车用国V柴油机低速扭矩性能的优化研究

摘要

随着资源问题与环境问题的日益严峻，开发高效清洁柴油机成为内燃机研究的重要课题。对于现代柴油机而言，涡轮增压是最基本的技术。增压柴油机在低速时，增压器获得的排气能量不足，难以供给充足的空气，与低速扭矩需求的矛盾突出。
　　本文以课题组与某自主品牌企业合作正向开发的国 V柴油机为研究对象，对其低速扭矩性能进行了优化研究。应用AVL-BOOST软件建立了此款国V柴油机的模拟计算模型，对气缸、进排气门及涡轮增压器等模块的参数与主要边界条件的设置进行了详细的研究，对几组不同的增压器方案进行了匹配分析，比较不同方案的性能，从中选取了最优方案。将原型机匹配的增压器进行了试验，试验结果与模拟结果基本一致，发动机在低速段进气性能较差，为了保证220N·m的低速扭矩设计要求，必须增大喷油量，但这样会造成过量空气系数过低，烟度过高，难以满足排放法规的要求。
　　确定匹配的增压器后，分析了配气相位对发动机性能的影响。在此基础上，采用遗传算法对表征配气相位的四个角度进行多参数优化，兼顾发动机高速与低速的性能，确保发动机低速段性能达到要求。计算出最优的配气相位后，还对进排气门的最大升程进行了研究，确定了进排气门的最大升程。
　　采用AVL EXCITE Timing Drive软件建立配气机构的模型，根据热力学计算确定的配气相位及最大升程，采用多项动力加速度函数设计了一组新的进排气凸轮型线，对配气机构进行运动学和动力学的分析研究，计算结果表明运动学及动力学性能满足要求。
　　根据新设计的凸轮型线试制了新的凸轮轴，并进行了样机试验，结果表明，采用新的凸轮型线明显提升了发动机的低速性能，在转速为1000r/min时过量空气系数达到了1.2，进气充足，烟度大幅降低，能够达到220N·m的低端扭矩，且满足排放法规的要求，虽然高速时性能略有恶化，比油耗有大约10g/kW·h的增加，但在可接受范围内。

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字母注释表

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 增压柴油机的低速扭矩问题

1.3 发动机数值模拟技术概况

1.4 国内外的研究现状

1.5 课题主要研究内容及意义

第二章 数值理论模拟基础

2.1 气缸子系统的数学模型

2.2 进排气子系统的计算

2.3 废气涡轮增压器的数学模型

2.4 本章小节

第三章 发动机工作模型的建立及涡轮增压器的匹配

3.1 AVL-BOOST软件简介

3.2 模型的建立

3.3 涡轮增压器的匹配计算

3.4 增压器匹配的试验

3.5 本章小结

第四章 配气相位及气门升程的优化

4.1 配气相位对发动机性能的影响

4.2 配气相位的多参数优化

4.3 最大气门升程的确定

4.4 本章小结

第五章 凸轮型线的设计

5.1 AVL EXCITE Timing Drive 建模及参数设置

5.2 凸轮型线的设计

5.3 配气机构的运动学与动力学计算结果

5.4 试验验证

5.5 本章小结

第六章 全文总结与工作展望

6.1 全文总结

6.2 工作展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