喷油策略对相继增压柴油机瞬态切换性能影响的研究

摘要

相继增压技术可以扩大增压柴油机高效运行范围，同时也在一定程度上提高了燃油经济性，是目前改善高增压柴油机低工况性能的比较成熟的技术手段，被广泛应用于现代舰船柴油机上。然而相继增压柴油机在瞬态切换过程仍然存在一些问题，如冒黑烟、转速波动较大以及油耗急剧增加等，对于相继增压柴油机切换过程性能恶化现象，本文主要从调节切换过程和改进喷油策略方面进行研究，改善相继增压柴油机切换过程的平顺性和稳定性。
　　本文基于GT-suite软件建立了TBD620V12 STC柴油机稳态模型及适用于该机型的高压共轨燃油喷射模型，通过与试验数据对比验证了模型的准确性，确定了柴油机切换工况点转速为1400r/min。基于GT-power与Simulink联合仿真平台建立了柴油机瞬态切换控制模型，选取了合适的切换延迟时间为1.65s，可以有效避免增压器喘振现象，研究了不同喷油策略下，相继增压柴油机在受控增压器切入过程各项性能参数的变化情况，结果表明：在受控增压器切入过程，不同的预喷和后喷方案对柴油机各项性能参数产生了较大的影响，预喷方案降低了NOx排放、后喷方案降低了Soot排放，但两种方案都不能有效降低柴油机转速波动。本文设计了一种可变多次喷射策略，在受控增压器切入过程前期采用较大的后喷、后期采用较小的预喷，最终使得柴油机转速波动降低了7r/min。
　　本文基于灰色理论中的关联度分析方法，计算了不同喷油方案对TBD620V12 STC柴油机在受控增压器切入过程的转速波动、油耗、NOx和 Soot排放等四个参数的综合性能影响因子，最终选取可变多次喷射作为最佳喷油策略。
　　针对经典增量式PID控制器在相继增压柴油机切换过程调速性能较差的问题，结合RBF神经网络与经典增量式PID建立了一种自适应调速控制器RBF-PID，以柴油机目标转速、实际转速和转速偏差为输入变量，建立TBD620V12 STC柴油机神经网络控制模型，分别模拟经典增量式PID与RBF-PID两种控制器对TBD620V12 STC柴油机受控增压器切入过程的性能影响，结果表明：在切入过程应用RBF-PID控制器，可以使柴油机转速波动比经典增量式PID降低了8r/min，且回归至稳定转速的时间减少了0.4s。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 前言

1.2 相继增压技术的研究发展

1.3 高压共轨燃油喷射系统研究现状

1.4 本文主要研究内容

第2章 基于高压共轨燃油喷射系统的相继增压柴油机计算模型的建立

2.1 高压共轨燃油喷射系统计算模型的建立

2.2 柴油机工作过程数学模型

2.3 TBD620V12 STC柴油机稳态模型建立

2.4 本章小结

第3章TBD620V12 STC柴油机瞬态切换过程性能研究

3.1 相继增压系统切换点确定

3.2 相继增压系统切换过程控制模型

3.3 相继增压系统切换过程阀门控制策略

3.4 相继增压系统切换过程性能仿真研究

3.5 相继增压系统切换过程燃烧变动研究

3.6 本章小结

第4章 喷油策略对相继增压柴油机切换过程性能的影响

4.1 预喷对相继增压柴油机切换过程性能的影响

4.2 后喷对相继增压柴油机切换过程性能的影响

4.3 可变多次喷射策略对相继增压柴油机切换过程性能的影响

4.4 本章小结

第5章 灰色理论在喷油方案优化评价中的应用

5.1 喷油方案优化评价的问题

5.2 基于灰色关联度的系统综合评价

5.3 喷油方案的灰色评价

5.4 本章小结

第6章 相继增压柴油机瞬态切换过程控制算法研究

6.1 经典PID控制的不足

6.2 径向基函数神经网络

6.3 RBF-PID神经网络复合控制器设计

6.4 相继增压柴油机瞬态切换过程RBF-PID复合控制仿真结果

6.5 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士期间发表的论文和取得的科研成果

致谢