基于响应面和遗传算法的柴油机瞬态过程喷油参数优化

基于台架试验数据,利用响应面法建立了某工程机械用柴油机瞬态过程喷油参数与性能的近似高精度模型,基于此模型采用遗传算法对瞬态过程喷油参数分别进行离线优化研究。结果表明:采用单目标优化确定的燃油消耗率(BSFC)、NO_x比排放量和颗粒质量(PM)比排放量的优化极限分别可达180.23g/(kW·h),8.92g/(kW·h)和0.011 8g/(kW·h),相对原机可降低多达4.5%,34.0%和37.3%。双目标优化的Pareto解集表明,相比于同时优化BSFC和NO_x比排放量,BSFC和PM比排放量更容易同时得到优化。采用权重因子适应度函数的三目标优化结果对应的BSFC,NO_x比排放量及PM比排放量分别为184.70g/(kW·h),12.62g/(kW·h)和0.012 2g/(kW·h),较原机分别降低2.1%,6.6%和35.3%。改进优化模型后,性能优化Pareto解集对应的BSFC和PM比排放量水平都非常接近其优化极限,但NO_x比排放量相对其优化极限仍然较高。     

基于一维-三维耦合仿真的进气系统优化方法

提出了基于一维-三维耦合仿真的进气系统优化方法,此方法兼具CFD对进气系统三维流动特性准确描述与一维仿真对内燃机进气系统全局控制的优点。建立了进气歧管三维模型,采用GT-Power软件进行缸内工作过程模型仿真,根据试验数据标定仿真模型。通过一维-三维耦合仿真计算得到进气歧管各转速下的流动参数,以此作为CFD仿真的边界条件,优化进气歧管的结构参数。通过整机试验对进气歧管流动性能进行了验证。试验结果表明,该方法能够较好地指导进气歧管设计。     

一种基于广义S变换增强的柴油机失火故障特征提取方法

为有效提取柴油机缸盖振动信号失火故障特征,提出一种基于广义S变换增强的柴油机失火故障特征提取方法。首先根据柴油机燃烧过程与配气相位的关系对信号进行等角度重采样,然后利用广义S变换对信号进行消噪处理,并按工作循环将信号的周期性瞬态特征进行同步增强。通过仿真信号验证和某柴油机缸盖振动信号的实例应用,结果表明,此方法能有效地提取柴油机缸盖振动信号的失火故障特征,实现失火故障的准确诊断。     

柴油机活塞销孔型线对比分析研究

针对某柴油机活塞销孔的磨损问题,分别借助有限元方法和EHD仿真方法研究了不同销座结构匹配多种销孔型线对接触应力的影响,及不同活塞销孔型线对润滑特征评价参数的影响。综合研究表明,活塞销孔型线与热变形匹配不合理所引起的润滑状态恶化是导致活塞销孔磨损的直接原因,因此通过合理调整销孔型线可使接触应力均匀,润滑状态良好,并有效降低活塞销座磨损风险。     

大气压力和冷却液温度对柴油机性能影响的试验研究

利用内燃机高海拔(低气压)模拟试验系统,研究了大气压力和冷却液温度对柴油机性能与燃烧特性的影响规律。试验结果表明:随着进气压力降低,柴油机最高燃烧压力下降,缸内平均温度大幅升高,燃烧始点推迟且持续期延长,后燃严重,燃烧过程未能及时释放热量,动力性能和燃料经济性下降明显;随着冷却液温度的升高,最高燃烧压力增大,燃烧始点提前且持续期略有延长,燃烧重心略微前移,燃烧放热率减小,且大气压力越低冷却液温度对柴油机燃烧过程的影响越明显。在高海拔(低气压)条件下,提高柴油机冷却液工作温度,可以明显减少冷却液散热量,提高柴油机的热-功转换效率,显著改善柴油机的高原动力性和经济性,同时柴油机热负荷升高幅度并不大。     

