增压柴油机高原环境下的供油与进气调节研究

发布时间：2017-10-13 11:32

  本文关键词：增压柴油机高原环境下的供油与进气调节研究

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【摘要】：我国高原面积广、海拔高,在高海拔条件下运行的柴油机出现动力性、经济性、可靠性、排放特性恶化的情况,严重制约了柴油机在高原地区的应用。本论文采用试验和仿真相结合的手段,从供油和进气两个角度提出柴油机高原功率恢复的方案;探索了供油参数与进气参数的随海拔变化的调节规律,对比了各方案在高原功率恢复方面的优缺点,评价了方案在高原应用的可行性,指出了各种方案功率恢复的关键点。通过发动机高原性能试验,总结了柴油机高原性能试验的方法。介绍了预防喘振、数据可信性检验、喷油正时的确定等方法,研究了高海拔环境和运行参数对发动机性能的影响。将神经网络的非线性预测能力与零维燃烧模型高效运算特点相结合,提出了神经网络模型驱动的多参数零维预测型燃烧模型及建模方法。通过分析模型参数的物理意义,增加约束条件,解决了参数拟合中的多解问题;通过理论推导和试验对比,证明了建模方法的可行性。基于GT-SUITE软件运用内燃机相关理论和试验数据对发动机各子模型进行了校核与验证,建立了具有高原性能预测能力的柴油机仿真模型。研究了供油参数对发动机性能的影响规律,确定了基于GA遗传算法和性能仿真的供油参数优化方案。基于柴油机高原性能的特点,定义了量化喘振裕度的参数,构建出GA优化的适应度函数;根据供油参数影响规律,提出了“边界适应度归零”的惩罚参数取值方法。基于GT-SUITE和MATLAB的联合仿真平台,搭建了遗传算法与柴油机性能仿真的耦合优化模型。优化后,4500m标定点功率相对原机提升了14.7%,燃油消耗率降低了9.6%。针对几种典型的可调增压方案(VGT、二级顺序增压、机械-涡轮复合增压方案)在高原环境的应用开展了仿真研究,找出各方案在功率恢复方面的关键点。1)对于匹配余量较小的压气机,单纯采用VGT技术对高原功率的提升效果有限。2)研究了二级顺序增压方案不同海拔下的增压模式切换点。二级增压方案4500m标定点功率比原机提高了13.4%,但1000r/min的扭矩下降了27.9%。高原功率恢复能力主要来自于低压级增压器,高压级增压器主要作用在于提高最大扭矩点的增压压力,防止喘振。3)探索了机械-涡轮复合增压方案在高原环境的应用,方案B(涡轮压气机在前、机械增压器在后的串联方案)适用于柴油机高原功率的恢复。4500m标定点功率比原机提高了11.8%,最大扭矩值提高了12%,1000r/min扭矩提高了33.5%。最后,结合机械-涡轮复合增压和电辅助增压等方案各自的优点,提出了在涡轮压气机前串联一级可调压气机的SAC(可调转速复合增压)方案。该方案的最大特点在于能够根据工况和环境的变化,柔性调节增压器的工作状态。基于遗传算法优化方法,获得了不同海拔外特性和4500m面工况的压气机转速调节规律,并以此开展了SAC方案的稳态与动态仿真。采用SAC方案后,4500m的标定功率提高了10%,最大扭矩值提高了12%,1000r/min功率高了32%,起步加速时间缩短了20%。
【关键词】：增压柴油机 高原适应性 燃烧模型 供油参数优化 复合增压
【学位授予单位】：北京理工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TK427
【目录】：

