柴油机EGR控制参数优化方法研究

发布时间：2017-09-02 00:31

  本文关键词：柴油机EGR控制参数优化方法研究

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【摘要】：柴油机具有热效率高和动力性强,可靠性、耐久性好的优势,然而柴油机的排放一直是被广泛诟病的问题。柴油机尾气中的氮氧化物(NOx)和颗粒物(Soot)对人体和大气环境都有相当程度的危害。尤其在我国北方日趋严重的雾霾环境下,机动车的排放对环境影响和社会影响巨大。NOx的生成与排放主要受缸内温度、氧浓度、反应时间的影响,与发动机喷油参数、进气参数、燃烧室参数等有关。目前采用的废气再循环(EGR)技术是降低柴油机NOx排放的最有效措施之一,但同时也对柴油机的动力性、燃油经济性、碳烟排放带来不同程度的负面影响。大量研究证明,冷EGR技术和灵活的高压喷射技术对改善柴油机排放,降低燃油消耗率具有显著作用。但大部分研究是结合一种或两种参数进行优化,鲜见综合考虑各种参数变化,并结合不同工况的优化方案研究。本文以一台小排量电控高压共轨柴油机为对象,采用EGR技术与喷油技术结合,通过利用在GT-Power软件中建立的DIPulse燃烧模型,研究在EGR率和EGR温度、主喷提前角、喷油压力的协同作用下,柴油机燃烧、性能及排放的变化。探究EGR控制参数和喷油参数对缸内压力、瞬时放热率峰值、排放物生成的关系。最终,综合各种性能变化,利用遗传优化算法,给出各参数的优化匹配方案,为后续EGR控制策略设计提供理论依据。本文主要的研究工作如下:1.本文以增压共轨柴油机为对象,构造EGR系统,搭建试验台架,进行了不同工况下EGR对柴油机燃烧排放特性影响的试验研究,采集试验数据用以发动机模型的建立与校验。2.在GT-Power软件中利用DIPulse准维燃烧模型和整机模型,分析了各个经验参数对燃烧过程的影响;通过对经验参数的标定,研究典型工况下在不同EGR率时,EGR温度、主喷油提前角以及喷油压力对缸内燃烧状态和排放的影响关系。3.采用Matlab建立遗传算法,将多目标的优化问题转化为一个目标多种限制条件的优化问题,约束边界通过罚函数的设立在模型中加以体现。最后通过Matlab与GT-Power的联合计算,寻找到各工况下满足排放要求的EGR参数与喷油参数组合。结果表明:在低转速小负荷下可以使用较高的EGR率以实现NOx的减排,同时提前喷油相位、增加喷油压力,以抑制EGR引起的Soot生成增多,并弥补输出转矩的损失;在高转速的中高负荷,为保持转矩输出的稳定,必须使用较小的EGR率,推迟喷油。
【关键词】：废气再循环EGR DIPulse燃烧模型 遗传算法
【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3-5
• Abstract5-10
• 第1章 绪论10-20
• 1.1 引言10-11
• 1.2 柴油机排放污染物生成机理及控制措施11-14
• 1.2.1 柴油机NOx与Soot生成机理11-13
• 1.2.2 柴油机NOx与Soot控制措施13-14
• 1.3 EGR技术14-16
• 1.4 柴油机喷油策略16-18
• 1.4.1 变喷油提前角16-17
• 1.4.2 多次喷射17-18
• 1.5 本文研究的主要内容和意义18-20
• 第2章 EGR试验平台建立20-35
• 2.1 EGR系统设计20-25
• 2.1.1 EGR系统布置20-21
• 2.1.2 EGR率计算方法21-24
• 2.1.3 EGR冷却系统24-25
• 2.2 试验装置及设备25-26
• 2.3 电控标定系统26-27
• 2.4 EGR率对柴油机性能及排放影响的试验研究27-34
• 2.4.1 EGR率对燃烧过程的影响29-33
• 2.4.2 EGR率对排放的影响33-34
• 2.5 本章小结34-35
• 第3章 增压共轨柴油机建模与模型校验35-54
• 3.1 GT-POWER软件介绍35
• 3.2 柴油机物理模型分析35-39
• 3.2.1 进排气系统36
• 3.2.2 进气中冷系统36-37
• 3.2.3 气缸系统37
• 3.2.4 涡轮增压系统37-39
• 3.2.5 废气再循环系统39
• 3.3 GT-Power燃烧模型分析39-47
• 3.3.1 DIPulse燃烧模型概述40-45
• 3.3.2 排放子模型45-47
• 3.4 燃烧模型标定47-50
• 3.4.1 燃烧参数标定47-49
• 3.4.2 柴油机整机模型的建立49-50
• 3.5 整机模型的校验50-52
• 3.6 本章小结52-54
• 第4章 EGR温度和喷油参数对燃烧和排放的影响分析54-66
• 4.1 EGR温度对燃烧和排放影响54-58
• 4.1.1 EGR温度对燃烧过程的影响54-57
• 4.1.2 EGR温度对排放影响57-58
• 4.2 不同主喷时刻对燃烧和排放的影响58-62
• 4.2.1 主喷时刻对燃烧过程的影响58-61
• 4.2.2 主喷时刻对排放的影响61-62
• 4.3 喷射压力对燃烧和排放的影响62-65
• 4.3.1 喷油压力对燃烧过程的影响62-64
• 4.3.2 喷油压力对排放的影响64-65
• 4.4 本章小结65-66
• 第5章 基于遗传算法的EGR参数寻优66-81
• 5.1 遗传算法原理66-67
• 5.2 遗传算法模型的建立67-70
• 5.2.1 适应度函数67-69
• 5.2.2 惩罚函数69-70
• 5.3 遗传算法的实现70-76
• 5.3.1 种群初始化71-72
• 5.3.2 染色体迭代运算72-74
• 5.3.3 优化结果输出74-76
• 5.4 遗传算法优化结果的分析与验证76-80
• 5.5 本章小结80-81
• 第6章 结论与展望81-83
• 6.1 全文总结81-82
• 6.2 创新点82
• 6.3 展望82-83
• 参考文献83-86
• 攻读学位期间发表论文与研究成果清单86-87
• 致谢87

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本文编号：775341