柴油机可调两级增压系统仿真分析及试验验证

为了研究柴油机可调两级增压系统,采用 GT-POWER 软件对 WP7 型柴油机可调两级增压系统进行一维建模和仿真分析,分别对稳态工况和动态工况下的仿真计算结果进行验证。结果表明：对于稳态工况,不同负荷条件下循环气缸压力、燃烧放热率的计算结果和试验结果有着非常好的一致性,其中气缸压力计算值与试验值的最大绝对误差为 0.157 MPa,最大相对误差为 1.07%,比燃油耗和进气压力的计算值和试验值也非常吻合,整个负荷范围内比油耗计算值与试验值的最大相对误差为 1.26%,进气压力计算值与试验值的最大相对误差为 1.21%;对于动态工况,扭矩、转速和增压压力变化曲线的计算值和试验值均能吻合得较好,变化趋势基本一致,增压压力计算值和试验值的最大绝对误差约为 14.1 kPa,最大相对误差为 4.85%。该柴油机可调两级增压系统仿真模型具有较高的计算精度。     

基于粒子群算法的增压柴油机神经网络模型

神经网络是建立柴油机性能实时计算模型的有效方法.当前柴油机神经网络模型的研究大多是针对稳态工况开展,为了实现对瞬态性能的合理预测,提出了预测全工况稳态及瞬态性能的通用神经网络模型构建方法.此外,为了解决传统BP神经网络无法保证得到全局最优解、泛化能力较差的问题,采用群体智能算法中的粒子群算法(PSO)进行优化.利用某型涡轮增压柴油机的稳态和瞬态数据作为样本对模型进行训练,并与传统的BP神经网络模型进行对比.研究结果表明,PSO-BP神经网络模型可以有效预测发动机的稳态和瞬态性能,稳态预测最大误差4.54％,瞬态预测最大误差4.93％,与传统BP神经网络模型相比,PSO-BP模型可以有效实现全局寻优,提升泛化能力.     

柴油机进气管瞬态流动均匀性三维数值模拟

运用计算流体力学方法对柴油机进气管瞬态流动过程进行了三维数值模拟,讨论了在进气重叠期内,不同工况下进气管内部流场的变化情况。分析了柴油机进气增压压力、转速以及进气重叠时间对各进气歧管出口空气质量流量、进气分配质量、进气最大不均匀度的动态影响。计算结果表明:柴油机进气增压压力越低,进气最大不均匀度越大;进气重叠角越大,进气最大不均匀度也越大;柴油机低转速工作时的进气最大不均匀度要高于高转速最大不均匀度。通过提高进气增压压力、合理优化进气管几何结构,可以减小柴油机在进气过程中出现的进气分配不均匀现象。     

基于enDYNA的柴油机瞬态EGR控制硬件在环仿真平台研究

为实现试验台模拟增压柴油机瞬态EGR控制,基于CY6D180柴油机和enDYNA建模软件设计了硬件在环仿真平台。通过典型工况下的模型验证以及仿真平台与台架试验的EGR优化结果分析,表明该仿真模型平均误差不超过10%,可辅助试验台架进行稳态EGR优化标定试验。通过该仿真平台的瞬态进气量跟踪测试表明,跟踪曲线的平均超调量在5%左右,且瞬态响应调节时间短,该平台可有效模拟CY6D180柴油机的瞬态响应特性。     

可变喷嘴涡轮增压器对车用柴油机瞬态性能的影响

应用自行开发的柴油机瞬态工况测控系统和VNT电控系统,试验研究了可变喷嘴涡轮增压器对车用增压中冷柴油机瞬态工况下烟度、增压压力、燃油消耗量及空燃比等性能参数的影响规律。研究结果表明,在典型瞬态工况下适当减小VNT的开度可以改善进气响应、增加进气充量,选取合理的VNT开度可以降低排气烟度,低速增负荷工况排气烟度可降低34%,但喷嘴环开度过小,将导致增压器效率下降,进气量降低,排气烟度增加。     

基于小波网络的发动机瞬态工况进气流量动态辨识与预测研究

由于发动机进气系统具有复杂的非线性动态特性,因此构建了进气流量小波网络辨识与预测模型,并利用最小二乘法(DLS)对小波网络参数和预测控制率进行了学习和优化,以提高小波网络预测模型的可靠性和预测精度。作为对比建立了基于BP神经网络的预测模型,并利用瞬态工况试验数据分别对两种模型进行了仿真研究。结果表明,小波网络模型能有效地预测发动机瞬态工况进气流量,与BP神经网络预测模型相比,误差精度更高,可用于发动机瞬态工况空燃比的精确控制。     

