可变气门机构汽油机的进气测量与控制策略研究

论文摘要

基于全可变气门运动机构的气门参数控制燃烧技术是改善传统SI汽油机燃油经济性,提高动力性和降低排放的最为有效的途径之一。但是这也对发动机进气量的测量和控制提出了更高的要求。本文针对基于全可变气门机构汽油机进气量测量和控制问题,通过仿真和试验相结合的方法,开展了热膜式流量计在脉动气流作用下波形信号的特征值分析,全工况范围内气门参数控制SI燃烧进气流量控制的研究以及气门参数调节进气量的响应特性分析研究。通过对比气门参数控制SI燃烧,气门参数控制HCCI燃烧与传统的节气门控制负荷汽油机SI燃烧三种模式下热膜流量计波形特征信号发现:与传统的节气门控制负荷SI燃烧相比,气门参数控制燃烧的进气波形存在较大的脉动,传统的波形处理方法不能满足要求。对于气门参数控制燃烧来说,每循环的进气流量波形存在一个窗口,在该窗口内只需要进行简单的平均算法,就可以与质量流量得到很好的线性关系。该窗口的位置取决于发动机结构参数和运行状态。采用GT-Power仿真软件,通过仿真与试验相结合的手段对可变气门控制下的SI燃烧进行了研究,初步探索了进气门升程和相位对进气量的影响规律和调节方法。通过多维拟和的方法,对经过试验验证的仿真数据进行了精确建模,得到可以用于前馈控制进气量的预测公式,该公式算出的进气量与试验数据有很好的一致性。通过对气门相位及升程动态调整进气量的响应时间进行试验研究发现:当发动机缓加速时,进气控制可以兼顾燃油经济性。而在发动机急加速时,进气控制主要满足动力性需求,并通过对比不同气门参数组合对进气量的调整响应,发现存在一个最快调节进气量的气门参数控制路径,基本满足常用驾驶的需要。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.1.1 能源与环境问题
• 1.1.2 环境与社会对内燃机的要求
• 1.2 发动机可变气门技术的概述
• 1.2.1 可变气门技术的优点
• 1.2.2 国内外可变气门的发展状况
• 1.2.3 可变气门技术的分类
• 1.3 汽油机升程控制负荷的研究
• 1.4 本课题研究的意义和内容
• 第二章 全可变气门发动机试验装置及相关软件
• 2.1 全可变气门发动机试验装置
• 2.1.1 Ricardo单缸试验发动机试验台架
• 2.1.2 发动机外循环控制系统
• 2.1.3 空气流量计及示波器
• 2.2 试验相关软件
• 2.2.1 4VVAS-HCCI发动机燃烧实时分析系统
• 2.2.2 测工机监控软件
• 2.2.3 基于CAN总线的气门状态监控软件
• 第三章 可变气门发动机进气量的试验研究
• 3.1 汽油机进气的测量方式
• 3.1.1 直接测量方式
• 3.1.2 间接测量方式
• 3.2 参考流量的选定
• 3.3 热膜流量计波形的采集及处理方法
• 3.4 热膜式流量计波形及算法研究
• 3.4.1 三种燃烧模式波形比较
• 3.4.2 节气门控制SI燃烧的波形及算法比较
• 3.4.3 气门参数控制SI燃烧的波形及算法比较
• 3.4.4 气门参数控制HCCI燃烧的波形及算法比较
• 第四章 可变气门进气量的控制策略
• 4.1 全可变气门机构汽油机的计算模型
• 4.1.1 发动机仿真建模的发展现状
• 4.1.2 GT-Power简介
• 4.2 全可变气门机构汽油机SI仿真模型
• 4.2.1 模型的介绍
• 4.2.2 试验对模型的验证
• 4.3 基于模型的SI全工况范围进气量的仿真
• 4.3.1 进气门升程对进气量的影响
• 4.3.2 进气门相位对进气量的影响
• 4.4 进气控制时气门相位的调节原则
• 4.4.1 进气门相位对泵气损失的影响
• 4.4.2 进气门相位对燃油经济性的影响
• 4.5 可变气门发动机SI燃烧进气量的控制
• 4.5.1 不同转速下同一个负荷的循环进气量比较
• 4.5.2 SI气门控制升程进气量前馈预测模型
• 4.5.3 升程和相位调节的响应时间
• 4.5.4 加速下进气量的控制
• 第五章 全文总结与工作展望
• 5.1 全文总结
• 5.2 今后工作展望
• 参考文献
• 发表论文和参加科研情况说明
• 参加科研情况说明
• 致谢