直喷增压发动机的性能分析与优化

发布时间：2023-06-03 22:20

　　涡轮增压缸内直喷汽油机具有高升功率,低排放、低油耗等优点,成为了当今汽车行业节能减排的重要技术方案之一。为了在最小成本的前提下实现整车对发动机提出的性能目标,本文研究了发动机性能仿真理论、通过对标竞品车型确定发动机性能目标的方法、影响发动机性能的因素、基于多目标多学科设计优化的初始技术方案、基于初始技术方案的直喷增压发动机待优化内容(包括发动机排量、气门升程型线、可选的压缩比、涡轮机选型、进气门尺寸、进气歧管管径以及稳压腔容积)、直喷增压发动机性能模型参数定义等内容。这些内容的研究为直喷增压发动机的性能分析与优化提供了理论支撑和前提条件。本文使用了“DOE优化联合试验验证”的方法。基于里卡多的DOE优化算法和步骤(排量优化——优化全负荷——优化部分负荷),重点分析了待优化内容对增压直喷发动机的性能影响。通过分析,预测了实现性能目标的待优化内容的最优变量组合(1.5L、主选凸轮、45K84涡轮机、压缩比10、进气门尺寸ISD23.5mm、进气歧管管径24mm和稳压腔容积1.27L)。最后,对分析和优化后推荐的硬件组合方案进行性能验证,试验表明:1.5L增压直喷发动机全负荷可以实现1700...

【文章页数】：69 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
1 绪论
    1.1 研究增压直喷发动机的背景和意义
    1.2 国内外研究现状
    1.3 研究目标、内容、方法以及技术路线等
        1.3.1 研究目标
        1.3.2 研究内容
        1.3.3 研究方法和技术路线
        1.3.4 研究结论
2 发动机性能仿真理论
    2.1 发动机工作过程数学模型
        2.1.1 缸内热力学过程模型
        2.1.2 燃烧模型
        2.1.3 传热模型
        2.1.4 发动机机械损失模型
    2.2 管路和腔体模型
        2.2.1 管路和腔体中流体流动模型
        2.2.2 壁面摩擦模型
    2.3 空滤器模型
    2.4 中冷器模型
    2.5 涡轮增压器的数学模型
        2.5.1 涡轮增压器稳定运行的准则
        2.5.2 压气机特性参数的计算
    2.6 本章小结
3 待优化内容的确定和性能模型参数定义
    3.1 待优化内容的确定
        3.1.1 发动机性能目标的提出
            3.1.1.1 发动机动力性目标
            3.1.1.2 发动机燃油经济性目标
        3.1.2 影响发动机性能的相关因素
        3.1.3 基于多目标多学科设计优化的初始技术方案
            3.1.3.1 学科分析
            3.1.3.2 多学科设计过程组织及其优化算法
        3.1.4 基于初始技术方案的待优化内容
    3.2 性能模型参数定义
        3.2.1 排量、缸径、曲柄半径、连杆长、进排气门直径
        3.2.2 气道流量系数和气门升程型线
        3.2.3 压缩比、点火顺序、燃烧参数
        3.2.4 换热参数
        3.2.5 摩擦参数
        3.2.6 边界条件
    3.3 本章小结
4 增压直喷发动机性能分析与优化
    4.1 基于动力性目标对不同排量的性能分析
    4.2 增压直喷发动机全负荷性能分析与优化
        4.2.1 气门升程型线优化
            4.2.1.1 基于DOE优化算法的变量控制
            4.2.1.2 基于简化DOE优化算法的分析与评价
            4.2.1.3 两组型线方案的性能
            4.2.1.4 两组型线方案的空气、燃油质量流量和歧管容积效率
            4.2.1.5 两组型线方案的燃烧特征
            4.2.1.6 两组型线方案的气门正时和残余废气
            4.2.1.7 两组型线方案的压缩机进气口和排气口条件
            4.2.1.8 两组型线方案的涡轮机入口温度和压力
            4.2.1.9 两组型线方案的压缩机转速和废气门开度
        4.2.2 两种压缩比对性能的影响分析
        4.2.3 可选涡轮机选型对性能的影响分析
        4.2.4 进气门尺寸对性能的影响分析
        4.2.5 进气歧管管径以及稳压腔容积对性能的影响分析
    4.3 部分负荷性能分析
        4.3.1 基于比油耗目标的VVT设变
        4.3.2 2000r/min 23.9Nm的VVT与比油耗关系分析
        4.3.3 2500r/min 179Nm的VVT与比油耗关系分析
    4.4 本章小结
5 性能试验验证
    5.1 性能验证的方法、原则以及设计验证计划
        5.1.1 性能验证方法
        5.1.2 性能验证原则
        5.1.3 性能试验的验证计划
    5.2 性能试验
        5.2.1 试验条件
        5.2.2 试验记录
    5.3 试验结论
6 结论与展望
致谢
参考文献
个人简历、在学期间发表的学术论文及取得的研究成果



本文编号：3830148