【摘要】：柴油機(jī)相較于汽油機(jī),具有有效熱效率更高、扭矩特性更好、二氧化碳排放更低的優(yōu)勢(shì),因此,乘用車柴油化是實(shí)現(xiàn)汽車節(jié)能減排最有效的技術(shù)路線之一。概念設(shè)計(jì)的結(jié)果決定了新品柴油機(jī)的開發(fā)方向與未來(lái)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。由于車用柴油機(jī)引入的技術(shù)日趨復(fù)雜,影響其性能的設(shè)計(jì)以及運(yùn)行參數(shù)從而也在不斷增多,且各參數(shù)對(duì)于柴油機(jī)動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性、排放性的影響方式和程度不盡相同,部分參數(shù)之間還互為關(guān)聯(lián)、相互影響、有些甚至互相矛盾,因此在新品柴油機(jī)的開發(fā)過(guò)程中,待優(yōu)化變量的維度巨大,參數(shù)的優(yōu)化將耗費(fèi)大量的人力物力。另外,作為移動(dòng)式內(nèi)燃動(dòng)力之一,車用柴油機(jī)的性能開發(fā)與運(yùn)行參數(shù)的優(yōu)化標(biāo)定,通常是在穩(wěn)態(tài)試驗(yàn)臺(tái)上完成的,而其實(shí)際使用工況又大部分是瞬變工況,瞬變工況性能決定了移動(dòng)式內(nèi)燃動(dòng)力的實(shí)際使用性能。因此,對(duì)車用柴油機(jī)實(shí)際使用工況下的燃燒過(guò)程的狀態(tài)辨識(shí)及其影響參數(shù)的提煉、影響方式的共性規(guī)律總結(jié)及相應(yīng)智能控制及糾偏技術(shù)的應(yīng)用,也是新品柴油動(dòng)力車輛開發(fā)過(guò)程中為達(dá)到節(jié)能減排目標(biāo)所急需解決的難點(diǎn)問(wèn)題之一。本論文致力于攻克以上幾個(gè)方面的關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題。主要研究?jī)?nèi)容和研究結(jié)果總結(jié)如下:(1)采用先進(jìn)的AVL發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架測(cè)試系統(tǒng),對(duì)四款先進(jìn)的車用柴油機(jī)開展了詳細(xì)的試驗(yàn)研究,獲得了較為全面的柴油機(jī)運(yùn)行參數(shù)和性能參數(shù)MAP。通過(guò)對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的二次開發(fā),分析、總結(jié)得到了不同類型柴油機(jī)性能參數(shù)的變化規(guī)律和關(guān)鍵影響因素。根據(jù)柴油機(jī)的實(shí)際工作情況,修正了IMEP的計(jì)算式,提出了進(jìn)氣參數(shù)K和缸內(nèi)稀釋參數(shù)L的概念,破解了穩(wěn)態(tài)工況下柴油機(jī)動(dòng)力性(IMEP)、排放性(NOx及PM)、燃燒性能參數(shù)(燃燒效率、燃燒持續(xù)期、燃燒品質(zhì)參數(shù))等隨轉(zhuǎn)速、負(fù)荷、過(guò)量空氣系數(shù)、EGR等變化的共性規(guī)律。(2)分析了影響柴油機(jī)熱功轉(zhuǎn)換過(guò)程的關(guān)鍵參數(shù),并導(dǎo)出了柴油機(jī)燃燒效率隨過(guò)量空氣系數(shù)變化的共性規(guī)律。將本研究團(tuán)隊(duì)提出的有效膨脹效率的概念拓展到柴油機(jī)缸內(nèi)熱功轉(zhuǎn)換效率的量化方程上,并在四臺(tái)先進(jìn)柴油機(jī)上進(jìn)行了驗(yàn)證。結(jié)果表明:該量化方程計(jì)算得到的柴油機(jī)指示熱效率與試驗(yàn)值匹配程度很高,四臺(tái)柴油機(jī)的偏差均在5%以內(nèi)。通過(guò)建立柴油機(jī)的指示熱效率與過(guò)量空氣系數(shù)、燃燒效率、絕熱效率及有效膨脹效率之間的量化關(guān)系,進(jìn)一步細(xì)化了柴油機(jī)動(dòng)力性及經(jīng)濟(jì)性的控制方程,拓展了同類、不同排量的柴油機(jī)之間進(jìn)行參數(shù)移植的范圍。(3)采用“瞬時(shí)實(shí)測(cè)信號(hào)+穩(wěn)態(tài)插值仿真”的方法,解決了瞬變工況下柴油機(jī)扭矩及瞬時(shí)油耗率由于傳感器的安裝困難導(dǎo)致的難以在線、精準(zhǔn)檢測(cè)的問(wèn)題,并與實(shí)測(cè)結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比驗(yàn)證,實(shí)現(xiàn)了對(duì)柴油機(jī)瞬變過(guò)程多參數(shù)的同步、連續(xù)、精準(zhǔn)測(cè)量,為柴油機(jī)變工況下性能的檢測(cè)、評(píng)價(jià)與分析提供了一種簡(jiǎn)便但精準(zhǔn)的方法。(4)運(yùn)用以上開發(fā)的柴油機(jī)瞬變工況下運(yùn)行及性能參數(shù)的連續(xù)檢測(cè)方法,針對(duì)一臺(tái)車用2.8T增壓柴油機(jī),系統(tǒng)地開展了穩(wěn)態(tài)工況下的萬(wàn)有特性試驗(yàn),以及瞬變負(fù)荷試驗(yàn)研究。通過(guò)實(shí)測(cè)信號(hào)與軟件耦合仿真相結(jié)合,展示了相同工況下,穩(wěn)態(tài)與瞬態(tài)過(guò)程性能表現(xiàn)的異同點(diǎn),找出了導(dǎo)致兩者產(chǎn)生性能差異的關(guān)鍵影響參數(shù),并基于以上總結(jié)的柴油機(jī)性能與設(shè)計(jì)及運(yùn)行參數(shù)之間內(nèi)在聯(lián)系的共性規(guī)律及量化方程,評(píng)價(jià)了柴油機(jī)變工況下缸內(nèi)燃燒及熱功轉(zhuǎn)換過(guò)程的優(yōu)劣,為標(biāo)定參數(shù)的糾偏提供了方向。
[Abstract]:Compared with gasoline engine, diesel engine has the advantages of higher effective thermal efficiency, better torque characteristics and lower carbon dioxide emissions. Therefore, passenger vehicle diesel is one of the most effective technical routes to achieve energy saving and emission reduction. The technology introduced by the engine is becoming more and more complicated, and the design and operation parameters that affect the performance of the engine are also increasing, and the influence of the parameters on the power, economy and emission of the diesel engine is not the same, and some parameters are correlated, influenced and even contradictory with each other. Therefore, the new diesel engine has been developed. In addition, as one of the mobile internal combustion powers, the performance development and calibration of automotive diesel engine are usually completed on the steady-state test bench, and the actual operating