发动机瞬态进气流量在线测量软硬件系统开发

摘要

在发动机搭载整车后的实际运行过程中，其瞬态工况下的性能与台架标定过程的稳态工况性能不匹配。因此，实现发动机瞬态工况下的精准控制，提高瞬态工况下车用发动机的燃油经济性，能够有效缓解能源枯竭与环境污染问题。　　发动机瞬态工况下进气流量的在线测量，对于发动机瞬态工况下的精准控制具有重要的作用。但是目前对于车用发动机的整车在线检测及根据偏差在线控制还存在问题：一方面，现有的传感器的检测速度以及精度无法实现连续在线测量。另一方面，大量发动机新技术的应用导致发动机控制参数数量急剧增加，对于发动机各参数之间的内在联系难以研究透彻。而通过对换气系统进行整体建模的方法，会占用大量的计算机内存，检测速度慢不适用于在线测量。　　本论文基于课题组提出的将实测动态压力与气体动力学仿真计算相结合的方法，开发了发动机瞬态进气流量在线测量系统。该测量方法将安装动态压力传感器作为仿真边界，通过对进、排气系统的动态压力传感器位置之间的部分建模，与热力学及气体动力学数-模耦合，对气体交换过程中的缸内气体成分进行追踪。本论文基于多台汽油机台架性能对标试验数据对GT-POWER仿真模型进行了校核，将仿真模型的计算值与系统测量值进行对比，对该系统测量的残余废气系数、进气量和油耗进行了精度验证。且在整车上进行了NEDC循环道路测试，分析了在实际运行时，发动机瞬时进气量对性能的影响。　　研究结果表明：通过实测的发动机进、排气动态压力与气体动力学耦合原理，综合共轭感应法测取的关键参数，设计的瞬时进气量测量模型，无论是瞬态工况还是稳态工况时，其可靠性和测量精度都能得到保证，误差范围不超过5%。发动机瞬时进气量与进气压力成正相关，其他关键的影响因素包括进气门关闭时刻的气缸有效容积、RGF的影响、进气状态(压力波动和进气温度)的影响。存在一个最佳的进、排气VVT角度使得缸内的充量系数达到最大。　　论文旨在解决发动机在瞬态工况下的瞬时进气量在线测量，对缸内的循环空气量进行精确预测，进而实现对发动机的瞬态性能进行在线纠偏。

目录

声明

第 1 章 绪论

1.1 选题背景及意义

1.1.1 能源枯竭及环境污染

1.1.2 内燃机的排放法规

1.1.3 内燃机节能减排方法

1.2 发动机瞬态进气流量测量技术研究现状

1.2.1 瞬态测量技术

1.2.2 RGF 对发动机性能的影响

1.2.3 瞬时进气流量测量的目的及意义

1.2.4 存在的问题

1.3 国内外研究现状

1.3.1 国外研究发展及现状

1.3.2 国内研究发展及现状

1.4 本文主要研究内容

1.5 本章小结

第 2 章 发动机实验设计与台架搭建

2.1 实验汽油机介绍

2.2 实验设备及实验台架搭建

2.3 实验内容

2.3.1 实验传感器与发动机的调试

2.3.2 台架实验

2.3.3 发动机瞬态性能在线测量实验

2.4 本章小结

第 3 章 缸内新鲜空气量简化模型

3.1 发动机性能参数

3.1.1 进气量及充量系数

3.1.2 发动机的扭矩与油耗模型

3.2 发动机进气量的影响因素

3.2.1 气门关闭时刻的气缸有效容积对进气量的影响

3.2.2 残余废气系数对进气量的影响

3.2.3 进气压力和温度对进气量的影响

3.3 残余废气系数的测量方法

3.3.1 已有的测量方法和存在的问题

3.3.2 RGF 在线仿真工具

3.3.3 两动态压力法

3.4 瞬态进气流量测量系统

3.4.1 硬件部分

3.4.2 软件部分

3.5 本章小结

第 4 章 测量系统精度验证与实机应用

4.1 关键参数的获取

4.2 模型精度验证

4.2.1 标准数模的模型校核

4.2.2 稳态工况下的精度验证

4.2.3 瞬态工况下的精度验证

4.3 测量系统的实机应用

4.3.1 车用发动机瞬态性能的在线检测

4.3.2 瞬态工况下各参数之间的联系分析

4.4 本章小结

总结与展望

全文总结

工作展望

参考文献

致 谢