基于DOE的柴油机喷油规律和EGR耦合优化研究

发布时间：2017-09-03 20:30

  本文关键词：基于DOE的柴油机喷油规律和EGR耦合优化研究

  更多相关文章： 柴油机 实验设计 多目标 排放 优化

【摘要】：随着柴油机技术的发展,柴油机所需标定的参数也在持续不断的增加,这使得柴油机标定工作量成指数增长,传统的标定方法已很难满足这一要求。解决这一难题的技术手段之一是基于模型的实验设计(DOE)。实验设计是对实验方案进行优化设计,以降低实验误差和生产费用、减少实验工作量并对实验结果进行科学分析的一种科学方法。本文利用发动机性能仿真软件GT POWER建立了某柴油机模型,并验证了模型的准确性。选取对柴油机性能影响较大的喷油参数,包括喷油定时、喷孔直径、喷油压力以及EGR率为实验因子,在保证动力性和经济性的基础上以降低NOx和Soot排放为目标进行多目标优化的实验设计。通过仿真计算结果建立了相应的响应面(RSM)模型,并对响应面的精度进行了评估、建立各实验因子的系数图,在此基础上进行实验因子对实验目标的影响分析。应用多目标帕累托(Pareto)法进行参数最优解集的寻优,得到了优化后的喷油定时、喷孔直径、喷油压力和EGR率。验证表明拟合结果与模拟结果基本吻合。最大扭矩工况的EGR率增大到19.63%、喷孔直径减小到0.13mm、喷油定时提前到-18.74。CA以及喷油压力升高到168.71MPa时,柴油机的动力性和经济性无明显变化,而排放性能则得到了较大改善,特别是Soot的排放量更是相比原机减少了86.6%。进一步把实验设计方法扩展到柴油机多段喷射的研究中。并对原机的无预喷喷油规律进行了预喷规律的耦合研究。最终得到最大功率点优化后各段喷油量、喷油时刻、EGR率以及喷油压力。仿真实验表明NOx排量、扭矩和油耗率都略有改善,而Soot的排量与优化前相比降低了57.4%。说明基于DOE的方法能够有效解决喷油规律与EGR耦合的复杂多目标优化问题,对改善柴油机设计和标定工作有积极意义。
【关键词】：柴油机 实验设计 多目标 排放 优化
【学位授予单位】：西南交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TK421
【目录】：

• 摘要6-7
• ABSTRACT7-11
• 第1章 绪论11-16
• 1.1 研究背景和意义11-12
• 1.2 研究现状12-14
• 1.2.1 EGR的发展现状12-13
• 1.2.2 DOE在发动机研究中的应用状况13
• 1.2.3 多段喷射的研究现状13-14
• 1.3 研究方法和内容14-16
• 第二章 内燃机工作过程分析16-24
• 2.1 缸内系统计算过程16-18
• 2.1.1 气缸内热力学计算16-17
• 2.1.2 缸内热力计算边界条件17-18
• 2.1.3 缸内传热18
• 2.2 进排气管工作过程模拟18-19
• 2.3 废气涡轮增压器计算模型19-20
• 2.4 一维非定常流体流动基本方程20-21
• 2.5 排放物的生成机理21-24
• 2.5.1 氮氧化物(Nox)21-22
• 2.5.2 碳烟(Soot)22-24
• 第三章 模型的建立与验证24-34
• 3.1 GT-POWER的概述24-25
• 3.2 柴油机台架25-26
• 3.3 柴油机物理模型的建立26-31
• 3.3.1 气缸模型26-27
• 3.3.2 曲柄连杆机构模型27-28
• 3.3.3 燃油喷射模型28-29
• 3.3.4 配气机构模型29-30
• 3.3.5 EGR系统30-31
• 3.4 模型验证31-34
• 第四章 单体泵喷油规律和EGR率的实验设计34-54
• 4.1 实验因子的选取34-36
• 4.1.1 喷油定时34
• 4.1.2 喷孔直径34-35
• 4.1.3 喷油压力35
• 4.1.4 废气再循环-EGR35-36
• 4.2 实验设计方法的选择36-39
• 4.3 响应面拟合39-42
• 4.4 实验因子的影响分析42-49
• 4.5 多目标优化设计49-51
• 4.5.1 多目标问题49
• 4.5.2 Pareto最优解集49-51
• 4.6 优化结果及其验证51-53
• 本章小结53-54
• 第五章 实验设计在多段喷射中的研究54-69
• 5.1 模型验证54-56
• 5.2 实验因子的选取56-58
• 5.3 实验因子分析58-67
• 5.3.1 响应面拟合58-60
• 5.3.2 影响系数分析60-62
• 5.3.3 影响曲线分析62-67
• 5.4 优化设计及结果67-68
• 本章小结68-69
• 结论与展望69-71
• 结论69-70
• 展望70-71
• 致谢71-72
• 参考文献72-75
• 读硕士期间发表的论文75

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本文编号：787172