涡轮增压天然气发动机电控系统进气模型研究

针对天然气发动机普遍采用的进气充量标定方法精度和可移植性不高的问题,以一台潍柴WP10NG336涡轮增压火花点燃单点喷射全电控天然气发动机为研究对象,研究了基于物理模型的适合天然气发动机的进气充量模型。在平均值模型的假设基础上,采用折合气体流量描述进气过程,将进气过程流经缸内的气体细分为回流废气、扫气废气、倒流废气、始终驻留废气和新鲜折合气体,对涡轮增压器、节气门、进气管、排气管和气缸进行综合建模,并通过进气惯性对充量的影响来对模型进行简单修正。为验证模型的精确性,开展了针对WP10NG336天然气发动机的台架试验。试验结果表明,本文所提出的进气模型误差范围在4%以内,在占用较少计算资源的情况下能够准确地估计各种工作条件下发动机的实际稳态进气充量。     

进气门布置对汽油机进气过程的影响

采用三维数值模拟的方法对某摩托车发动机进气过程的气体流动进行了瞬态模拟,通过分析速度、压力、湍动能分布及定量计算缸内进气充量、缸内平均压力、平均湍动能等参数,研究了不同进气门倾角布置对进气过程的影响．计算结果表明,采用较大的进气门倾角对进气过程有利．     

乙醇DI对汽油PI发动机性能与爆震的影响

文章在一台汽油缸内直喷发动机的基础上,建立了发动机的三维计算模型,标定了原机的喷雾模型和燃烧模型,并在此基础上进行了乙醇缸内直喷(ethanol direct injection,EDI)+汽油进气道喷射(gasoline port injection,GPI)的仿真模拟,研究EDI喷油时刻、点火时刻、进气温度对发动机缸内混合气的形成、燃烧、排放的影响和乙醇燃料特性对爆震抑制的贡献率。仿真模拟结果表明:通过改变EDI喷油时刻,影响乙醇的蒸发雾化程度,在缸内形成不同程度的混合气当量比分布;喷油时刻在上止点前250°CA时,缸内混合气均匀,产生最佳的燃烧相位。在最大爆震极限火花提前时,通过进气加热抵消乙醇汽化潜热的影响,得出乙醇高汽化潜热和高火焰传播速度对OH自由基的抑制率分别为23.5%、76.5%。     

响应曲面法在柴油机配气相位优化中的应用

使用AVL-BOOST建立某186F柴油机的计算模型,通过计算模型产生响应曲面设计试验点的数据.采用中心复合设计将得到的响应数据建立响应曲面模型,并对响应模型进行方差分析及回归系数显著性检验,确保所建立的三元二次模型的可信度.由响应模型绘制等值线图、响应曲面图.使用Minitab响应优化器求解标定转速处最优的配气相位,并采用优化后的配气凸轮进行柴油机试验验证.结果表明:进气迟闭角对该柴油机标定点的比油耗影响最为明显,排气提前角次之,适当增大进气迟闭角、排气提前角和气门重叠角可以提高柴油机高转速区的充量系数和经济性;当转速超过2 800 r·min~(-1)时,充量系数和比油耗较原机均有不同程度的增大与减小,其中标定点处的比油耗降低了2.12%,充量系数增大了4.88%.     

“发动机原理”均质充量压燃燃烧的仿真教学设计

“发动机原理”课程中的均质充量压燃燃烧涉及大量化学动力学机理,学生理解较为困难,运用Chemkin软件搭建发动机均质充量压燃燃烧的仿真实验模型,通过修改相应参数,得到不同初始条件下的放热率、缸内温度、缸内压力等仿真结果,针对仿真结果进行分组讨论,得到相应结论,并将燃料扩展到天然气,分析参数变化对天然气发动机均质充量压燃燃烧的影响,激发了学生的兴趣,加深了学生对教学内容的理解。     

小缸径直喷式柴油机燃烧与NOx排放物仿真

利用FLUENT对柴油机在标定工况下的燃烧过程与NOx排放进行数值模拟研究.通过实验确定多维计算的边界条件,然后利用FLUENT中的燃烧模型定制边界条件、定义物理模型,完成缸内燃烧模拟.模拟结果与实验结果相吻合,标定工况下,误差不超过6 %.研究结果表明,采用柴油机燃烧多维计算模型模拟缸内燃烧过程与NOx排放是一种有效的研究策略,为柴油机燃烧性能的研究提供一种可靠的手段     

柴油机全可变配气缸内充量建模与数值最优仿真研究

为优化柴油机全可变配气机构的气阀参数及提高缸内充量系数,以4102系列柴油机为原机,建立全可变配气柴油机缸内配气充量的数学模型。首先,以质量守恒定律和理想气体状态方程为理论依据,对柴油机配气过程进行近似简化,建立全可变配气柴油机缸内配气充量的数学模型。其次,利用框图化设计思想搭建缸内配气充量物理模型,计算柴油机不同工况下的最优配气充量以及最佳配气充量下的气阀运动最优配气参数。最后,使用GT-power软件对结果进行验证,证明了配气模型的准确性。     