conditions are mostly transient conditions, and the transient operating conditions are determined. The actual performance of the mobile diesel engine is determined. Therefore, the identification of the combustion process and the extraction of its influencing parameters, the generality of the influencing modes and the application of the corresponding intelligent control and correction technology are also important for energy saving and emission reduction in the development of new diesel-powered vehicles. The main research contents and results are summarized as follows: (1) Using advanced AVL engine bench test system, a detailed experimental study on four advanced automotive diesel engines has been carried out and a more comprehensive diesel engine has been obtained. Operating parameters and performance parameters MAP. Through the secondary development of test data, the changing rules and key influencing factors of performance parameters of different types of diesel engines are summarized. According to the actual working conditions of diesel engines, the calculation formula of IMEP is revised, the concepts of intake parameter K and cylinder dilution parameter L are put forward, and the steady-state working conditions are cracked. (2) The key parameters affecting the thermal power conversion process of diesel engine are analyzed and the combustion efficiency versus excess air coefficient is derived. The concept of effective expansion efficiency proposed by our research team is extended to the quantitative equation of thermal power conversion efficiency in cylinder of diesel engine and verified on four advanced diesel engines. The deviation is less than 5%. By establishing the quantitative relationship between the indicated thermal efficiency and excess air coefficient, combustion efficiency, adiabatic efficiency and effective expansion efficiency, the governing equations of power and economy of diesel engines are further refined, and the range of parameter transplantation between similar and different displacement diesel engines is extended. The method of "instantaneous measured signal + steady-state interpolation simulation" solves the problem that the torque and instantaneous fuel consumption of diesel engine are difficult to be measured on-line and accurately because of the difficulty in installing sensors under instantaneous working conditions. The method is verified by comparing with the measured results and realizes the synchronous, continuous and accurate measurement of multi-parameters in the transient process of diesel engine. A simple but accurate method for testing, evaluating and analyzing the performance of a diesel engine under off-design conditions is provided. (4) Based on the continuous testing method developed above, the universal characteristic test and transient load test of a 2.8T Turbocharged Automotive Diesel Engine under steady-state conditions are carried out systematically. Experiments show the similarities and differences of performance between steady and transient processes under the same operating conditions through the combination of measured signals and software coupled simulation. The key parameters that lead to the performance differences between the two processes are found out. Based on the similarities and quantifications of the internal relations between diesel engine performance and design and operation parameters summarized above This paper evaluates the combustion and thermal power conversion process of diesel engine under off-design conditions, and provides a direction for calibrating parameters.
【學(xué)位授予單位】：湖南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：U464.172

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本文編號(hào)：2189149