增压柴油机瞬态工况燃烧噪声实验研究

通过测量稳态和瞬态工况下影响燃烧噪声的参数,实验研究了直喷式增压柴油机瞬态工况和稳态工况燃烧噪声.研究得出,瞬态工况燃烧噪声在恒转矩工况下随转速的上升呈现加速初段有一短暂的上升随后迅速下降,然后又开始增加的趋势,并从压力升高率和压力高频振荡结合增压对柴油机性能影响分析出其形成机理.     

基于机器学习的柴油机碳烟颗粒质量排放预测模型

基于SC7H涡轮增压柴油机试验台架,开展了非道路瞬态试验循环下的柴油机排放试验,研究了瞬态循环的工况对碳烟颗粒质量浓度的影响。收集与碳烟颗粒质量浓度相关的各类传感器数据,构建一个大型的柴油机碳烟排放数据集。构建LGB梯度树模型和循环神经网络模型,采用数据集对它们进行训练,然后采用自学习算法对两种模型进行融合,获得一个更高准确度的预测碳烟质量排放融合模型。预测与实测结果的比较表明,构建的融合模型能较为准确地预测柴油机排放的即DPF入口的碳烟质量浓度实时变化,为柴油机后处理过程中碳载量的准确计算以及控制策略的开发提供参考。     

商用汽车发动机电动增压控制策略优化研究

为了验证电动增压控制技术对使用常规的机械式涡轮增压器的电控柴油机在低速动力性方面的影响,对电动增压控制策略进行了优化研究,使用快速控制原型实现了对电动增压控制策略的开发,并与某款电动增压器匹配应用于一款8升国六电控柴油机上进行性能对比试验。试验结果表明,应用了优化后的电动增压控制策略的电动增压器可以根据电控柴油机的当前运行工况,对其主增压器起到较好的自动进气补偿作用,能明显提升柴油机的低速扭矩,从而解决了柴油机瞬态急加速冒烟和低速段动力性差的问题。     

双涡轮增压系统压气机通流特性匹配方法

通过离心式压气机特性图谱分析,建立了压气机通流特性模型来表征节流线。基于压气机通流特性模型,针对车用柴油机典型工况建立了性能指标函数,从而指导增压系统匹配方案的确定。针对典型双涡轮增压系统,明确了增压系统匹配流程,建立基于压气机通流特性的匹配方法。针对某型6缸增压柴油机不同工况的性能参数指标,进行了相继增压系统和可调两级增压系统匹配计算,分别进行了大小增压器和高低压级增压器选型。通过搭建柴油机相继和可调两级增压系统试验台架,试验验证了双涡轮增压系统匹配方案,试验结果表明,所匹配的相继和可调两级增压系统能够满足不同典型工况的压比和流量要求,进而实现柴油机不同工况的性能指标,保证了柴油机全工况范围的正常运行。同时根据柴油机试验结果,以燃油经济性最优为目标,确定了相继和可调两级增压系统全工况控制策略。     

气门开启过程对压缩终了缸内涡流运动的影响

首先采用进气道稳流试验和数值模拟方法对两款柴油机进气道的稳态流动进行研究对比,然后利用Converge软件对两款柴油机在标定工况下的进气和压缩过程进行了瞬态数值模拟研究,并对该过程中各个时刻的缸内和燃烧室内涡流运动通过无量纲参数瞬态涡流比来进行分析。结果表明,柴油机实际工作过程中进气道在气门小开度及中等开度下形成涡流的能力对压缩终了时燃烧室内的涡流强弱有很大影响。现有的稳态评价方法不足以体现这一特征,稳态评价方法有待改进。     

基于CMAC的汽油机瞬态工况进气流量预测研究

针对进气流量测量误差问题,运用改进型CMAC神经网络建立瞬态工况下进气流量预测模型,在变加速、变减速两种具有代表性的瞬态工况下进行仿真试验,通过对试验结果的分析,说明了汽油机进气流量预测模型的效果,嵌入该预测模型可增强空燃比控制效果。     

