本文關鍵詞：增壓柴油機高原環(huán)境下的供油與進氣調節(jié)研究

  更多相關文章： 增壓柴油機 高原適應性 燃燒模型 供油參數(shù)優(yōu)化 復合增壓

【摘要】：我國高原面積廣、海拔高,在高海拔條件下運行的柴油機出現(xiàn)動力性、經(jīng)濟性、可靠性、排放特性惡化的情況,嚴重制約了柴油機在高原地區(qū)的應用。本論文采用試驗和仿真相結合的手段,從供油和進氣兩個角度提出柴油機高原功率恢復的方案;探索了供油參數(shù)與進氣參數(shù)的隨海拔變化的調節(jié)規(guī)律,對比了各方案在高原功率恢復方面的優(yōu)缺點,評價了方案在高原應用的可行性,指出了各種方案功率恢復的關鍵點。通過發(fā)動機高原性能試驗,總結了柴油機高原性能試驗的方法。介紹了預防喘振、數(shù)據(jù)可信性檢驗、噴油正時的確定等方法,研究了高海拔環(huán)境和運行參數(shù)對發(fā)動機性能的影響。將神經(jīng)網(wǎng)絡的非線性預測能力與零維燃燒模型高效運算特點相結合,提出了神經(jīng)網(wǎng)絡模型驅動的多參數(shù)零維預測型燃燒模型及建模方法。通過分析模型參數(shù)的物理意義,增加約束條件,解決了參數(shù)擬合中的多解問題;通過理論推導和試驗對比,證明了建模方法的可行性�；贕T-SUITE軟件運用內燃機相關理論和試驗數(shù)據(jù)對發(fā)動機各子模型進行了校核與驗證,建立了具有高原性能預測能力的柴油機仿真模型。研究了供油參數(shù)對發(fā)動機性能的影響規(guī)律,確定了基于GA遺傳算法和性能仿真的供油參數(shù)優(yōu)化方案�；诓裼蜋C高原性能的特點,定義了量化喘振裕度的參數(shù),構建出GA優(yōu)化的適應度函數(shù);根據(jù)供油參數(shù)影響規(guī)律,提出了“邊界適應度歸零”的懲罰參數(shù)取值方法�；贕T-SUITE和MATLAB的聯(lián)合仿真平臺,搭建了遺傳算法與柴油機性能仿真的耦合優(yōu)化模型。優(yōu)化后,4500m標定點功率相對原機提升了14.7%,燃油消耗率降低了9.6%。針對幾種典型的可調增壓方案(VGT、二級順序增壓、機械-渦輪復合增壓方案)在高原環(huán)境的應用開展了仿真研究,找出各方案在功率恢復方面的關鍵點。1)對于匹配余量較小的壓氣機,單純采用VGT技術對高原功率的提升效果有限。2)研究了二級順序增壓方案不同海拔下的增壓模式切換點。二級增壓方案4500m標定點功率比原機提高了13.4%,但1000r/min的扭矩下降了27.9%。高原功率恢復能力主要來自于低壓級增壓器,高壓級增壓器主要作用在于提高最大扭矩點的增壓壓力,防止喘振。3)探索了機械-渦輪復合增壓方案在高原環(huán)境的應用,方案B(渦輪壓氣機在前、機械增壓器在后的串聯(lián)方案)適用于柴油機高原功率的恢復。4500m標定點功率比原機提高了11.8%,最大扭矩值提高了12%,1000r/min扭矩提高了33.5%。最后,結合機械-渦輪復合增壓和電輔助增壓等方案各自的優(yōu)點,提出了在渦輪壓氣機前串聯(lián)一級可調壓氣機的SAC(可調轉速復合增壓)方案。該方案的最大特點在于能夠根據(jù)工況和環(huán)境的變化,柔性調節(jié)增壓器的工作狀態(tài)�；谶z傳算法優(yōu)化方法,獲得了不同海拔外特性和4500m面工況的壓氣機轉速調節(jié)規(guī)律,并以此開展了SAC方案的穩(wěn)態(tài)與動態(tài)仿真。采用SAC方案后,4500m的標定功率提高了10%,最大扭矩值提高了12%,1000r/min功率高了32%,起步加速時間縮短了20%。
【關鍵詞】：增壓柴油機 高原適應性 燃燒模型 供油參數(shù)優(yōu)化 復合增壓
【學位授予單位】：北京理工大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TK427
【目錄】：

