油门变化率本身相对比较慢，所以补气对转速及增压压力的改善效果不及3S。
38、和4S加速时明显。0059图11为三种不同油门变化率下发动机烟度排放对比。不补气时，油门变化率越说明书CN103527349A109/14页11大，烟度排放越严重。补气均能使得不同油门变化率下的排气烟度大幅度下降。三种油门变化率下补气对烟度排放降幅情况如表3所示。加速为3S时的烟度降幅最大，4S加速时烟度改善效果次之，5S加速时烟度降幅最小。3S急加速下，循环供油量增加，且进气量不足，造成混合气不均匀性加重，燃烧不完全，排烟急剧升高；5S加速时，油门变化相对缓慢，循环供油量增加也较少，空气量匮乏相对较轻，这时补气对烟度的降低效果就比较小，故5S加速时补气对烟度的改善效果较小。0060表3不同油。
39、门变化率下补气烟度降幅加速时间（S）3S4S5S不补气下排气烟度（）428369319补气后排气烟度（）107107211烟度降幅百分比（）7571339图12为相应NOX的排放随不同油门变化率的变化规律。不补气时三种不同急加速时的NOX排放基本相同，只是时间相位上有所差别。补气时NOX排放量均增加，3S和4S时的NOX排放增加量基本相似，而5S时的NOX量明显升高。5S加速时油门变化率相对较缓，循环喷油量相对较少，空燃比相对较高，故NOX排放较大。补气使增压压力响应性提高，增压压力增大，进气量增加，混合气比不补气时稀，燃烧温度升高，NOX生成量明显增加。006115不同补气压力对发动机性能参。
40、数的影响补气能够改善柴油机在加速时的排放烟度。但是，不同的补气量对烟度排放的改善效果也是研究的重点。因为系统补气流量的大小可以通过调节调压阀出口压力来实现。因此研究不同补气量对排气烟度的影响即转换为不同补气压力的研究。由上节讨论结果可知，柴油机0S4S加速时在压气机入口处补气能够小幅度的提高发动机瞬态时的转速与增压压力响应，同时对其排放烟度有很好的改善效果。为了进一步确定对发动机性能改善效果的最优补气压力，本节选取4S加速时间下的六种不同补气压力进行对比分析，即在压气机入口处分别补入压力为15BAR、2BAR、25BAR、3BAR、35BAR和4BAR的压缩空气。试验时调整发动机转速均在0S4。
41、S内从800R/MIN1600R/MIN线性变化,且误差在216R/MIN之间，采用恒扭矩控制加载90NM。试验结果如图1316所示。0062从图13图中可以明显看出，15BAR、2BAR和25BAR三种补气压力下补气使得发动机转速瞬态响应提高，且在加速工况变化的前期阶段补气压力越小，对发动机瞬态转速的响应改善效果越明显，而在瞬态变化的后期则是补气压力越大，发动机转速提升越大。当补气压力继续增加至3BAR时，补气不仅不能使得转速升高，反而使得转速瞬态响应下降，且随着补气压力的继续增大，对转速的影响也越严重。0063图14所示分别不同补气压力下的增压压力变化情况。从图中可以看出补气压力为25BA。
42、R时对增压压力的改善效果最好，增压压力得到明显改善。补气压力为15BAR和2BAR时在对发动机增压压力的改善效果也比较明显，尤其是在加速3S5S时压力改善幅度最大。而当补气压力增加至3BAR和35BAR时，在加速工况的前期（0S3S）补气使得增压压力滞后，而是在后期压力升高。当补气压力增至4BAR时，补气不仅不能提高增压压力，反而使得增压压力响应明显滞后。这是因为补气压力越大，发动机进气量越多，还瞬态下的循环喷油量的增加速率不及补气进气量的变化率，导致燃烧室内存在较多过稀混合气区，使火焰传播困难，燃烧室内气流运动弱，发动机动力下降。0064图15为不同补气压力下的发动机瞬态排放烟度对比。不同发。
43、动机补气压力下的说明书CN103527349A1110/14页12排烟峰值降幅情况整理如表4所示。由此可见，补气均能使得排气烟度得到有效改善，且补气压力越大，对烟度的改善效果越显著，补气压力为为15BAR时烟度峰值降幅最小，为1423。而压力为4BAR时烟度降幅比高达897。0065表4补气压力对发动机排烟峰值的降幅比图16为不同补气压力对发动机NOX排放的影响对比。从中可以看出，补气均使得排气中的NOX体积浓度增加，且补气压力越大，NOX排放增幅也越大。在补气压力较小（15BAR，2BAR和25BAR）时补气对NOX的影响不是太大，而当补气压力较大（3BAR、35BAR和4BAR）时补气对N。
