VNT与EGR对高压共轨柴油机高原性能的影响

发布时间：2017-08-24 22:33

  本文关键词：VNT与EGR对高压共轨柴油机高原性能的影响

  更多相关文章： VNT EGR 高原环境 柴油机 神经网络 遗传算法

【摘要】：柴油机的主要排放物是NOx与微粒,排气再循环(EGR)作为降低NOx排放的机内净化措施,被广泛运用；但是EGR的引入会导致燃油经济性下降以及颗粒物排放增加等问题,并且部分负荷下由于进排气压力出现逆差情况,无法满足驱动EGR要求。可变截面涡轮增压器(VNT)能有效解决普通涡轮增压器与柴油机匹配存在的低速扭矩不足,部分负荷经济性差、瞬态响应迟滞,此外还可以解决部分负荷工况进排逆差问题,增大EGR可实现范围。因此,将VNT与EGR结合有助于解决低速动力不足与降低NOx排放问题。以满足Ⅳ排放的带有可变喷嘴涡轮增压(VNT)与EGR的高压共轨四缸柴油机为研究对象,试验研究了不同VNT开度与EGR率对柴油机空气系统以及VNT开度对柴油机外特性影响；以及不同EGR率下VNT开度对柴油机空气系统影响,并对比分析了不同海拔下空气系统各性能参数随VNT与EGR变化情况。在试验研究基础上,建立了高压共轨柴油机的GT-Power仿真模型,仿真研究了不同EGR率下VNT开度对柴油机燃油经济性、燃烧特性以及排放特性的影响,开展了以下研究工作。(1)VNT对高压共轨柴油机空气系统影响试验研究进排气压力伴随着VNT开度增大而减小,进排气温度以及空燃比随着VNT开度变化存在高度相关性。在1800r/min小、中等、大负荷工况,分别当VNT开度大于30%、35%、40%时,开始出现发动机压差为负值情况；而在4000r/min不同负荷下均未出现发动机压差小于0情况；在综合考虑空燃比、发动机压差以及试验实际运转限定因素前提下,确定了各个工况下VNT开度变化范围,为后面研究VNT与EGR对高压共轨柴油机性能影响建立了基础。(2)EGR与VNT对高压共轨柴油机空气系统影响试验研究在1800r/min、180N.m以及4000r/min、120N.m工况所对应的最大EGR率分别为24%、20%。在4000r/min、120N.m工况,最大EGR率出现在最小VNT开度40%处；1800r/min、180N.m工况,最大EGR率所对应的VNT开度为22%。海拔越高,大气压力越低,进排气压力与空燃比越低；VNT开度一定时,相比进气压力伴随大气压力变化,增压压力伴随EGR率几乎不变。100kpa大气压力环境下EGR率10%、VNT开度60%所对应的空燃比,与80kpa大气压力环境下EGR率10%、VNT开度40%所对应的空燃比相同。(3)EGR与VNT对高压共轨柴油机性能影响仿真研究在1800r/min与4000r/min转速大负荷工况,高原环境下引入EGR时,可以通过适当减小VNT开度,恢复一部分经济性。当VNT开度固定不变时,与1800r/min转速相比,4000r/min转速不同负荷下EGR率应相应减小,在4000r/min转速小负荷工况不应采用较大EGR率。最大缸内压力与温度随着EGR率增大而减小,EGR率一定时,最大缸内压力随着VNT开度增大而减小。VNT开度一定,在1800r/min大负荷工况,分别当EGR率小于2%、2%、4%时,适当增大EGR率可改善NOx与颗粒物排放之间trade-off关系。(4)以VNT开度对柴油机外特性影响的试验数据为基础,在综合考虑涡前排温、空燃比前提下,以最小燃油消耗为目标,基于参变量扫值优化了外特性下VNT开度；并与原机各转速下有效燃油消耗率进行比较,燃油经济性平均改善1.82%左右。在部分负荷下,综合考虑燃油经济性与颗粒物排放前提下,以最小NOx排放为优化目标,基于RBF神经网络建立拟合曲面,并运用遗传算法对EGR率与VNT开度优化；NOx排放与颗粒物排放平均下降了19.5%与10.8%；燃油经济性平均上升了0.85%。
