变海拔条件下柴油机冷却系统性能分析及控制策略研究
发布时间：2021-11-10 02:24
随着海拔高度的上升,空气密度减小,从而进入气缸氧气含量降低,喷入缸内的柴油因缺氧不能充分燃烧;同时冷侧由于大气密度的下降使得空气质量减小,导致从散热器可以传递的热量减少,且冷却水的沸点降低导致受热后容易沸腾。另一方面,海拔变化对冷却系统的控制策略的鲁棒性提出了更高的要求,这些都对冷却系统的设计及控制造成了很大挑战。本文以某款柴油机冷却系统为研究对象,进行了高低温冷却系统的设计及仿真,并进行了外界条件对冷却系统的影响分析,并基于最小功耗原则建立不同外界环境下的最优水泵和风扇匹配MAP图,最后设计了一种变论域模糊控制器,该控制形式能有效解决不同海拔及变海拔工况下发动机冷却液出口温度的波动问题。本文主要研究内容和结论如下:1.将某款发动机冷却系统作为研究对象,设计开发了该冷却系统的高低温双回路冷却形式,通过GT-COOL软件建立了该款高低温双回路冷却系统的仿真模型并进行校核,同时完成了热平衡台架试验,得到了全工况下的冷却系统散热量。2.研究了外界环境如进风温度、进风流量、水泵流量、海拔高度对该冷却系统热平衡的影响情况与影响规律,并设计了3因子的正交试验,得到不同进风流量、冷却液流量、进风温度...
【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：97 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
4/42V双电压电气系统结构框图
浙江大学硕士学位论文绪论4动机的可靠性以及燃油经济性都有一定程度的提升。青岛大学设计了一种通过电液控制来进行风扇控制的方法，其通过风扇测量得到的温度，将温度信号反馈给控制器来控制风扇的转速，但是该种方法仍然还在研制阶段，尚未商用。（2）电子水泵冷却系统中水泵和风扇是相对重要的两个部件，电子水泵发展略晚于电子风扇的发展，电子水泵主要是通过直流电机来推动其工作，但是其控制策略相对于风扇来说更加复杂化，同时电子水泵的工作可靠性也较风扇更差，因此许多年来并没有应用在发动机冷却系统当中。BMW公司在2005年推出的N52发动机上采用了新型的电子水泵[16]，其更加节约能源且能更好、更自主地对冷却系统冷却液流量进行调整，从而避免在发动机高负荷低转速时散热需求较大而水泵和风扇此时转速较低，冷却能力不足，易出现发动机“过热”现象，发动机在低负荷高转速时，散热需求较小，而此时水泵和风扇转速较高，冷却能力过剩，易出现发动机“过冷”现象。图1.2BMWN52电动冷却液泵接下来，奥迪和大众品牌也将电子水泵运用在新款发动机上，双循环冷却系统1.4TSI发动机中采用了两套独立的冷却系统[17]，一套主冷却系统，其主要通
浙江大学硕士学位论文绪论5过耦合发动机来对其主要的发动机部件进行冷却。另一套副冷却系统加装了电动水泵，通过其来实现对涡轮增压器的冷却，表现良好。图1.3A：发动机主冷却系统，B：增压空气冷却系统mini公司开发了一款能够主动进行开闭的机械水泵[18]，其通过一个摩擦轮式的离合器进行水泵的打开和关闭，在发动机暖机的时候关闭水泵，可以大幅度减少水流量，加速发动机的暖机过程，其改装方便，成本较小，是一种轻式的简易改动，但是能起到一定的作用。2012年，盛德号等人开发了一款新型的冷却系统[19]，其编写设计单片机，实现了对电子水泵和电子风扇转速的控制，该款冷却系统还在乘用车上进行了验证，通过试验，验证其缩短了60%多的发动机暖机时间并大幅降低了暖机时刻的燃油消耗量。浙江大学俞小莉老师团队在车辆热管理方面具有系统化的研究，自2005年以来，该团队建立了一系列关于车辆热管理系统的试验平台，围绕此平台，通过仿真与试验，进行了系统的热平衡研究，成果丰硕[20-22]，同时在此基础上开发了冷却系统智能控制策略，并进行了验证，该控制策略能很大程度提高了发动机可靠性，并在降低发动机功耗以及排放方面也有一定程度的帮助作用。
