柴油机喷油过程参数的数值标定方法研究

摘要

随着石油资源的日渐减少和排放法规的日趋严格，为降低油耗并满足欧III及以上的排放标准，柴油机的喷射系统也许不得不采用电控高压共轨喷射系统。这主要源于电控高压共轨燃油喷射系统可实现喷油提前角、喷油压力、喷油持续时间以及每循环多次喷射的灵活控制功能，以不同工况下最优的喷油过程参数来满足柴油机动力性、经济性、排放性能以及其他性能的最优折中。但是如何得到各工况下最优的喷油过程参数，即如何进行喷油过程参数的标定，目前还主要依靠对特定柴油机做大量的实验来确定。这一标定过程成本很高，费时费力，对极端工况或极端环境条件的参数标定需付出很大代价且难于进行。同时对新设计的柴油机，在样机制造出来之前也无法实施标定。若能找到其他方法，如仿真分析的方法获得不同工况下“最优”的喷油过程参数，将是非常有意义的工作。本文拟采用一维仿真分析方法对柴油机整机工作过程进行模拟，探讨利用数值手段“计算”求出较优的喷油过程参数的方法。 文中以某高压共轨柴油机为原模型，参考其几何结构参数和性能参数来建立模拟计算模型。对柴油机常态环境条件下各不同转速，不同负荷工况进行仿真分析。计算建立在可压缩一维非定常流体流动和传热的理论基础上，排放物NOx和Soot分别采用了Zeldovich模型和Nagle and Strickland-ConStable模型做近似计算。通过大量模拟计算，结合GT-POWER优化工具，以柴油机经济性、动力性和排放性能指标为优化目标，求取常态最优的喷油过程参数组合，并由此获得了常态环境条件下喷油过程参数map图。然后对极端环境下的柴油机进行模拟计算，计算结果对比发现，极端高温和极端低压环境对柴油机性能有极大的影响，提出了在不改变柴油机结构的基础上，可利用优化常态喷油过程参数——增大喷油提前角，缩短喷油持续时间，降低喷油率的方式使柴油机性能得到不同程度回升的方法。 喷油过程参数的标定是非常困难的，做实验的方法除费时费力外，精度也难以得到保证，尤其是受地理和自然环境的限制，创建实验台架极端工作环境就十分困难。然而，利用数值方法对喷油过程参数进行标定，可以以较低的成本完成实验标定需花费极高代价才能完成的工作，还可实现处于设计中机型的喷油过程参数标定，为设计过程中柴油机喷油系统参数的确定提供了一种参考。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1研究的背景和意义

1.2国内外研究现状

1.3研究方法

第2章柴油机整机模拟模型的理论基础

2.1柴油机缸内系统计算模型

2.1.1柴油机缸内热力计算基本方程

2.1.2柴油机缸内热力计算过程的边界条件

2.2柴油机进排气管道系统计算模型

2.2.1建立进排气系统模型的基本假设

2.2.2进排气管系统计算的基本方程及其解法

2.2.3有限体积法的基本思想

2.3柴油机废气涡轮增压器计算模型

2.3.1涡轮增压器中的能量传递

2.3.2压气机特性参数的计算

2.3.3涡轮机特性参数的计算

2.4柴油机燃油喷射系统计算模型

2.4.1可压缩一维非定常流体流动计算基本方程组及解法

2.4.2微幅小扰动波管流的解析解

第3章柴油机工作过程计算模型的建立与验证

3.1柴油机计算模型的建立

3.1.1柴油机计算模型的组成结构

3.1.2柴油机计算模型的主要技术参数

3.1.3 GTSUITE优化工具

3.2柴油机计算模型的验证

第4章柴油机喷油过程参数的数值标定方法

4.1柴油机的喷油过程参数

4.2柴油机喷油过程参数的标定方法

4.2.1喷油压力和喷油持续时间组合的优化选择

4.2.2喷油提前角的优化选择

4.2.3喷油过程参数的MAP图

4.3喷油过程参数的实验验证

第5章极端环境条件柴油机喷油过程参数的标定

5.1大气环境条件

5.2不同环境条件下柴油机性能的变化

5.2.1不同环境温度下柴油机的性能

5.2.2不同环境压力下柴油机的性能

5.2.3高海拔环境条件下柴油机的性能

5.3极端环境条件喷油过程参数的标定

5.3.1高温环境喷油过程参数的标定

5.3.2低压环境喷油过程参数的标定

5.3.3高温低压环境喷油过程参数的标定

结论与展望

致谢

参考文献

攻读硕士阶段发表论文情况