基于SVR的汽油机过渡工况进气流量预测研究

针对目前汽油机进气流量预测精度不高的问题，分析支持向量回归机(SVR)应用在进气流量预测的可行性，提出一种基于SVR的进气流量预测模型。该模型通过结合支持向量回归机的结构优势，采用灰色关联分析法(GRA)对模型的特征向量进行提取，并利用遗传算法(GA)对模型参数进行寻优辨识，以提高模型的泛化性能和预测精度。运用汽油机过渡工况仿真试验数据对模型进行了训练和预测，并应用MATLAB/LIBSVM工具箱实现SVR模型的回归预测功能。结果表明：SVR模型的预测值与试验值的误差控制在2%范围之内，有效实现了过渡工况进气流量的预测；与常规的RBF神经网络预测模型、BP神经网络预测模型相比，SVR模型具有更高的预测精度，适用于汽油机过渡工况空燃比的精准控制。     

基于状态观测器的天然气发动机控制策略研究

针对天然气发动机,在建立进气空燃比均值模型的基础上,根据稳态工况下精度高、瞬态工况下响应快的控制需求,在稳态工况下设计了闭环状态观测器,保证了对进气量的精确估计;在瞬态工况下设计了进气量开环而压力闭环的状态观测器,在确保对进气量估值具有较高精度的同时提高了估计实时性.结合天然气密度补偿策略形成了基于模型的控制策略,通过台架试验对控制策略进行了验证.     

增压柴油机瞬态特性的评估方法

通过分析发动机典型瞬态过程中的各个参数变化及能量传递关系,提出了一个通用的评价涡轮增压柴油机瞬态响应性能的方法,建立了发动机的关键结构参数、涡轮增压器尺寸、初始运行工况参数与瞬态响应性能指标的显式关系。采用一维计算模型对提出的评价指标在不同机型上进行了计算验证。研究结果表明,提出的涡轮增压柴油机瞬态性能评价方法适用性强,且在整机设计的初始阶段就能够定量研究瞬态性能并判别设计方案的可行性。     

增压柴油机废气再循环控制系统

为了降低增压柴油机的NOx排放,设计了电控单向阀EGR系统,实现了废气再循环。阐述了EGR的系统方案和机构;研究了稳态和瞬态工况下EGR系统的控制策略和智能PID算法;进行了台架试验。试验表明,系统可以实现0~16%的EGR率,有效降低了NOx排放,使柴油机达到国Ⅲ标准。     

柴油机微粒捕集器瞬态再生特性仿真

建立了基于柴油机微粒捕集器主动再生的GT-Power仿真模型,针对2 200 r/min、100%和1 400 r/min、50%两种典型工况,对捕集器瞬态再生特性进行了研究。计算结果表明：柴油机由高转速、大负荷变为低转速、小负荷的瞬态工况下,微粒捕集器再生时,载体各端温度曲线呈双峰状,载体壁面峰值温度与稳态相比大大升高;且工况变化时间越短,这种现象越明显。     

径流涡轮的特性及其对涡轮增压过程的影响

靠专用试验台,确定增压器径流涡轮在部分进气时的流通特性和效率特性。找出它与全进气时特性曲线的显著差别。将这些流量试验台的试验结果用于数学模型中来予测汽车用涡轮增压柴油机的性能。计算结果与实测结果相当吻合,这证明了本文的方法是有效的。     

谐振进气改善增压中冷柴油机性能和排放的研究

自行设计了适合于车用增压中冷柴油机的谐振进气系统,试验研究了谐振进气对柴油机燃油消耗率(b)、充量系数(c)、排气烟度(Rb)、PM等气体排放物的影响。结果表明,采用谐振进气系统可有效改善增压中冷柴油机的低速性能。合理匹配谐振系统参数,在低于谐振转速的工况范围内,可有效提高增压中冷柴油机的进气充量,增加空燃比(α),降低b和Rb。采用谐振箱容积为1.83 L、谐振管直径为50 mm、谐振管长度为1.1 m的谐振系统,与原机相比,低速工况c提高5%,Rb降低33%,同时有效降低了CO及PM排放。     

进气噪声对动力总成噪声影响试验研究

针对国产某轿车在高速行驶时车内噪声过大的问题,在消声试验室转鼓上进行了发动机进气噪声测试试验.通过对不同工况、进气口有无引出装置情况下的进气噪声测试,以及对瞬态工况下发动机舱3个传声器声功率级、稳态工况下5个传声器语音清晰度等评价指标的计算分析,找出了进气噪声对动力总成噪声的影响因素,为改善高速时车内噪声的声学特性提供了试验依据.