【参考文献】：
期刊论文
[1]高原环境下柴油机冷却系统性能仿真[J]. 刘建敏,康琦,王普凯,刘艳斌,董意. 车用发动机. 2018(03)
[2]基于模糊自适应PID控制的空压机背压控制器设计[J]. 曹婧华,孔繁森,冉彦中,宋蕊辰. 吉林大学学报(工学版). 2018(03)
[3]基于冷却液温度的柴油机不同海拔热平衡试验研究[J]. 周磊,刘振明,刘瑞林,许翔,聂涛. 海军工程大学学报. 2017(05)
[4]基于GT-power与Simulink的电子节气门控制系统联合仿真[J]. 周鑫,熊锐,吴坚,张宗澜,曾恩山,郑月. 现代制造工程. 2016(11)
[5]某轻型卡车高原环境冷却系统分析[J]. 陈皓,刘双喜,闫伟. 计算机辅助工程. 2016(04)
[6]轮式车辆高原环境适应性评价研究[J]. 许翔,刘瑞林,董素荣,周广猛,刘刚. 装备环境工程. 2014(04)
[7]高原环境对柴油机性能的影响及解决措施[J]. 李晓然,许世海. 内燃机. 2014(03)
[8]基于前馈的柴油机冷却液温度控制策略研究[J]. 刘震涛,尹旭,韩松,孙正,俞小莉. 内燃机工程. 2013(04)
[9]基于模糊与PID的车辆底盘集成控制系统[J]. 李静,余春贤. 吉林大学学报(工学版). 2013(S1)
[10]汽车环境适应性试验综述[J]. 许翔,张众杰,凤蕴,董素荣,刘瑞林. 装备环境工程. 2013(01)
博士论文
[1]覆带起重机起升系统双马达同步控制技术研究[D]. 刘晓峰.吉林大学 2012
[2]车用发动机智能冷却系统基础问题研究[D]. 韩松.浙江大学 2012
硕士论文
[1]轮式装载机散热系统仿真和控制方法研究[D]. 武安军.吉林大学 2017
[2]基于变论域模糊方法的小型AUV控制系统设计[D]. 武建勇.浙江大学 2017
[3]基于GT-Power和Simulink的柴油机停缸技术研究[D]. 黄俊.西南交通大学 2016
[4]高原挖掘装载机冷却系统热平衡匹配与发动机舱结构优化[D]. 钱尧一.厦门大学 2014
[5]增压中冷汽油机热管理系统试验与仿真分析[D]. 王奇峰.吉林大学 2013
[6]高原用滑移装载机冷却系统设计研究[D]. 邹少军.西安电子科技大学 2012
[7]基于模糊控制的汽车发动机冷却系统的研究[D]. 邓飞.武汉理工大学 2009
[8]柴油机变海拔涡轮增压技术研究[D]. 张海雷.清华大学 2008
[9]发动机热平衡试验系统开发[D]. 黄鑫.浙江大学 2006
本文编号：3486381
【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：97 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
4/42V双电压电气系统结构框图
浙江大学硕士学位论文绪论4动机的可靠性以及燃油经济性都有一定程度的提升。青岛大学设计了一种通过电液控制来进行风扇控制的方法，其通过风扇测量得到的温度，将温度信号反馈给控制器来控制风扇的转速，但是该种方法仍然还在研制阶段，尚未商用。（2）电子水泵冷却系统中水泵和风扇是相对重要的两个部件，电子水泵发展略晚于电子风扇的发展，电子水泵主要是通过直流电机来推动其工作，但是其控制策略相对于风扇来说更加复杂化，同时电子水泵的工作可靠性也较风扇更差，因此许多年来并没有应用在发动机冷却系统当中。BMW公司在2005年推出的N52发动机上采用了新型的电子水泵[16]，其更加节约能源且能更好、更自主地对冷却系统冷却液流量进行调整，从而避免在发动机高负荷低转速时散热需求较大而水泵和风扇此时转速较低，冷却能力不足，易出现发动机“过热”现象，发动机在低负荷高转速时，散热需求较小，而此时水泵和风扇转速较高，冷却能力过剩，易出现发动机“过冷”现象。图1.2BMWN52电动冷却液泵接下来，奥迪和大众品牌也将电子水泵运用在新款发动机上，双循环冷却系统1.4TSI发动机中采用了两套独立的冷却系统[17]，一套主冷却系统，其主要通