• 摘要5-7
• abstract7-13
• 第1章 緒論13-35
• 1.1 柴油機高原性能研究的意義13-14
• 1.2 柴油機高原性能的研究手段14-21
• 1.2.1 高原實地試驗14-15
• 1.2.2 高原環(huán)境模擬試驗15-17
• 1.2.3 柴油機高原性能的仿真模擬17-19
• 1.2.4 高原環(huán)境對柴油機性能的影響19-21
• 1.3 改善高柴油機高原性能的主要措施21-32
• 1.3.1 進氣系統(tǒng)的調節(jié)21-28
• 1.3.2 供油參數(shù)的調節(jié)28-32
• 1.4 本論文的研究意義及主要內容32-35
• 第2章 增壓柴油機高原性能試驗研究35-55
• 2.1 測試條件與試驗方案35-38
• 2.1.1 發(fā)動機的基本參數(shù)35
• 2.1.2 測試方案35-37
• 2.1.3 試驗方案37-38
• 2.2 試驗數(shù)據(jù)的處理38-45
• 2.2.1 試驗數(shù)據(jù)可信性驗證38-41
• 2.2.2 噴油正時41-44
• 2.2.3 高原減油策略44
• 2.2.4 缸壓曲線的處理44-45
• 2.3 高原環(huán)境對增壓柴油機的影響45-49
• 2.3.1 高原環(huán)境對燃燒過程影響45-46
• 2.3.2 高原環(huán)境對增壓器運行狀態(tài)的影響46-48
• 2.3.3 高原環(huán)境對整機性能的影響48-49
• 2.4 運行參數(shù)對柴油機性能的影響49-54
• 2.4.1 中冷后溫度的影響49-51
• 2.4.2 提前角的影響51-54
• 2.5 本章小結54-55
• 第3章 增壓柴油機高原性能預測模型55-85
• 3.1 基于神經(jīng)網(wǎng)絡的零維預測燃燒模型55-71
• 3.1.1 零維預測燃燒模型的建模方法55-56
• 3.1.2 放熱率計算56-57
• 3.1.3 放熱率參數(shù)化57-59
• 3.1.4 神經(jīng)網(wǎng)絡的建立與訓練59-61
• 3.1.5 參數(shù)誤差的傳遞61-67
• 3.1.6 燃燒模型的驗證67-71
• 3.2 柴油機性能仿真建模與驗證71-83
• 3.2.1 氣缸模型71-74
• 3.2.2 曲軸箱模型74-75
• 3.2.3 進排氣管路模型75-77
• 3.2.4 增壓器模型77-81
• 3.2.5 整機模型81-83
• 3.3 本章小結83-85
• 第4章 高原環(huán)境下柴油機的供油參數(shù)優(yōu)化85-104
• 4.1 供油參數(shù)的影響85-87
• 4.1.1 供油參數(shù)對發(fā)動機性能的影響85-86
• 4.1.2 供油參數(shù)對壓氣機運行點的影響86-87
• 4.2 高原環(huán)境下柴油機供油調節(jié)方案研究87-91
• 4.2.1 供油調節(jié)方案一87-88
• 4.2.2 供油調節(jié)方案二88-89
• 4.2.3 供油調節(jié)方案三89-90
• 4.2.4 方案結果的對比90-91
• 4.3 基于遺傳算法的供油參數(shù)優(yōu)化方法91-99
• 4.3.1 邊界條件91-92
• 4.3.2 適應度函數(shù)92-94
• 4.3.3“邊界適應度歸零”懲罰參數(shù)取值方法94-97
• 4.3.4 優(yōu)化過程的實現(xiàn)97-99
• 4.4 優(yōu)化結果分析99-102
• 4.4.1 4500m海拔優(yōu)化結果分析99-102
• 4.4.2 不同海拔下的最優(yōu)供油參數(shù)102
• 4.5 本章小結102-104
• 第5章 高原環(huán)境下增壓柴油機的進氣調節(jié)104-137
• 5.1 典型可調增壓方案的分析104-120
• 5.1.1 可調截面渦輪方案104-107
• 5.1.2 二級順序增壓方案107-112
• 5.1.3 機械-渦輪復合增壓方案112-120
• 5.2 可調轉速復合增壓方案120-123
• 5.2.1 SAC方案原理121
• 5.2.2 增壓器選型與SAC驅動方案121-122
• 5.2.3 SAC方案特點122-123
• 5.3 SAC方案可調壓氣機轉速的標定123-135
• 5.3.1 可調壓氣機轉速的影響規(guī)律研究123-125
• 5.3.2 不同海拔外特性可調壓氣機最佳轉速125-127
• 5.3.3 不同海拔下SAC方案的外特性127-128
• 5.3.4 面工況下的可調壓氣機最佳轉速128-129
• 5.3.5 SAC方案動態(tài)過程仿真129-135
• 5.4 本章小結135-137
• 第6章 結論與展望137-141
• 6.1 全文總結137-139
• 6.2 創(chuàng)新點139
• 6.3 下一步工作的展望139-141
• 參考文獻141-150
• 博士學位攻讀期間發(fā)表的論文與研究成果清單150-151
• 發(fā)表論文清單150
• 申請發(fā)明專利清單150-151
• 致謝151

【參考文獻】

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本文編號：1024639