【关键词】：VNT EGR 高原环境 柴油机 神经网络 遗传算法
【学位授予单位】：昆明理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TK421
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-12
• 第一章 绪论12-18
• 1.1 研究背景和意义12
• 1.2 国内外研究现状12-17
• 1.2.1 VNT技术的国内外研究现状12-14
• 1.2.2 EGR技术的国内外研究现状14-15
• 1.2.3 人工神经网络在发动机中的运用15-16
• 1.2.4 遗传算法在发动机中的运用16-17
• 1.3 主要研究内容17-18
• 第二章 EGR与VNT对柴油机空气系统影响研究18-38
• 2.1 试验布置18-22
• 2.1.1 高压共轨柴油机的技术参数18
• 2.1.2 主要试验设备18-19
• 2.1.3 试验台架布置19
• 2.1.4 试验内容19-21
• 2.1.5 VNT开度标定21-22
• 2.2 高原环境下VNT对柴油机空气系统影响试验研究22-27
• 2.2.1 VNT对进排气压力影响22-23
• 2.2.2 VNT对空燃比以及进排气温度影响23-25
• 2.2.3 VNT开度对发动机压差影响25-26
• 2.2.4 各个工况下VNT开度范围确定26-27
• 2.3 高原环境下VNT与EGR对柴油机空气系统影响试验研究27-32
• 2.3.1 VNT对EGR率影响27-28
• 2.3.2 EGR与VNT对进排气压力影响28-29
• 2.3.3 EGR与VNT对进排气温度影响29-31
• 2.3.4 EGR与VNT对发动机压差与空燃比影响31-32
• 2.4 不同海拔下VNT与EGR对柴油机空气系统影响试验研究32-36
• 2.4.1 进排气压力对比33-34
• 2.4.2 进排气温度对比34-35
• 2.4.3 发动机压差以及空燃比对比35-36
• 2.5 小结36-38
• 第三章 高原环境下EGR与VNT对柴油机性能影响仿真研究38-50
• 3.1 VNT对高压共轨柴油机动力性影响试验研究38
• 3.2 高压共轨柴油机一维仿真模型的建立38-42
• 3.2.1 缸内热传递数学模型40-41
• 3.2.2 模型验证41-42
• 3.3 高原环境下VNT与EGR对高压共轨柴油机性能影响仿真研究42-49
• 3.3.1 VNT与EGR对经济性影响42-44
• 3.3.2 VNT与EGR对燃烧特性影响44-46
• 3.3.3 VNT与EGR对排放特性影响46-49
• 3.4 小结49-50
• 第四章 EGR率与VNT开度优化50-62
• 4.1 EGR率与VNT开度优化方案50-53
• 4.1.1 优化简介50-51
• 4.1.2 EGR率与VNT开度优化方案设计51-53
• 4.2 基于参变量扫值柴油机外特性下VNT开度优化53-56
• 4.2.1 外特性下VNT开度优化53-56
• 4.3 基于RBF拟合模型建立56-59
• 4.3.1 试验方案设计56
• 4.3.2 RBF函数逼近基本思想56-57
• 4.3.3 拟合模型建立与验证57-59
• 4.4 基于遗传算法EGR率与VNT开度优化59-61
• 4.4.1 EGR率与VNT开度优化结果分析60-61
• 4.5 小结61-62
• 第五章 全文总结及工作展望62-64
• 5.1 全文总结62
• 5.2 工作展望62-64
• 致谢64-66
• 参考文献66-70
• 附录A 攻读硕士学位期间参与项目及发表论文70-71
• 附录B 攻读硕士学位期间所获奖励71

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本文编号：733446