电控CNG发动机增压匹配的仿真计算与优化分析

论文摘要

由柴油机改装的火花塞点燃式天然气发动机与原机相比,动力性会有所下降,当天然气发动机采用稀燃技术后,功率会有进一步的损失,从而增压中冷技术就成为改善天然气发动机动力性的必要手段。于是,天然气发动机与增压器的匹配也就成为一项非常重要的工作。本文首先应用发动机一维模拟软件GT-POWER建立了WT615电控CNG发动机的工作过程计算模型,仿真计算结果与实验结果吻合良好。在此基础上,选取原机具有代表性的四个工况点研究了发动机与增压器的匹配,建立了WT615电控CNG发动机与增压系统的联合运行线,并对外负荷和最大扭矩点转速不同负荷进行了分析,仿真结果显示在外负荷和最大扭矩点转速较高负荷时WT615电控CNG发动机与增压器匹配较好。本文对发动机的进排气系统、燃烧系统、增压系统等的结构参数和发动机的运行参数进行了变参数研究,分析了不同参数对发动机增压效果以及动力性、经济性的影响其规律,研究了发动机增压效果对不同参数的依赖程度,结果表明:发动机增压效果对压缩比、放气阀直径、排气歧管直径、进气总管直径等结构参数和进气门凸轮定时角、排气门凸轮定时角、过量空气系数、中冷器内壁温度等运行参数的依赖程度比较大。然后选定充气效率为目标函数,以涡轮进口温度为约束条件,分别选取压缩比、放气阀直径、排气歧管直径、进气总管直径和进气门凸轮定时角、排气门凸轮定时角、过量空气系数作为寻优变量进行了优化研究,获得了相应参数的最优组合。

论文目录

• 致谢
• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 选题的背景及意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 国外增压技术的研究现状
• 1.2.2 国内增压技术的研究现状
• 1.3 课题主要研究内容及方法
• 第二章 电控CNG增压发动机工作过程的物理数学模型
• 2.1 CNG增压中冷发动机的物理模型
• 2.1.1 中冷器
• 2.1.2 进气系统
• 2.1.3 气缸
• 2.1.4 排气系统
• 2.1.5 涡轮增压系统
• 2.2 气缸内工作过程数学模型的建立
• 2.2.1 基本假设
• 2.2.2 气缸内热力过程的基本微分方程
• 2.2.3 燃烧放热规律的计算
• 2.2.4 变工况时的燃烧放热率计算
• 2.2.5 传热规律的计算
• 2.2.6 进排气阀的流量计算
• 2.3 进排气管中一维非定常流动的数学模型
• 2.3.1 简化条件
• 2.3.2 守恒方程
• 2.3.3 一维非定常流动数学模型的求解方法
• 2.3.4 管道摩擦和传热计算数学模型
• 2.5 废气涡轮增压器的数学模型
• 2.5.1 涡轮增压器的能量传递分析
• 2.5.2 压气机特性参数计算
• 2.5.3 涡轮特性参数计算
• 2.6 中冷器性能参数计算数学模型
• 2.6.1 中冷器的基本性能参数
• 2.6.2 中冷器的计算
• 本章小结
• 第三章 电控CNG增压发动机仿真模型的建立
• 3.1 概述
• 3.2 模拟计算软件介绍
• 3.2.1 GT-Power软件的模型数据库组织体系
• 3.2.2 GT-Power数据库的主要类别
• 3.2.3 GT-Power模型所处状态的层次结构
• 3.2.4 GT-Power软件仿真模拟计算流程
• 3.3 电控CNG增压发动机仿真模型的建立
• 3.3.1 原机参数
• 3.3.2 进排气歧管建模
• 3.3.3 仿真模型的建立
• 3.3.4 参数设置
• 3.4 仿真模型的验证
• 本章小结
• 第四章 增压器与电控CNG发动机的匹配研究
• 4.1 增压器与电控CNG发动机的匹配
• 4.1.1 压气机与电控CNG发动机的匹配
• 4.1.2 涡轮与电控CNG发动机的匹配
• 4.1.3 涡轮与压气机的匹配
• 4.1.4 电控CNG发动机与增压器的匹配
• 4.2 增压器与电控CNG发动机的联合运行线
• 4.2.1 外特性时的联合运行线
• 4.2.2 最大扭矩点转速时不同负荷的联合运行线
• 本章小结
• 第五章 发动机结构运行参数对增压效果的影响
• 5.1 主要结构参数的变参数研究
• 5.1.1 进排气系统结构参数对增压效果的影响
• 5.1.2 配气机构参数对增压效果的影响
• 5.1.3 增压系统结构参数对增压效果的影响
• 5.1.4 中冷器结构参数对增压效果的影响
• 5.1.5 压缩比对增压效果的影响
• 5.2 主要运行参数的变参数研究
• 5.2.1 环境温度对增压效果的影响
• 5.2.2 中冷后空气温度对增压效果的影响
• 5.2.3 过量空气系数对增压效果的影响
• 5.2.4 喷气温度对增压效果的影响
• 5.2.5 喷气时刻对增压效果的影响
• 5.2.6 配气定时对增压效果的影响
• 5.2.7 燃烧子模型参数对增压效果的影响
• 5.3 主要结构运行参数变化的敏感性分析
• 5.3.1 敏感性分析概述
• 5.3.2 增压效果对结构参数的敏感度分析
• 5.3.3 增压效果对运行参数的敏感度分析
• 本章小结
• 第六章 发动机增压效果的优化仿真研究
• 6.1 优化算法
• 6.2 主要结构参数的优化分析
• 6.2.1 寻优变量的选择
• 6.2.2 目标函数
• 6.2.3 约束条件
• 6.2.4 优化过程及优化结果
• 6.3 主要运行参数的优化分析
• 6.3.1 寻优变量的选择
• 6.3.2 目标函数
• 6.3.3 约束条件
• 6.3.4 优化过程及优化结果
• 本章小结
• 第七章 全文总结及工作展望
• 7.1 全文总结
• 7.2 工作展望
• 参考文献
• 附录A: JP90S涡轮增压器压气机特性曲线相关数据
• 附录B:进排气门凸轮型线数据
• 作者简历
• 学位论文数据集