新型独立压缩自由活塞发动机仿真研究

为了提高四冲程自由活塞发动机系统的性能,该文提出了一种独立压缩、进气热力学参数可控的工作循环方案。利用MATLAB/Simulink建立系统动态仿真模型,获得了系统的基本特性,并进一步分析了进气压力、点火位置、膨胀行程长度等参数对系统性能的影响。仿真结果表明:新循环通过进气增压将缸内顺序进行的进气、压缩过程改为气缸内、外同时并行进行,缩短了缸内进气与压缩行程,显著提升了系统有效效率与输出功率;点火位置的提前和压缩比的增大对有效效率的提升作用有限;加大膨胀行程长度可降低排气门的工作负荷。通过模型的仿真分析为样机的改进与试验提供了理论指导。     

内燃机缸内过程的一种多维数学模型

利用任意拉格朗日－欧拉法，求解具有缸头中心无气阀气口进排气模拟功能的内燃机缸内三维流动，喷雾和燃烧过程控制方程，为对比不同湍流模型对模拟结果的影响，除采用Ｋ－ε模型外，还首次引入传统代数应力模型对缸内流动进行模拟，计算结果表明；本文的多维模型，对内燃机燃烧过程的模拟结果是合理的，对进气过程的计算结果与实测结果基本吻合，对平顶活塞及带坑活塞缩过程的模拟结果，显示了两种湍流模型的差异。     

大功率车用柴油机燃用航空煤油的燃烧仿真研究

建立了大功率车用柴油机燃用柴油和航空煤油的缸内燃烧模型。该模型利用喷雾试验结果对KH-RT破碎子模型进行了标定,同时耦合了燃油的化学反应动力学机理,具有较高的仿真精度。计算结果表明:相比柴油,柴油机燃用航空煤油喷雾破碎过程中雾化质量提高;燃烧过程中缸内滞燃期缩短,放热率峰值下降,缸内机械负荷及热负荷均得到缓解;柴油机燃用航空煤油在标定工况点相比燃用柴油功率下降5.8%,油耗率相当。     

进气管结构对增压柴油机进气不均匀度影响的研究

在某V型多缸柴油机性能试验和多个气缸压力测量的基础上,对该柴油机的一维性能仿真计算模型进行了标定和校核,并应用验证后的模型计算和分析了该柴油机采用Π型进气管和环型进气管时各缸进气流量的不均匀度. 分析表明:不同的进气管结构造成各缸进气门前压力波动的规律差异很大,进而引起进气门前后压差的变化规律差异较大,最终造成各缸进气不均匀度的差异很大,采用环型进气管可以降低发动机的进气不均匀度.      

发动机进气控制系统研究

基于发动机平均值模型理论构建了进气系统仿真模型,并在enDYNA高仿真模型上验证了该模型的准确性。为了解决发动机传统控制系统不能很好协调各种互相冲突的扭矩需求问题,以扭矩需求为中心,以进入气缸的气体流量的精确控制为目的,提出了进气流量的控制方案,并将方案中的非线性因素容积效率采用Map的形式处理,将电子节气门的非线性因素直接建立到仿真模型中。设计了节气门模糊自适应PID跟踪控制器,并在构建的发动机平均值模型上验证了控制器的控制效果,最终实现了进气流量的精确控制。     

EGR涡轮增压柴油机的进气未燃空气质量分数估计

为解决车用EGR涡轮增压柴油机进气未燃空气质量分数无法直接测量的问题,提出了一种估计未燃空气质量分数的方法.在构建高压回路EGR涡轮增压柴油机动态模型的基础上,设计了EGR流量的高增益观测器,为进气歧管未燃空气质量分数的准确估计奠定基础;基于进排气歧管未燃空气质量分数的动态方程,设计了柴油机未燃空气质量分数的全维状态观测器,并基于李雅普诺夫稳定性理论,对设计的观测器进行了稳定性分析.分析结果表明,设计的观测器是一渐近稳定系统,可以用于对未燃空气质量分数进行估计.利用GT-Power仿真数据以及试验数据对设计的EGR流量观测器和未燃空气质量分数观测器进行验证.结果表明,设计的观测器能够对参数进行准确估计,估计误差在3%以内,满足柴油机控制系统的需求.      

EGR对柴油机燃烧影响模拟

 废气再循环（EGR）作为控制缸内NOx生成的一项技术已广泛应用在现代直喷柴油发动机上。但EGR对氮氧化合物（NOx）、碳烟（Soot）排放的影响原因尚未被完全理解。为了全面分析EGR的特性,建立了基于GT-POWER的柴油机仿真模型。根据柴油机的基本结构,该模型为带有EGR系统的增压直喷柴油机一维流体动力学循环仿真模型。在分别固定进气压力和空燃比两种情况下,对EGR影响柴油机燃烧的特性进行了研究。结果表明,在恒定进气压力和EGR温度的情况下,随着EGR率的升高,缸内压力升高率减小,最高缸内爆发压力降低,燃烧放热始点推迟,燃烧峰值放热率升高。EGR导致Soot升高燃油经济性降低。在恒定进气空燃比和EGR温度的情况下,随着EGR率的升高,缸内压力的升高使燃烧放热始点提前,废气的惰性气体特性延缓燃烧成为次要因素。EGR的加入使燃烧恶化放热率降低。缸内的燃烧温度降低,减少了NOx的生成。小EGR率可以改善Soot的排放情况。所以在不同的边界条件下引入EGR的作用不同,在EGR控制策略中,利用控制进气空燃比的EGR控制方法并没有完全利用EGR特性,应该形成分别控制空气质量流量和EGR率的气路控制策略。在恒定EGR率的情况下,EGR温度的升高缩短了燃烧滞燃期,燃烧始点提前放热率峰值降低。最终缸内气体温度升高,NOx排放升高,Soot有轻微的改善,表明为了更好控制EGR系统,应对EGR温度进行控制。     

