基于GT-Power和Simulink的柴油机停缸技术研究

发布时间：2017-09-21 05:35

  本文关键词：基于GT-Power和Simulink的柴油机停缸技术研究

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【摘要】：随着我国汽车保有量的持续上升,发动机的节能减排已经成为一个迫在眉睫的事情。为了提高发动机的燃油经济性,停缸技术早在20世纪初就被运用在发动机上,但主要是用于汽油机和早期船用柴油机,许多文献已经说明停缸技术在汽油机上的应用可以有效地提高其燃油经济性。在车用柴油机上的运用则非常有限,因为柴油机没有节气门,部分气缸停缸后并不能减少泵气损失。然而,停缸技术在柴油机上的运用仍有研究价值。部分气缸停缸后,为保证输出功率不变,需提高剩余气缸的输出功率,可使柴油机工作在燃油经济性较高的区域。本文主要研究内容如下：(1)运用GT-power软件建立柴油机整机模型,选定发动机传热模型、喷油模型和燃烧模型,并输入相应的参数,调整和改进各个模块的初始条件和边界参数,并验证模型的正确性。(2)在已建立的柴油机GT-Power原机模型的基础进行改装,以在其上实现停缸技术。(3)选择不同的停缸方式,分别模拟柴油机在1600r/min、2000r/min、2400r/min和3200r/min转速下25%负荷时原机、停一缸和停两缸的稳态工况,并对比其燃油经济性。(4)选择燃油经济性最好的停缸方式,分析在该停缸方式下柴油机的排放特性、停缸区域以及被停气缸在气缸排列中所处位置对柴油机的影响。(5)利用GT-Power和Simulink搭建联合仿真平台,实现柴油机停缸的瞬态控制。(6)模拟柴油机2400r/min转速下25%负荷时从原机到停两缸工作和从停两缸到原机工作的瞬态工作过程,并分析不同控制策略对柴油机停缸的影响。研究表明：(1)断油式停缸方式在停缸后并不能降低该柴油机的燃油消耗率,因而断油式停缸方式在该柴油机上不可行；(2)停气门式停缸方式停缸后可以有效地提高柴油机燃油经济性,且停两缸时的节油效果比停一缸的节油效果更好；停缸技术对柴油机排放的影响方面,停缸后会导致NOx排放量一定程度上的上升,上升幅度约为10%,但同时可以较大程度降低碳烟的排放量,下降幅度约为35%。(3)基于停气门式的停缸方式模拟分析得知,停缸时选择不同的停缸位置对柴油机燃油经济性影响很小；但考虑到对柴油机输出扭矩的平顺性,停缸的时候应该选择点火间隔均匀的停缸位置。即停一缸时选择停第3缸,停两缸时选择停第2、第3缸,且均为固定停缸位置。(4)从不停缸转到停两缸工作时,如不进行专门的控制,柴油机输出扭矩会突然下降,且下降幅度达到60%,此时可以通过提高工作缸喷油量的增加速度和适当地提前喷油时刻的方式,来保证停缸转换过程中柴油机扭矩的波动幅度。(5)从停两缸恢复到不停缸时,如不进行专门的控制,柴油机输出扭矩会突然下降,到原扭矩的35%左右,之后又会突然上升到原扭矩的135%左右,此时可以通过提前减少工作缸的喷油量和加快喷油量减少速度,来保证停缸恢复过程中柴油机扭矩的快速恢复和振动幅度。
【关键词】：柴油机 停缸技术 GT-Power Simulink 模拟
【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】：U464.172
【目录】：

• 摘要6-8
• abstract8-12
• 第1章 绪论12-20
• 1.1 问题的提出12-13
• 1.2 国内外研究现状13-18
• 1.2.1 国外停缸技术的研究14-17
• 1.2.2 国内停缸技术研究现状17-18
• 1.3 本文主要研究目的与意义18-19
• 1.4 本文主要研究内容19-20
• 第2章 仿真理论和数学模型20-30
• 2.1 缸内工作过程基本方程20-22
• 2.2 进排气过程数学模型22-25
• 2.3 涡轮增压器数学模型25-27
• 2.3.1 压气机数学模型25-26
• 2.3.2 涡轮数学模型26
• 2.3.3 压气机与涡轮功率平衡模型26-27
• 2.4 准维模型27-28
• 2.5 排放模型28
• 2.5.1 NOx排放模型28
• 2.5.2 Soot排放模型28
• 2.6 本章小结28-30
• 第3章 柴油机GT-Power模型的建立与验证30-39
• 3.1 GT-Power软件介绍30-31
• 3.2 柴油机主要模块31-36
• 3.2.1 气缸模块31-32
• 3.2.2 进排气系统模块32-35
• 3.2.3 喷油器模块35
• 3.2.4 曲轴箱模块35-36
• 3.2.5 增压器模块36
• 3.3 柴油机整机模型的建立36-37
• 3.4 柴油机模型的验证37-38
• 3.5 本章小结38-39
• 第4章 不同停缸方式的节油效果39-54
• 4.1 断油式停缸方式39-44
• 4.1.1 断油式停缸方式设计39-40
• 4.1.2 柴油机断油式停缸的热平衡分析40-44
• 4.1.3 断油式停缸方式不可行原因分析44
• 4.2 停气门式停缸方式44-50
• 4.2.1 停气门式停缸方式设计44-45
• 4.2.2 停气门式停缸方式对柴油机燃油经济性的影响45-46
• 4.2.3 停气门式停缸方式对柴油机NOx排放的影响46-48
• 4.2.4 停气门式停缸方式对柴油机碳烟排放的影响48
• 4.2.5 停气门式停缸方式停缸区域Map48-50
• 4.3 停缸位置对柴油机影响50-53
• 4.3.1 停缸位置对柴油机燃油经济性的影响50-51
• 4.3.2 停缸位置对柴油机输出扭矩的影响51-53
• 4.4 本章小结53-54
• 第5章 停缸技术的瞬态模拟54-65
• 5.1 GT-Power与Simulink联合仿真平台的建立54-56
• 5.1.1 联合仿真技术概论54
• 5.1.2 联合仿真平台建立54-56
• 5.2 从原机到停两缸工作过程56-60
• 5.2.1 工作缸喷油量增加速度对扭矩的影响57-58
• 5.2.2 工作缸喷油量增加时刻对扭矩的影响58-60
• 5.3 从停两缸到原机工作过程60-64
• 5.3.1 工作缸喷油量减少速度对扭矩的影响60-62
• 5.3.2 工作缸喷油量减少时刻对扭矩的影响62-64
• 5.4 本章小结64-65
• 结论与展望65-67
• 1. 结论65
• 2. 展望65-67
• 参考文献67-70
• 致谢70-71
• 攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果71

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