车用柴油机瞬变工况性能劣变及其控制策略研究

《车用柴油机瞬变工况性能劣变及其控制策略研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、—————————————————————————————————车用柴油机瞬变工况性能劣变及其控制策略研究—————————————————————————————————InvestigationofPerformanceDeteriorationandControlStrategyofAutomotiveDieselEngineunderTransientOperationConditions—————————————————————————————————作者姓名：张龙平专业名称：动力工程及工程热物理研究方向：内燃机公害与控制指导教师：刘忠长教授学位

2、类别：工学博士培养单位：汽车工程学院论文答辩日期：2015年5月30日授予学位日期：年月日论文评阅人：答辩委员会组成：姓名职称工作单位姓名职称工作单位盲审专家主席：高青教授吉林大学盲审专家委员：袁兆成教授吉林大学葛蕴珊教授北京理工大学刘忠长教授吉林大学刘敬平教授湖南大学邢巍教授中国科学院长春应用化学研究所洪伟教授吉林大学刘薇娜教授长春理工大学摘要车用柴油机瞬变工况性能劣变及其控制策略研究随着排放法规对车用发动机瞬变工况排放限值的要求越来越严格，发动机瞬变性能的研究显得尤为重要。本研究以一台车用重型增压柴油机为研究对象，选择柴油机的恒转速增转矩工况作为瞬变性能

3、研究的典型工况，利用瞬变工况测控系统和STAR-CD软件开展台架试验和仿真相结合的研究，具体包括：试验研究了典型瞬变工况下车用柴油机宏观参数的变化规律、瞬变性能劣变程度以及柴油机瞬变工况性能的评价方法；利用CFD软件从缸内物理场分布揭示了车用柴油机瞬变性能劣变的机理，为制定主动优化控制策略提供了理论依据；根据劣变规律及瞬变性能劣变的原因，制定了以喷油和加载策略为主的优化控制策略，实现了对柴油机瞬变性能劣变的有效控制。1、为了全面、准确的评价柴油机的瞬变性能，本文提出了用以评价柴油机瞬变过程的动态响应、性能劣变程度以及综合性能的评价指标：滞后系数、劣变系数、瞬

4、变总量及瞬变平均值，同时定义了相关的特征参数，上述参数及评价指标有助于更好的理解、剖析柴油机瞬变过程，且能对柴油机瞬变性能以及不同优化控制策略的优劣情况做出清晰、全面和准确的判断。2、利用瞬变工况试验测控平台及瞬变性能评价指标，本文从宏观角度对柴油机不同瞬变工况中关键性能参数的动态响应和劣变规律进行了研究，结果表明：在瞬变过程中，柴油机的供油量、转矩、进气量和NOx的滞后系数依次增大、响应速率依次降低，随着加载率的增大或加载起始点负荷的减小或恒定转速的降低，各参数的响应速率减小；与稳态相比，瞬变过程中柴油机存在进气延迟、空燃比降低、燃烧相位推迟、有效热效率降

5、低、烟度和CO排放增加等燃烧劣化问题，且随着加载率的增大或加载起始点负荷的减小或恒定转速的降低，柴油机的恶化程度加重。柴油机瞬变工况的燃油消耗率在各转速的低负荷和大负荷工况的恶化程度最为明显，而烟度和CO排放的劣变程度随着负荷的增加或转速的降低而增大，即在中、低转速的大负荷区域最为严重；而全工况范围内瞬变工况的NOx排放都低于相应工况的稳态值。3、为了剖析柴油机瞬变工况性能劣变的本质原因，本文以不同加载率的瞬变过程为例，利用试验和数值模拟相结合的研究方法，从柴油机瞬变工况下关键性能参数的响应特性、燃烧过程以及缸内物理场的分布和演变三个方面分析了柴油机瞬变工况

6、性能恶化的本质原因，研究结果表明：I从参数响应的表观现象分析，柴油机在瞬变工况下性能劣变的主要原因是增压器和供气延迟造成的供油和供气速率不匹配；从燃烧过程的分析得出，柴油机发生瞬变性能劣变的主要原因则是燃烧相位滞后和燃速率降低造成的燃烧劣变；对缸内物理场演化规律的研究发现：瞬变工况下柴油机性能劣变是由于缸内“油气混合驱动能量”降低，导致燃油雾化、蒸发、混合等速率下降，造成缸内浓混合气增加、稀混合气减少以及燃烧速率降低而引发的。值得注意的是，“油气混合驱动能量”是随时间变化的，需要通过合理调节边界条件，以实现对最大“油气混合驱动能量”的有效利用。soot生成区

7、与浓混合气区（φ>2）的相关性更强，即缸内决定soot生成的主要条件为浓混合气的量，控制瞬变工况碳烟排放的关键在于提高缸内“油气混合驱动能量”以促进油气混合效果。而NOx生成区与NOx高温区体积的关系更强，在中小负荷工况影响NOx排放的主导因素是高温区体积，在大负荷则是稀混合气量。4、为了研究核心燃烧边界条件对瞬变工况缸内混合气形成要素及燃烧劣变的影响规律，为之后制定柴油机瞬变性能劣变的控制策略奠定基础，本文利用数值模拟分析手段，研究了喷油正时、喷油压力、全局空燃比和喷油时刻缸内充量温度四个燃烧边界条件对瞬变过程柴油机典型负荷工况缸内“油气混合驱动能量”及燃

8、烧过程的影响，结果表明：提前喷油正时能使瞬变工况下发