• 摘要5-7
• abstract7-13
• 第1章 绪论13-35
• 1.1 柴油机高原性能研究的意义13-14
• 1.2 柴油机高原性能的研究手段14-21
• 1.2.1 高原实地试验14-15
• 1.2.2 高原环境模拟试验15-17
• 1.2.3 柴油机高原性能的仿真模拟17-19
• 1.2.4 高原环境对柴油机性能的影响19-21
• 1.3 改善高柴油机高原性能的主要措施21-32
• 1.3.1 进气系统的调节21-28
• 1.3.2 供油参数的调节28-32
• 1.4 本论文的研究意义及主要内容32-35
• 第2章 增压柴油机高原性能试验研究35-55
• 2.1 测试条件与试验方案35-38
• 2.1.1 发动机的基本参数35
• 2.1.2 测试方案35-37
• 2.1.3 试验方案37-38
• 2.2 试验数据的处理38-45
• 2.2.1 试验数据可信性验证38-41
• 2.2.2 喷油正时41-44
• 2.2.3 高原减油策略44
• 2.2.4 缸压曲线的处理44-45
• 2.3 高原环境对增压柴油机的影响45-49
• 2.3.1 高原环境对燃烧过程影响45-46
• 2.3.2 高原环境对增压器运行状态的影响46-48
• 2.3.3 高原环境对整机性能的影响48-49
• 2.4 运行参数对柴油机性能的影响49-54
• 2.4.1 中冷后温度的影响49-51
• 2.4.2 提前角的影响51-54
• 2.5 本章小结54-55
• 第3章 增压柴油机高原性能预测模型55-85
• 3.1 基于神经网络的零维预测燃烧模型55-71
• 3.1.1 零维预测燃烧模型的建模方法55-56
• 3.1.2 放热率计算56-57
• 3.1.3 放热率参数化57-59
• 3.1.4 神经网络的建立与训练59-61
• 3.1.5 参数误差的传递61-67
• 3.1.6 燃烧模型的验证67-71
• 3.2 柴油机性能仿真建模与验证71-83
• 3.2.1 气缸模型71-74
• 3.2.2 曲轴箱模型74-75
• 3.2.3 进排气管路模型75-77
• 3.2.4 增压器模型77-81
• 3.2.5 整机模型81-83
• 3.3 本章小结83-85
• 第4章 高原环境下柴油机的供油参数优化85-104
• 4.1 供油参数的影响85-87
• 4.1.1 供油参数对发动机性能的影响85-86
• 4.1.2 供油参数对压气机运行点的影响86-87
• 4.2 高原环境下柴油机供油调节方案研究87-91
• 4.2.1 供油调节方案一87-88
• 4.2.2 供油调节方案二88-89
• 4.2.3 供油调节方案三89-90
• 4.2.4 方案结果的对比90-91
• 4.3 基于遗传算法的供油参数优化方法91-99
• 4.3.1 边界条件91-92
• 4.3.2 适应度函数92-94
• 4.3.3“边界适应度归零”惩罚参数取值方法94-97
• 4.3.4 优化过程的实现97-99
• 4.4 优化结果分析99-102
• 4.4.1 4500m海拔优化结果分析99-102
• 4.4.2 不同海拔下的最优供油参数102
• 4.5 本章小结102-104
• 第5章 高原环境下增压柴油机的进气调节104-137
• 5.1 典型可调增压方案的分析104-120
• 5.1.1 可调截面涡轮方案104-107
• 5.1.2 二级顺序增压方案107-112
• 5.1.3 机械-涡轮复合增压方案112-120
• 5.2 可调转速复合增压方案120-123
• 5.2.1 SAC方案原理121
• 5.2.2 增压器选型与SAC驱动方案121-122
• 5.2.3 SAC方案特点122-123
• 5.3 SAC方案可调压气机转速的标定123-135
• 5.3.1 可调压气机转速的影响规律研究123-125
• 5.3.2 不同海拔外特性可调压气机最佳转速125-127
• 5.3.3 不同海拔下SAC方案的外特性127-128
• 5.3.4 面工况下的可调压气机最佳转速128-129
• 5.3.5 SAC方案动态过程仿真129-135
• 5.4 本章小结135-137
• 第6章 结论与展望137-141
• 6.1 全文总结137-139
• 6.2 创新点139
• 6.3 下一步工作的展望139-141
• 参考文献141-150
• 博士学位攻读期间发表的论文与研究成果清单150-151
• 发表论文清单150
• 申请发明专利清单150-151
• 致谢151

【参考文献】

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1 王宪成;姜力;和穆;;大功率柴油机燃烧过程高原实车测试与分析[J];车用发动机;2012年03期

2 周广猛;刘瑞林;董素荣;许翔;刘刚;;柴油机高原环境适应性研究综述[J];车用发动机;2013年04期

3 申立中;毕玉华;张韦;雷基林;颜文胜;杨永忠;张宁;;不同海拔下增压及增压中冷柴油机的燃烧过程[J];燃烧科学与技术;2005年06期

4 徐秀兰,阎伟;小型高速直喷柴油机放热规律计算方法的探讨[J];山东内燃机;1995年01期

5 王军;WD615柴油机高原适应性技术研究[J];山东内燃机;2003年03期

6 张克松;王桂华;李国祥;;电辅助涡轮增压技术的发展综述[J];内燃机与动力装置;2008年02期

7 赵弘,周瑞祥,林廷圻;基于Levenberg-Marquardt算法的神经网络监督控制[J];西安交通大学学报;2002年05期

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1 高荣刚;高原环境下大功率柴油机燃烧性能分析及功率恢复研究[D];北京交通大学;2012年

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本文编号：1024639