车用发动机动态排放模拟计算及试验技术研究

摘要

目前，排放法规不仅要求进一步降低发动机污染物排放限值，而且要求发动机采用更加严格的动态排放测试循环，因此发动机动态排放测试研究受到了越来越广泛的关注。 本课题结合某国家机动车产品质量检测中心项目，在该中心先进的排放认证测试系统(Horiba公司的CVS7400T取样系统及Mexa 7200DEGR废气分析系统)的基础上，开发该系统在排放研究领域的应用，使其具备研发、认证双重功能。 本课题首先根据国家标准对发动机动态运行要求以及发动机的实际运行特点，制定了一系列能够反映发动机动态排放特性及排放测试系统响应特性的试验工况。该试验设计采用正交试验设计方法，合理减少了试验次数，同时又不影响试验结果的可靠性。 本课题同时设计多个试验方案：一是定容稀释取样，二是直接取样。其中，直接取样还包含了两套方案，即分别在排气管路不同的位置上布置2个取样口进行试验，研究取样位置对测试系统响应的影响。 本课题最重要的研究内容之一，就是对上述试验方案的试验结果进行数据处理、分析。第一，研究测试系统在发动机动态工况下的响应特性，分析发动机工况(转速、负荷及其变化率)对系统的响应的影响，同时建立各套试验方案系统响应时间物理模型对动态排放测试结果加以修正。第二，研究发动机动态排放特性，定性、定量上分析动态运行工况对发动机不同排气污染物排放浓度的影响，并将定容取样稀释后排气浓度转化为稀释前浓度，然后与直采结果进行对比，分析不同取样方式测试结果的一致性。研究结果表明，NO<,x>、THC的响应时间约为6s，CO的响应时间约为16s。通过系统响应物理修正，本测试系统能够实时测量发动机动态工况的排放值。 最后，本课题还利用Cruise软件进行车辆(发动机)动态排放模拟计算。包括：第一，建立Cruise模拟计算模型；第二，根据发动机运行工况，设定整车运行工况；第三，进行模拟计算，并将模拟计算结果与测试结果作对比。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1选题背景

1.2国内外研究现状及发展动态

l.2.1国外研究现状及发展动态

1.2.2国内研究现状及发展动态

1.3本课题研究的必要性、目的及意义

1.3.1国家排放法规对发动机(汽车)动态排放测试的要求

1.3.2发动机动态排放性能研究对测试系统的要求

1.3.3本课题的研究目的

1.3.4本课题的主要研究内容

1.3.5本课题研究的意义

第2章发动机主要排放污染物及测试系统

2.1发动机主要排放污染物的生成机理及影响其生成的主要因素

2.1.1发动机主要排放污染物的生成机理

2.1.2影响排气污染物生成的主要因素

2.2发动机排气污染物测试系统

2.2.1取样方法与取样系统

2.2.2发动机排气污染物成分分析方法及分析仪

2.3本课题所采用的测试方案及测试系统

2.3.1本课题测试方案

2.3.2本课题试验系统组成及主要试验设备

2.4本章小结

第3章试验设计

3.1概述

3.2正交试验设计方法

3.2.1正交法应用中几个常用概念

3.2.2正交表的建立步骤

3.3利用正交试验设计法进行试验设计

3.3.1转速或负荷线性变化工况

3.3.2阶跃工况

3.3.3转速、负荷同时线性变化工况

3.4本章小结

第4章测试系统响应试验结果及分析

4.1测试系统响应时间组成分析

4.2定容取样(CVS)系统响应测试结果及分析

4.2.1阶跃工况测试结果

4.2.2线性工况测试结果

4.2.3发动机转速、负荷同时发生线性变化测试系统响应

4.3直接取样系统响应测试结果及分析

4.4 CVS取样与直接取样测试系统响应比较

4.4.1系统响应时间Matlab建模

4.4.2系统响应时间Matlab模型二元回归计算

4.4.3不同取样方式系统响应时间比较

4.5发动机运行工况与排放物测试结果的点对点精度及变形分析

4.6系统响应时间模型应用实例

4.7本章小结

第5章发动机动态排放特性试验结果及分析

5.1排放污染物的评价量纲及其转化

5.2 CVS取样系统排气污染物测试结果及分析

5.2.1阶跃工况下的发动机排放特性分析

5.2.2转速不变，负荷线性变化工况下的发动机排放特性分析

5.2.3负荷不变，转速线性变化工况下的发动机排放特性分析

5.2.4转速、负荷同时线性变化工况下的发动机排放特性分析

5.3直接取样发动机排气污染物测试结果及分析

5.3.1转速保持不变，负荷线性变化工况下的发动机排放特性分析

5.3.2负荷保持不变，转速线性变化工况下的发动机排放特性分析

5.3.3转速、负荷同时线性变化工况下的发动机排放特性分析

5.3.4在相同动态工况下，不同测试区间排放一致性研究

5.4 CVS取样测试结果与直接取样测试结果之间的转化及比较

5.4.1 CVS稀释后排气浓度与稀释前排气浓度之间的转化

5.4.2直接取样与定容稀释取样(CVS)测试结果的比较

5.5本章小结

第6章动态工况排放模拟计算与试验比较

6.1排放模拟计算概述

6.2 Cruise软件介绍

6.2.1 Cruise软件计算任务介绍

6.2.2 Cruise软件在排放模拟计算中的应用

6.3利用Cruise软件建模

6.4主要输入参数

6.4.1计算模型主要参数

6.4.2发动机排放性能参数

6.4.3动态运行工况设定

6.5Cruise软件计算结果与实测结果对比及分析

6.5.1污染物排放评价量纲的统一化

6.5.2排放模拟计算结果与实测结果对比及分析

6.6模拟计算精度分析

6.7本章小结

第7章总结与展望

7.1论文总结

7.2今后工作展望

致谢

参考文献

个人简历 在读期间发表的学术论文与研究成果