本文關(guān)鍵詞：VNT與EGR對(duì)高壓共軌柴油機(jī)高原性能的影響

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【摘要】：柴油機(jī)的主要排放物是NOx與微粒,排氣再循環(huán)(EGR)作為降低NOx排放的機(jī)內(nèi)凈化措施,被廣泛運(yùn)用；但是EGR的引入會(huì)導(dǎo)致燃油經(jīng)濟(jì)性下降以及顆粒物排放增加等問(wèn)題,并且部分負(fù)荷下由于進(jìn)排氣壓力出現(xiàn)逆差情況,無(wú)法滿足驅(qū)動(dòng)EGR要求�？勺兘孛鏈u輪增壓器(VNT)能有效解決普通渦輪增壓器與柴油機(jī)匹配存在的低速扭矩不足,部分負(fù)荷經(jīng)濟(jì)性差、瞬態(tài)響應(yīng)遲滯,此外還可以解決部分負(fù)荷工況進(jìn)排逆差問(wèn)題,增大EGR可實(shí)現(xiàn)范圍。因此,將VNT與EGR結(jié)合有助于解決低速動(dòng)力不足與降低NOx排放問(wèn)題。以滿足Ⅳ排放的帶有可變噴嘴渦輪增壓(VNT)與EGR的高壓共軌四缸柴油機(jī)為研究對(duì)象,試驗(yàn)研究了不同VNT開(kāi)度與EGR率對(duì)柴油機(jī)空氣系統(tǒng)以及VNT開(kāi)度對(duì)柴油機(jī)外特性影響；以及不同EGR率下VNT開(kāi)度對(duì)柴油機(jī)空氣系統(tǒng)影響,并對(duì)比分析了不同海拔下空氣系統(tǒng)各性能參數(shù)隨VNT與EGR變化情況。在試驗(yàn)研究基礎(chǔ)上,建立了高壓共軌柴油機(jī)的GT-Power仿真模型,仿真研究了不同EGR率下VNT開(kāi)度對(duì)柴油機(jī)燃油經(jīng)濟(jì)性、燃燒特性以及排放特性的影響,開(kāi)展了以下研究工作。(1)VNT對(duì)高壓共軌柴油機(jī)空氣系統(tǒng)影響試驗(yàn)研究進(jìn)排氣壓力伴隨著VNT開(kāi)度增大而減小,進(jìn)排氣溫度以及空燃比隨著VNT開(kāi)度變化存在高度相關(guān)性。在1800r/min小、中等、大負(fù)荷工況,分別當(dāng)VNT開(kāi)度大于30%、35%、40%時(shí),開(kāi)始出現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)壓差為負(fù)值情況；而在4000r/min不同負(fù)荷下均未出現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)壓差小于0情況；在綜合考慮空燃比、發(fā)動(dòng)機(jī)壓差以及試驗(yàn)實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)限定因素前提下,確定了各個(gè)工況下VNT開(kāi)度變化范圍,為后面研究VNT與EGR對(duì)高壓共軌柴油機(jī)性能影響建立了基礎(chǔ)。(2)EGR與VNT對(duì)高壓共軌柴油機(jī)空氣系統(tǒng)影響試驗(yàn)研究在1800r/min、180N.m以及4000r/min、120N.m工況所對(duì)應(yīng)的最大EGR率分別為24%、20%。在4000r/min、120N.m工況,最大EGR率出現(xiàn)在最小VNT開(kāi)度40%處；1800r/min、180N.m工況,最大EGR率所對(duì)應(yīng)的VNT開(kāi)度為22%。海拔越高,大氣壓力越低,進(jìn)排氣壓力與空燃比越低；VNT開(kāi)度一定時(shí),相比進(jìn)氣壓力伴隨大氣壓力變化,增壓壓力伴隨EGR率幾乎不變。100kpa大氣壓力環(huán)境下EGR率10%、VNT開(kāi)度60%所對(duì)應(yīng)的空燃比,與80kpa大氣壓力環(huán)境下EGR率10%、VNT開(kāi)度40%所對(duì)應(yīng)的空燃比相同。(3)EGR與VNT對(duì)高壓共軌柴油機(jī)性能影響仿真研究在1800r/min與4000r/min轉(zhuǎn)速大負(fù)荷工況,高原環(huán)境下引入EGR時(shí),可以通過(guò)適當(dāng)減小VNT開(kāi)度,恢復(fù)一部分經(jīng)濟(jì)性。當(dāng)VNT開(kāi)度固定不變時(shí),與1800r/min轉(zhuǎn)速相比,4000r/min轉(zhuǎn)速不同負(fù)荷下EGR率應(yīng)相應(yīng)減小,在4000r/min轉(zhuǎn)速小負(fù)荷工況不應(yīng)采用較大EGR率。最大缸內(nèi)壓力與溫度隨著EGR率增大而減小,EGR率一定時(shí),最大缸內(nèi)壓力隨著VNT開(kāi)度增大而減小。VNT開(kāi)度一定,在1800r/min大負(fù)荷工況,分別當(dāng)EGR率小于2%、2%、4%時(shí),適當(dāng)增大EGR率可改善NOx與顆粒物排放之間trade-off關(guān)系。(4)以VNT開(kāi)度對(duì)柴油機(jī)外特性影響的試驗(yàn)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),在綜合考慮渦前排溫、空燃比前提下,以最小燃油消耗為目標(biāo),基于參變量掃值優(yōu)化了外特性下VNT開(kāi)度；并與原機(jī)各轉(zhuǎn)速下有效燃油消耗率進(jìn)行比較,燃油經(jīng)濟(jì)性平均改善1.82%左右。在部分負(fù)荷下,綜合考慮燃油經(jīng)濟(jì)性與顆粒物排放前提下,以最小NOx排放為優(yōu)化目標(biāo),基于RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建立擬合曲面,并運(yùn)用遺傳算法對(duì)EGR率與VNT開(kāi)度優(yōu)化；NOx排放與顆粒物排放平均下降了19.5%與10.8%；燃油經(jīng)濟(jì)性平均上升了0.85%。
