大EGR率下柴油机燃用生物柴油工作特性研究

发布时间：2017-10-28 04:11

  本文关键词：大EGR率下柴油机燃用生物柴油工作特性研究

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【摘要】：传统柴油机燃烧模式存在Soot和NOx排放的trade-off关系,通过超高EGR率实现低温燃烧工作模式能够很有效的实现Soot排放和NOx排放的双降。采用替代燃料,尤其是含氧燃料的使用能够使上述工作模式的性能得到进一步的提升。基于以上,以VMR425增压柴油机为研究对象进行了大EGR率下柴油机燃用生物柴油的工作特性研究以及瞬态工况的控制方法研究。为了实现大EGR率,本研究首先进行了发动机台架改造,利用文丘里效应,在EGR阀后端加装了用于EGR阀背压调节的电子节气门。通过发动机台架试验,验证并总结了EGR技术及生物柴油含氧燃料对柴油机工作特性的影响规律。在此基础上,以GT-POWER为软件平台,构建了涡轮增压柴油机仿真模型,利用Simulink建立了节气门物理模型,并对上述模型进行了校核。面向实用,从化学反应机理入手分析了普通柴油与生物柴油的特性差异,得出可以利用柴油机工作状态下的循环油量、EGR率、进气压力及排气氧浓度四项参数表征其燃料中生物柴油掺混比例,利用BP神经网络建立了生物柴油掺混比例辨识模型,并验证了辨识模型的有效性。搭建了GT-POWER与Simulink的联合仿真平台,进行了EGR率边界值选取和瞬态加载过程的控制研究。研究表明,空燃比和转矩输出率为EGR率控制边界选取的主要依据,且不同掺混比例下边界值不同。于此,研究了大EGR率下燃用生物柴油的瞬态加载过程控制。提出了基于负荷变化率的节气门开度修正方法,提高了瞬态转矩响应性。
【关键词】：生物柴油 大EGR率 掺混比例 瞬态过程控制
【学位授予单位】：北京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TK421
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-11
• 第1章 绪论11-24
• 1.1 柴油机排放控制发展现状11-12
• 1.1.1 选择性催化还原技术11
• 1.1.2 废气再循环技术11-12
• 1.1.3 颗粒物捕集技术12
• 1.1.4 氧化催化剂12
• 1.2 柴油机新型燃烧方式12-16
• 1.2.1 柴油机传统燃烧机理12-13
• 1.2.2 新型燃烧方式13-16
• 1.3 替代燃料的发展及研究现状16-19
• 1.3.1 气体代用燃料16-17
• 1.3.2 醇类燃料17
• 1.3.3 二甲醚17-18
• 1.3.4 生物柴油18-19
• 1.4 人工智能算法简介19-21
• 1.4.1 遗传算法19-20
• 1.4.2 模拟退火算法20
• 1.4.3 蚁群算法20
• 1.4.4 人工神经网络20-21
• 1.5 课题的研究目的、意义和主要工作内容21-24
• 第2章 柴油机燃用生物柴油耦合EGR的试验研究24-41
• 2.1 试验装置简介24-27
• 2.1.1 试验用发动机24-25
• 2.1.2 发动机进排气管路改造25
• 2.1.3 试验主要仪器设备25-27
• 2.2 生物柴油与普通柴油理化特性对比27-28
• 2.3 EGR对普通柴油燃烧及排放的影响28-38
• 2.3.1 固定循环油量下EGR率的影响29-33
• 2.3.2 不同负荷工况下EGR率的影响33-38
• 2.4 生物柴油与普通柴油对比试验38-40
• 2.5 本章小结40-41
• 第3章 柴油机仿真模型的建立及校核41-67
• 3.1 柴油机缸内基本方程及燃烧模型41-47
• 3.1.1 缸内工作工程基本方程42
• 3.1.2 气缸周壁传热模型42-43
• 3.1.3 缸内燃烧模型43-45
• 3.1.4 GT-POWER提供的燃烧模型简介45-47
• 3.2 单缸机下燃烧模型的标定47-52
• 3.3 柴油机整机仿真模型的建立及标定52-55
• 3.3.1 仿真模型的建立52
• 3.3.2 模型主要参数的设置52-54
• 3.3.3 整机模型排放模型的标定54
• 3.3.4 仿真模型的校核54-55
• 3.4 生物柴油燃料特性的设置55-59
• 3.5 电子节气门模型的建立59-65
• 3.5.1 电子节气门的结构及工作原理59-62
• 3.5.2 基于Simulink的节气门模型建立62-65
• 3.5.3 节气门响应性研究65
• 3.6 本章小结65-67
• 第4章 柴油机燃用生物柴油燃料配比辨识算法研究67-80
• 4.1 燃料掺混比例理论模型67-72
• 4.1.1 数学模型的建立67-70
• 4.1.2 掺混比例建模数据获取70-72
• 4.2 BP神经网络的结构与算法研究72-74
• 4.3 MATLAB下神经网络模型建模流程74-76
• 4.4 模型的训练与校核76-78
• 4.5 本章小结78-80
• 第5章 柴油机大EGR率下瞬态过程控制研究80-98
• 5.1 柴油机大EGR率下瞬态控制80-87
• 5.1.1 基于节气门的瞬态控制方法80-81
• 5.1.2 瞬态过程节气门控制边界设定81-87
• 5.2 基于GT-POWER和Simulink联合仿真的瞬态过程仿真87-91
• 5.2.1 基于节气门控制的联合仿真平台87-89
• 5.2.2 掺混比例预测模块89-91
• 5.3 发动机瞬态加载过程控制研究91-97
• 5.3.1 固定节气门开度的瞬态加载过程91-92
• 5.3.2 掺混比例预测对瞬态加载过程影响研究92-94
• 5.3.3 基于转矩输出率的节气门开度控制94-95
• 5.3.4 基于负荷变化率的瞬态节气门开度修正95-97
• 5.4 本章小结97-98
• 结论98-100
• 全文总结98-99
• 展望99-100
• 参考文献100-104
• 附录104-106
• 攻读学位期间发表论文与研究成果清单106-107
• 致谢107

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