浙江大学硕士学位论文绪论5过耦合发动机来对其主要的发动机部件进行冷却。另一套副冷却系统加装了电动水泵，通过其来实现对涡轮增压器的冷却，表现良好。图1.3A：发动机主冷却系统，B：增压空气冷却系统mini公司开发了一款能够主动进行开闭的机械水泵[18]，其通过一个摩擦轮式的离合器进行水泵的打开和关闭，在发动机暖机的时候关闭水泵，可以大幅度减少水流量，加速发动机的暖机过程，其改装方便，成本较小，是一种轻式的简易改动，但是能起到一定的作用。2012年，盛德号等人开发了一款新型的冷却系统[19]，其编写设计单片机，实现了对电子水泵和电子风扇转速的控制，该款冷却系统还在乘用车上进行了验证，通过试验，验证其缩短了60%多的发动机暖机时间并大幅降低了暖机时刻的燃油消耗量。浙江大学俞小莉老师团队在车辆热管理方面具有系统化的研究，自2005年以来，该团队建立了一系列关于车辆热管理系统的试验平台，围绕此平台，通过仿真与试验，进行了系统的热平衡研究，成果丰硕[20-22]，同时在此基础上开发了冷却系统智能控制策略，并进行了验证，该控制策略能很大程度提高了发动机可靠性，并在降低发动机功耗以及排放方面也有一定程度的帮助作用。
【参考文献】：
期刊论文
[1]高原环境下柴油机冷却系统性能仿真[J]. 刘建敏,康琦,王普凯,刘艳斌,董意. 车用发动机. 2018(03)
[2]基于模糊自适应PID控制的空压机背压控制器设计[J]. 曹婧华,孔繁森,冉彦中,宋蕊辰. 吉林大学学报(工学版). 2018(03)
[3]基于冷却液温度的柴油机不同海拔热平衡试验研究[J]. 周磊,刘振明,刘瑞林,许翔,聂涛. 海军工程大学学报. 2017(05)
[4]基于GT-power与Simulink的电子节气门控制系统联合仿真[J]. 周鑫,熊锐,吴坚,张宗澜,曾恩山,郑月. 现代制造工程. 2016(11)
[5]某轻型卡车高原环境冷却系统分析[J]. 陈皓,刘双喜,闫伟. 计算机辅助工程. 2016(04)
[6]轮式车辆高原环境适应性评价研究[J]. 许翔,刘瑞林,董素荣,周广猛,刘刚. 装备环境工程. 2014(04)
[7]高原环境对柴油机性能的影响及解决措施[J]. 李晓然,许世海. 内燃机. 2014(03)
[8]基于前馈的柴油机冷却液温度控制策略研究[J]. 刘震涛,尹旭,韩松,孙正,俞小莉. 内燃机工程. 2013(04)
[9]基于模糊与PID的车辆底盘集成控制系统[J]. 李静,余春贤. 吉林大学学报(工学版). 2013(S1)
[10]汽车环境适应性试验综述[J]. 许翔,张众杰,凤蕴,董素荣,刘瑞林. 装备环境工程. 2013(01)
博士论文
[1]覆带起重机起升系统双马达同步控制技术研究[D]. 刘晓峰.吉林大学 2012
[2]车用发动机智能冷却系统基础问题研究[D]. 韩松.浙江大学 2012
硕士论文
[1]轮式装载机散热系统仿真和控制方法研究[D]. 武安军.吉林大学 2017
[2]基于变论域模糊方法的小型AUV控制系统设计[D]. 武建勇.浙江大学 2017
[3]基于GT-Power和Simulink的柴油机停缸技术研究[D]. 黄俊.西南交通大学 2016
[4]高原挖掘装载机冷却系统热平衡匹配与发动机舱结构优化[D]. 钱尧一.厦门大学 2014
[5]增压中冷汽油机热管理系统试验与仿真分析[D]. 王奇峰.吉林大学 2013
[6]高原用滑移装载机冷却系统设计研究[D]. 邹少军.西安电子科技大学 2012
[7]基于模糊控制的汽车发动机冷却系统的研究[D]. 邓飞.武汉理工大学 2009
[8]柴油机变海拔涡轮增压技术研究[D]. 张海雷.清华大学 2008
[9]发动机热平衡试验系统开发[D]. 黄鑫.浙江大学 2006
本文编号：3486381
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