增压柴油机高原环境下的供油与进气调节研究

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1、中图分类号：TK4UDC分类号：621增压柴油机高原环境下的供油与进气调节研究作者姓名朱振夏学院名称机械与车辆学院指导教师张付军（教授）答辩委员会主席马朝臣（教授）申请学位级别工学博士学科专业动力机械及工程学位授予单位北京理工大学论文答辩日期2015年6月10日增压柴油机高原环境下的供油与进气调节研究朱振夏2015年6月InvestigationonParametersAdjustmentofFuel-SupplyingandAir-IntakingsystemsforDieselEnginesWorki

2、ngatPlateauEnvironmentCandidateName：ZhuZhenxiaSchoolorDepartment：MechanicalEngineeringFacultyMentor:Prof.ZhangFujunChair,ThesisCommittee:Prof.MaChaochenDegreeApplied:DoctorofPhilosophyMajor:PowerMachineryandEngineeringDegreeby:BeijingInstituteofTechnology

3、TheDateofDefence:June10,2015.研究成果声明本人郑重声明：所提交的学位论文是我本人在指导教师的指导下进行的研究工作获得的研究成果。尽我所知，文中除特别标注和致谢的地方外，学位论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京理工大学或其它教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的合作者对此研究工作所做的任何贡献均已在学位论文中作了明确的说明并表示了谢意。特此申明。签名：日期：北京理工大学博士学位论文摘要我国高原面积广、海拔高，在高海拔条件下运行的柴油机出现动

4、力性、经济性、可靠性、排放特性恶化的情况，严重制约了柴油机在高原地区的应用。本论文采用试验和仿真相结合的手段，从供油和进气两个角度提出柴油机高原功率恢复的方案；探索了供油参数与进气参数的随海拔变化的调节规律，对比了各方案在高原功率恢复方面的优缺点，评价了方案在高原应用的可行性，指出了各种方案功率恢复的关键点。通过发动机高原性能试验，总结了柴油机高原性能试验的方法。介绍了预防喘振、数据可信性检验、喷油正时的确定等方法，研究了高海拔环境和运行参数对发动机性能的影响。将神经网络的非线性预测能力与零维燃烧模型高效

5、运算特点相结合，提出了神经网络模型驱动的多参数零维预测型燃烧模型及建模方法。通过分析模型参数的物理意义，增加约束条件，解决了参数拟合中的多解问题；通过理论推导和试验对比，证明了建模方法的可行性。基于GT-SUITE软件运用内燃机相关理论和试验数据对发动机各子模型进行了校核与验证，建立了具有高原性能预测能力的柴油机仿真模型。研究了供油参数对发动机性能的影响规律，确定了基于GA遗传算法和性能仿真的供油参数优化方案。基于柴油机高原性能的特点，定义了量化喘振裕度的参数，构建出GA优化的适应度函数；根据供油参数影响

6、规律，提出了“边界适应度归零”的惩罚参数取值方法。基于GT-SUITE和MATLAB的联合仿真平台，搭建了遗传算法与柴油机性能仿真的耦合优化模型。优化后，4500m标定点功率相对原机提升了14.7%，燃油消耗率降低了9.6%。针对几种典型的可调增压方案（VGT、二级顺序增压、机械-涡轮复合增压方案）在高原环境的应用开展了仿真研究，找出各方案在功率恢复方面的关键点。1）对于匹配余量较小的压气机，单纯采用VGT技术对高原功率的提升效果有限。2）研究了二级顺序增压方案不同海拔下的增压模式切换点。二级增压方案45

7、00m标定点功率比原机提高了13.4%，但1000r/min的扭矩下降了27.9%。高原功率恢复能力主要来自于低压级增压器，高压级增压器主要作用在于提高最大扭矩点I北京理工大学博士学位论文的增压压力，防止喘振。3）探索了机械-涡轮复合增压方案在高原环境的应用，方案B（涡轮压气机在前、机械增压器在后的串联方案）适用于柴油机高原功率的恢复。4500m标定点功率比原机提高了11.8%，最大扭矩值提高了12%，1000r/min扭矩提高了33.5%。最后，结合机械-涡轮复合增压和电辅助增压等方案各自的优点，提出了

8、在涡轮压气机前串联一级可调压气机的SAC（可调转速复合增压）方案。该方案的最大特点在于能够根据工况和环境的变化，柔性调节增压器的工作状态。基于遗传算法优化方法，获得了不同海拔外特性和4500m面工况的压气机转速调节规律，并以此开展了SAC方案的稳态与动态仿真。采用SAC方案后，4500m的标定功率提高了10%，最大扭矩值提高了12%，1000r/min功率高了32%，起步加速时间缩短了20%。关键词：增压柴油机、高原适应性、燃