面向控制的SCR催化转化器温度模型

为了建立面向控制的SCR催化器温度模型,根据能量守恒和质量守恒方程并考虑热平衡中所涉及的换热过程不同,建立了4种SCR催化器温度的数学模型,并利用Matlab/Simulink构建图形化的计算模型。采用柴油机欧洲稳态循环(ESC)和欧洲瞬态循环(ETC)条件下的台架实测数据对模型进行检验,基于最大离散程度、拟合度和计算时间3个指标对模型进行评价和比较。结果表明,考虑催化器与废气和周围环境对流换热的温度模型具有良好的预测精度和实时性,更适合用于SCR控制策略。     

柴油机减压-排气复合缓速匹配试验研究

通过对柴油机独立减压缓速、排气缓速性能进行研究,获取了二者在循环工作过程中的作用区域和性能提升的影响因素,并以此为基础,组合二者最优方案形成了复合缓速系统,进一步分析独立缓速性能改进方法在复合缓速中的适用性,通过试验验证了改进策略的有效性。研究结果表明,复合缓速是一种有效的辅助缓速装置,合理匹配后可在柴油机运转转速范围内获得与柴油机标定功率相等的制动功率,同时柴油机排温仍然可控制在限值范围内。     

稀燃条件下甲醇汽油混合燃料颗粒物排放特性

在1台GDI增压汽油机上,进行了稀燃发动机燃用M0,M10和M20(其中M0为汽油,M10为甲醇体积分数10%、汽油体积分数90%的混合燃料,以此类推)甲醇汽油混合燃料的试验,研究了在稀燃条件下甲醇汽油混合燃料对GDI发动机颗粒粒径分布特性、数量浓度特性和质量浓度特性的影响。试验结果表明:在稀燃条件下,随着甲醇比例的增加颗粒数量浓度峰值逐渐增大,颗粒数量浓度随粒径分布呈现出双峰分布;颗粒中的核态颗粒和积聚态颗粒的总数量都随甲醇比例的增加而增加,其中M20的积聚态和核态颗粒数量浓度最大;颗粒粒径峰值都随着甲醇比例的增加逐渐增大,并且核态颗粒粒径峰值主要集中在20.54~31.62nm,积聚态颗粒粒径峰值主要集中在56.23~100nm;颗粒质量浓度随甲醇比例的增加而增大,粒径分布在316~700nm的积聚态颗粒明显增多,积聚态颗粒质量浓度随粒径分布的范围明显增加,质量浓度也相应增加,而粒径分布在56.23~316nm范围内的颗粒质量浓度却在降低。     

国Ⅴ柴油机SCR系统结构对尿素结晶影响研究

针对某国Ⅴ商用柴油车SCR系统中出现的结晶问题,综合应用CFD模拟和台架试验进行分析研究,提出一系列结构优化和改进方案,改善了SCR前流场状态以及流体的流动均匀性和尿素均匀性,基本消除了排气系统在实际工况下的结晶风险,提高了全系统的抗结晶能力,保证了SCR系统的正常运行。通过对模拟结果和台架试验数据的比对分析,研究了流场分布以及混合器结构对结晶形成产生的影响。     

重型单缸柴油机燃烧过程强化研究

在1台排量为2.8L的单缸柴油机上,通过燃烧过程不断强化,将输出功率从73kW提高到150kW。研究分为两个阶段:第一阶段通过提高进气压力、降低进气阻力、优化配气相位、优化喷油系统参数,将输出功率从73kW提高到92kW;第二阶段采用了电控单体泵供油系统,并优化喷孔参数、进一步提高进气压力、降低进气温度、提高发动机转速,将输出功率提高到150kW。放热率分析结果表明:对于高强化燃烧过程,虽然预混和扩散燃烧阶段的放热速率大幅度增加,但其放热量占总放热量的比率下降,后燃阶段的放热比率显著增加。因此加强扩散燃烧阶段的放热速率仍然是高强化燃烧过程面临的主要问题。