膜法富氧进气改善直喷式柴油机的起动性能

在一台四冲程直喷式柴油机上进行了富氧进气改善起动性能的试验研究.使用膜法富氧系统为柴油机供应φO2,in=23%,25%和27%的3种富氧气体,实时测量起动过程中缸内压力和烟度、NOx、HC、CO排放,并与φO2,in=21%进气(环境空气)时所测数据进行比较.结果表明:采用富氧进气能够提高柴油机的起动性能,使之更快进入怠速暖机阶段;同时显著降低烟度、HC、CO排放,但NOx排放增加.     

汽车空气滤清器进气阻力分析

为了降低汽车空气滤清器进气阻力,应用计算流体动力学方法建立壳体和滤芯的耦合数值计算模型.利用正交分析方法研究进出气口结构参数对进气阻力的影响规律,总结进气阻力随流量变化的关系式,通过滤芯的流量-压降实验验证数值计算方法的可靠性.结果表明:进气阻力随着流量的增加呈抛物线趋势增加;在额定流量工况下,进气阻力随着出气口面积的增加而减小,负载时最大降幅达到37.2%;进出气口圆角半径越大,进气阻力越小,负载时最大降幅分别达到16.6%和36.2%.     

非公路车辆簧载质量实时估计

针对非公路车辆簧载质量估计问题,提出了一种采用油气弹簧气压测量与车体在线姿态测量相结合进行实时簧载质量估计的方法.建立了基于单筒式油气弹簧的整车7自由度振动模型,利用带遗忘因子的递推最小二乘估计方法对簧载质量进行估计,并以D级道路作为仿真激励进行了仿真实验.研究了递推最小二乘估计中遗忘因子、滤波器参数及车速等因素对质量估计性能的影响,结果表明所提出的质量估计方法具有良好的准确性和实时性.      

基于复影响系数的载重轮胎动平衡机标定算法

动平衡是检测轮胎质量的重要技术指标．研究了载重轮胎动平衡检测设备的核心技术,即系统参数标定算法．针对轮胎一轮辋．主轴动力学系统的复影响系数方程,提出了基于最小二乘的标定算法来解算影响系数．验证实验中在轮辋上安装砝码,来检测参数标定精度,其质量计算误差在±1％的范围内．与传统的参数标定方法相比,本算法能够更有效地消除系统误差的影响,求解得出的影响系数方程能够更准确地表征轮胎不平衡质量与主轴支承振动信号间的对应关系．     

废气入射管道参数对缸内EGR分层的影响

为了在某款摩托车汽油机缸内实现废气再循环 (exhaust gas recirculation,EGR)分层以减少泵气损失,降低NO_x排放,将原有的进气旁通系统改造为EGR系统,使用GT-POWER模型求解出3 000 r/min、60 mg进气量工况下废气入射管道以及进排气道的边界条件和初始条件,并将这些条件导入发动机的CONVERGE模型中进行计算,通过对比不同废气入射管径、不同安装角度、不同安装距离条件下的缸内流动特性、缸内速度场以及缸内废气质量分数分布,确定了最佳废气入射管道参数。结果表明：在3 000 r/min、60 mg进气量工况下,当废气入射管径为5 mm,入射角度为17.5°,安装距离为22 mm时,气缸内能实现EGR分层。     

可变气门升程对涡轮增压缸内直喷汽油机缸内流动特性的影响

采用数值模拟方法对不同最大进气门升程（MVL）下涡轮增压缸内直喷汽油机缸内气体的流动特性进行分析,以掌握变气门升程对缸内流动的影响规律．结果表明,MVL的减小使过进气门中心线的纵截面内的顺时针滚流增强。在120℃A时刻,MVL为7．7mm时截面内气体流动以逆时针滚流为主,而MVL为1．0mm时截面内气体流动以顺时针滚流为主;低MVL有利于进气初期缸内滚流比的提高,而在进气后期及压缩过程中,MVL为1．0mm时缸内滚流比明显低于MVL为7．7mm和4．0mm时的缸内滚流比;随着进气门升程的减小,湍流强度第一个峰值明显升高（MVL为7．7mm时峰值为0．54,而MVL为1．0mm时峰值达1．03）,但小MVL条件下湍流强度衰减较快,在压缩末期3种MVL下的湍流强度差别较小．