掺氢策略对掺氢汽油机整车性能影响的数值模拟研究

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1、中文图书分类号：TK411密级：公开UDC：629.3学校代码：10005硕士学位论文MASTERALDISSERTATION论文题目：掺氢策略对掺氢汽油机整车性能影响的数值模拟研究论文作者：高彬彬学科：动力工程及工程热物理指导教师：纪常伟教授论文提交日期:2015年6月8日UDC：629.3学校代码：10005中文图书分类号：TK411学号：S201205017密级：公开北京工业大学工学硕士学位论文题目：掺氢策略对掺氢汽油机整车性能影响的数值模拟研究英文题目：NUMERICALSIMULATIONS

2、TUDYONTHEEFFECTOFHYDROGENENRICHEDSTRATEGIESTOTHEPERFORMANCEOFVEHICLE论文作者：高彬彬学科专业：动力工程及工程热物理研究方向：车辆及动力系统节能、净化与控制申请学位：工学硕士指导教师：纪常伟教授所在单位：环境与能源工程学院答辩日期：2015年6月授予学位单位：北京工业大学独创性声明本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究

3、成果，也不包含为获得北京工业大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。签名：高彬彬日期：2015年06月05日关于论文使用授权的说明本人完全了解北京工业大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。（保密的论文在解密后应遵守此规定）签名：高彬彬日期：2015年06月05日导师签名：纪常伟日期：2015

4、年06月05日摘要摘要面对日益严峻的能源和环境问题，节能、减排已成为车辆动力系统的发展趋势。内燃机作为整车主要动力源，清洁燃料的使用成为内燃机的发展趋势之一。氢气以其独特的物化性质被广泛应用于内燃机代用燃料的研究中。其中，汽油机掺混氢气可有效改善内燃机热效率，但是掺氢控制策略会对整车性能产生不同影响。因此本文利用数值模拟的手段研究不同掺氢控制策略对整车性能的影响。由于整车中采用掺氢汽油机作为动力源，因此具有高计算精度的掺氢汽油机模型对于整车性能的研究至关重要。因此本文首先构建了掺氢汽油机燃油经济性模型

5、，主要包括用于计算掺氢汽油机缸内燃烧过程的准维模型和计算掺氢汽油机宏观动力参数的动力性能模型。其中，准维模型基于理想气体状态方程、质量守恒方程、热力学第一定律建立双区热力学微分方程组，燃烧放热率通过湍流卷吸模型确定，掺氢对混合气的影响通过用于计算掺氢汽油层流火焰速率的关联式来反映，最终方程组通过MATLAB数值分析软件编写程序完成求解过程；动力性能模型则基于准维模型提供的基础燃烧数据和内燃机机械损失模型计算不同工况下掺氢汽油机动力性能指标。为验证模型准确性，本文结合内燃机台架试验，对不同掺氢体积分数，

6、混合气当量比，进气道压力、内燃机转速条件下的掺氢汽油机燃烧参数和动力参数进行了验证。结果表明，模型具有较高的精度，可以为整车仿真提供基础数据。最后，利用CRUISE模拟仿真软件基于北京现代1.6L伊兰特轿车建立整车模型，将掺氢燃料内燃机模型嵌入至整车模型中，研究不同掺氢转速、负荷区间对整车燃油经济性在NEDC循环工况下的影响。结果表明，当内燃机采用纯汽油作为燃料进行整车模拟计算时，累计能量消耗量为27.01MJ；当内燃机在低转速、小负荷状态掺氢时，即内燃机转速小于等于2000rpm且转矩小于等于50N

7、m时掺混3%的氢气体积分数进行整车模拟计算，累计能量消耗量为26.07MJ；当内燃机在高转速、大负荷状态掺氢，即内燃机转速大于等于2000rpm且转矩大于等于60Nm时掺混3%的氢气体积分数进行整车模拟计算，累计能量消耗量为26.76MJ，与原机相比，掺氢控制策略二、三分别节能3.48%、0.93%。因此与原机相比，掺氢控制策略二、三均有整车节能效果，且相比于高转速、大负荷掺-I-北京工业大学工学硕士学位论文氢，低转速、小负荷时掺氢作用更为突出，对整车的节能效果更为明显。关键词：汽油；氢气；内燃机；整

8、车模型；掺氢汽油机模型-II-AbstractAbstractFacingtheincreasinglyseriousenergyandenvironmentalissues,energysavingandemiisionsreductionhavebecomeamaindevelopmenttrendforvehicledynamicsystems.Amongvarioustechnologies,alternativefuelengineshaveb