【關(guān)鍵詞】：VNT EGR 高原環(huán)境 柴油機(jī) 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) 遺傳算法
【學(xué)位授予單位】：昆明理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TK421
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-12
• 第一章 緒論12-18
• 1.1 研究背景和意義12
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀12-17
• 1.2.1 VNT技術(shù)的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀12-14
• 1.2.2 EGR技術(shù)的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀14-15
• 1.2.3 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在發(fā)動(dòng)機(jī)中的運(yùn)用15-16
• 1.2.4 遺傳算法在發(fā)動(dòng)機(jī)中的運(yùn)用16-17
• 1.3 主要研究?jī)?nèi)容17-18
• 第二章 EGR與VNT對(duì)柴油機(jī)空氣系統(tǒng)影響研究18-38
• 2.1 試驗(yàn)布置18-22
• 2.1.1 高壓共軌柴油機(jī)的技術(shù)參數(shù)18
• 2.1.2 主要試驗(yàn)設(shè)備18-19
• 2.1.3 試驗(yàn)臺(tái)架布置19
• 2.1.4 試驗(yàn)內(nèi)容19-21
• 2.1.5 VNT開(kāi)度標(biāo)定21-22
• 2.2 高原環(huán)境下VNT對(duì)柴油機(jī)空氣系統(tǒng)影響試驗(yàn)研究22-27
• 2.2.1 VNT對(duì)進(jìn)排氣壓力影響22-23
• 2.2.2 VNT對(duì)空燃比以及進(jìn)排氣溫度影響23-25
• 2.2.3 VNT開(kāi)度對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)壓差影響25-26
• 2.2.4 各個(gè)工況下VNT開(kāi)度范圍確定26-27
• 2.3 高原環(huán)境下VNT與EGR對(duì)柴油機(jī)空氣系統(tǒng)影響試驗(yàn)研究27-32
• 2.3.1 VNT對(duì)EGR率影響27-28
• 2.3.2 EGR與VNT對(duì)進(jìn)排氣壓力影響28-29
• 2.3.3 EGR與VNT對(duì)進(jìn)排氣溫度影響29-31
• 2.3.4 EGR與VNT對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)壓差與空燃比影響31-32
• 2.4 不同海拔下VNT與EGR對(duì)柴油機(jī)空氣系統(tǒng)影響試驗(yàn)研究32-36
• 2.4.1 進(jìn)排氣壓力對(duì)比33-34
• 2.4.2 進(jìn)排氣溫度對(duì)比34-35
• 2.4.3 發(fā)動(dòng)機(jī)壓差以及空燃比對(duì)比35-36
• 2.5 小結(jié)36-38
• 第三章 高原環(huán)境下EGR與VNT對(duì)柴油機(jī)性能影響仿真研究38-50
• 3.1 VNT對(duì)高壓共軌柴油機(jī)動(dòng)力性影響試驗(yàn)研究38
• 3.2 高壓共軌柴油機(jī)一維仿真模型的建立38-42
• 3.2.1 缸內(nèi)熱傳遞數(shù)學(xué)模型40-41
• 3.2.2 模型驗(yàn)證41-42
• 3.3 高原環(huán)境下VNT與EGR對(duì)高壓共軌柴油機(jī)性能影響仿真研究42-49
• 3.3.1 VNT與EGR對(duì)經(jīng)濟(jì)性影響42-44
• 3.3.2 VNT與EGR對(duì)燃燒特性影響44-46
• 3.3.3 VNT與EGR對(duì)排放特性影響46-49
• 3.4 小結(jié)49-50
• 第四章 EGR率與VNT開(kāi)度優(yōu)化50-62
• 4.1 EGR率與VNT開(kāi)度優(yōu)化方案50-53
• 4.1.1 優(yōu)化簡(jiǎn)介50-51
• 4.1.2 EGR率與VNT開(kāi)度優(yōu)化方案設(shè)計(jì)51-53
• 4.2 基于參變量掃值柴油機(jī)外特性下VNT開(kāi)度優(yōu)化53-56
• 4.2.1 外特性下VNT開(kāi)度優(yōu)化53-56
• 4.3 基于RBF擬合模型建立56-59
• 4.3.1 試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)56
• 4.3.2 RBF函數(shù)逼近基本思想56-57
• 4.3.3 擬合模型建立與驗(yàn)證57-59
• 4.4 基于遺傳算法EGR率與VNT開(kāi)度優(yōu)化59-61
• 4.4.1 EGR率與VNT開(kāi)度優(yōu)化結(jié)果分析60-61
• 4.5 小結(jié)61-62
• 第五章 全文總結(jié)及工作展望62-64
• 5.1 全文總結(jié)62
• 5.2 工作展望62-64
• 致謝64-66
• 參考文獻(xiàn)66-70
• 附錄A 攻讀碩士學(xué)位期間參與項(xiàng)目及發(fā)表論文70-71
• 附錄B 攻讀碩士學(xué)位期間所獲獎(jiǎng)勵(lì)71

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本文編號(hào)：733446