44、OX生成量的影响较大。补气使得发动机进气量增加，燃料燃烧速率提高，燃烧充分，气缸内最高温度和最高压力升高，过高的缸内燃烧温度和压力造成NOX排放增加。0066由此可见，压气机入口处补气能够达到降低柴油机瞬态加速烟度的目的。补气压力越大，对排气烟度的降低效果越理想。但随着补气压力的增加发动机的动力性下降。综合考虑补气对发动机性能的改善并不是补气压力越大越好。因此，必须对补气的压力进行合理控制，综合考虑补气对碳烟和动力性影响，选择合适的补气压力，既能有效降低碳烟排放，又不至于使发动机动力性恶化，且不会导致NOX排放大幅升高。006716综上所述（1）油门变化率越大，发动机烟度排放越严重，这是因为油。
45、门变化率增加，循环喷油量增加，空燃比降低，燃烧不充分所致。0068（2）压气机入口补气能够有效降低柴油发动机在瞬态工况下的“冒烟”现象，使排气烟度得到明显改善。油门变化率越大，补气压力越大，烟度降低幅度越大，补气效果越好。最大烟度降幅达到897。这主要是因为补气时缸内过量空气系数增加，燃油混合更均匀，燃烧质量提高。0069（3）压气机入口补气虽然能够有效改善发动机排气烟度，但随着补气压力的增加，发动机转速和增压压力响应明显滞后，动力性下降。0070（4）压气机入口补气使得NOX排放升高，且随着补气压力的增加，NOX生成量增加。补气使发动机进气量增加，燃料燃烧速率提高，燃烧充分，气缸内最高温度和。
46、最高压力升高，过高的缸内燃烧温度和压力造成NOX排放增加。0071实施例2压气机两端差压式补气对发动机瞬态性能的影响21补气位置及试验方法在进行压气机入口和出口同时补气时，补气的位置如图17所示。同时补气时的入口补气位置与实施例1所述单独在压气机入口补气位置相同，出口补气位置选择在中冷器之后的进气软管处。0072具体的试验方法如下（1）首先，起动发动机，怠速运转至暖机状态，开启电涡流测功机水冷循环系统。说明书CN103527349A1211/14页130073（2）根据补气压力大小分别调节两个调压阀的不同出口压力。0074（3）运行补气试验测试控制程序，通过调节油门变化规律及电涡流加载值等控制。
47、参数使发动机运转工况符合起步加速工况要求。0075（4）开始试验时，不补气状态下程序控制发动机油门及电涡流加载使转速在4S之内从怠速800R/MIN1600R/MIN线性变化，采用恒扭矩控制给发动机加载90NM，记录保存发动机的性能参数变化。补气时，调节发动机工况的同时补气电磁阀即立即开启，补气时间足够长，保存记录发动机相关运行参数。0076（5）关闭补气电磁阀，释放油门信号及电涡流加载值，停止补气试验。007722不同补气方式对发动机性能参数的影响按上述实验方法进行了压气机出入口同时补气的试验研究，为了对比两种不同补气方案对发动机瞬态性能的影响，现将压气机出入口同时补气的试验结果与前面所述压。
48、气机入口单独补气进行对比。在对比时同时考虑不同油门变化率下的影响。选取的压气机入口补气的补气压力为2BAR，压气机入口和出口同时补气时的补气压力为（25BAR,15BAR），括号内前者为通向压气机入口的调压阀出口压力，后者为通向压气机出口处的调压阀出口压力。0078不同补气方式下的转速对比如图1820所示。从图中可以看出，不同油门变化率下在压气机出入口同时补气比入口单独补气时的发动机转速响应性提高，5S加速时的转速响应性升高更明显。0079图2123为不同补气方式时发动机增压压力对比。从图中分别可以看出采用出入口同时补气使得进气增压压力都能得到明显提高，且加速时间越长，增压压力响应越好。与单独。
49、补气相比，3S加速时同时补气时增压压力响应提高，且在后期增幅较大，分别比不补气和单独补气下提高了34和21。4S加速时对增压压力响应性改善也很明显，尤其是在加速时的0S4S。而5S加速时同时补气对增压压力响应的改善效果明显优于3S和4S加速。0080补气方式对排气烟度的影响如图2426显示。从图中可以看出，两种补气方案都能使得瞬态加速下的发动机排放烟度降低，但也存在着一定区别。加速时间为3S和4S时两种补气方式对排气烟度瞬间峰值的改善效果基本相同，而5S加速时压气机入口单独补气对烟度的改善明显低于压气机出入口同时补气。另外，发动机稳态下单独补气与不补气时的排放烟度基本相同，而出入口同时补气对烟度改善效果很好，但停止补气后烟度又迅速恢复到不补气时的状态。0081图2729显示的是不同油门变化率下两种补气方式对NOX排放物的影响。从图中可以看出，与单独补气相比，同时补气使得NOX排放有一定的升高。这是因为在压气机出入口同时进行补气使得发动机进气增加量更大，气缸内最高温度和最高压力也更高，从而使得NOX排放增加。008223不同补气压力对发动机性能参数的影响本节研究的是压气机出入口补气时不同补气压力对发动机起步加速时性能参数的影响。补气时发动机转速在4S内由怠速800R/MIN线性加速至16。