基于冷却液温度MAP的天然气发动机电控冷却系统研究

论文摘要

冷却系统是发动机的重要组成部分,对发动机的动力性、经济性和可靠性有较大影响。现代发动机采用更加紧凑的设计和具有更大的升功率,强化程度越来越高,对冷却系统的要求也越来越高。电子控制技术的应用提高了发动机的整体性能,有利于节约能源和保护环境。随着环保政策、能源政策限制力度的加大,发动机的电子控制正在快速地向电气化、智能化方向推进,冷却系统也正由传统机械式向电控方向发展。因此,开展发动机电控冷却系统的优化控制研究具有重要的理论意义,为电控冷却系统实际应用打下基础。本文以EQRN375型液化天然气发动机为研究对象,进行基于冷却液温度的LNG发动机综合性能优化设计；开展了不同冷却液温度对发动机性能影响的试验研究,从60℃到90℃选取四个温度水平进行发动机全工况性能试验,通过优化设计获得该型发动机的最佳冷却液温度MAP,以此作为发动机电控冷却系统的控制依据；根据发动机冷却系统的结构及工作过程,运用集总参数法建立发动机冷却系统的数学模型；设计了取消节温器、水泵风扇分别电控化的电控冷却系统型式；分别运用机械驱动式冷却系统模型和电控冷却系统模型,对一台发动机的起动过程进行仿真计算,与Flowmaster仿真结果进行对比,并进行暖车试验验证。搭建发动机电控冷却系统试验装置；由于发动机电控冷却系统数学模型的非线性,运用反馈线性化方法将其线性处理；进行基于冷却系统数学模型的两输入两输出控制系统仿真和试验研究；考虑到模糊控制技术不依赖于被控对象的精确数学模型,能够克服非线性因素的影响,分别设计了基本模糊控制器和变论域模糊控制器,进行发动机冷却液温度模糊控制试验研究。提出传热稳态时发动机电控冷却系统的总体能耗优化设计的可行性,然后以换热器热计算方法作为手段,对电控冷却系统进行能耗优化设计和试验；通过发动机热平衡试验比较了机械驱动式冷却系统、带电控硅油离合器风扇冷却系统和电控冷却系统对发动机性能影响的差异,结果表明配备电控冷却系统的发动机经济性最好,配备机械冷却系统的发动机经济性最差。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题研究背景
• 1.2 选题目的和意义
• 1.3 国内外研究现状及发展趋势
• 1.4 论文主要研究内容
• 2 基于冷却液温度的LNG发动机综合性能优化设计
• 2.1 发动机综合性能优化模型
• 2.2 发动机最佳冷却液温度的确定方法
• 2.3 LNG发动机不同冷却液温度的试验研究
• 2.4 不带风扇时的最佳冷却液温度MAP
• 2.5 本章小结
• 3 发动机冷却系统建模及电控型式设计
• 3.1 基于两节点集总参数法的冷却系统建模
• 3.2 基于FLOWMASTER的冷却系统建模
• 3.3 冷却系统模型仿真及试验
• 3.4 冷却系统电控型式设计及建模
• 3.5 电控冷却系统仿真及试验
• 3.6 发动机全工况热平衡试验研究
• 3.7 本章小结
• 4 冷却液温度控制系统设计
• 4.1 发动机电控冷却系统试验装置设计
• 4.2 电控冷却系统非线性控制设计
• 4.3 非线性控制仿真及试验
• 4.4 本章小结
• 5 发动机冷却液温度智能控制系统设计
• 5.1 模糊控制器的原理及设计步骤
• 5.2 基本模糊控制器设计及试验
• 5.3 变论域模糊控制器设计及试验
• 5.4 带风扇的发动机不同冷却液温度试验
• 5.5 本章小结
• 6 发动机电控冷却系统能耗优化设计与试验
• 6.1 传热稳态时冷却系统能耗优化设计
• 6.2 冷却系统能耗优化计算与试验
• 6.3 不同冷却系统配置时发动机热平衡试验
• 6.4 本章小结
• 7 结论与展望
• 7.1 结论
• 7.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录1 攻读博士学位期间发表的主要论文
• 附录2 攻读博士学位期间参与的主要科研项目