EGR汽油发动机部分负荷下性能优化研究

论文摘要

随着全球能源问题和环境问题的日益突出，各国对发动机的能耗要求和排放要求也越来越严格。发动机在部分负荷下，引入EGR（Exhaust Gas Recirculation）将一部分废气经过冷却后重新引入进气管，增加了进气管的压力和气缸的充气效率，从而降低了部分负荷下的BSFC（Brake Specific Fuel Consumption），同时EGR降低了气缸内的氧浓度，降低了缸内最高燃烧温度，抑制了NOx的生成，是一项可以同时提高部分负荷下燃油经济性和改善NOx排放性能的有效措施。本文首先建立了G15发动机的GT-power模型并进行了标定，对G15发动机添加了EGR及其控制系统，分析了EGR率对发动机的动力性影响并确定了发动机的优化区间。随后分析了发动机在部分负荷下进排气门正时角，点火提前角和EGR率对发动机BSFC的影响，并引进免疫遗传算法，对发动机在该工况下的BSFC进行优化。得出了优化后的发动机在部分负荷下的BSFC特性图，结果表明优化后的BSFC特性图的燃油经济性有明显提高。随后，为了应对越来越严格的排放法规，本文利用多目标优化算法同时优化部分负荷下的BSFC和NOx排放量。采用了改进的多目标遗传算法NSGA-II，在NSGA-II的基础上添加了精英保持策略程序和去重复个体程序，得出了关于发动机BSFC和缸内最高燃烧温度的Pareto前沿面。多目标优化结果可以看出，发动机的经济性和NOx排放性能是两个相互制约的性能指标，但优化结果可以供设计者作参考，设计者可以根据当前排放要求在Pareto前沿面上选择发动机的最佳油耗运行点。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 提高汽油发动机的燃油经济性
• 1.3 汽油机部分负荷下工作状况
• 1.4 汽油机废气再循环（EGR）
• 1.4.1 EGR 对汽油机部分负荷下 BSFC 的影响
• x排放的影响'>1.4.2 EGR 对 NO_x排放的影响
• 1.4.3 EGR 的缺点
• 1.4.4 汽油机 EGR 研究现状
• 1.5 本论文的主要工作
• 第2章 发动机 GT-power 模型的建立
• 2.1 GT-suite 仿真软件简介
• 2.2 GT-power 计算理论基础
• 2.2.1 模拟计算基本假设
• 2.2.2 缸内热力计算基本方程
• 2.3 模型边界条件
• 2.4 GT-power 仿真模型的建立及标定
• 2.5 部分负荷下 EGR 发动机稳态模型及其控制系统的建立
• 2.6 EGR 对发动机动力性能影响分析
• 2.7 本章小结
• 第3章 基于免疫遗传算法的发动机部分负荷下 BSFC 优化
• 3.1 免疫遗传算法
• 3.1.1 遗传算法
• 3.1.2 免疫遗传算法
• 3.2 优化模型的建立
• 3.2.1 优化变量的选择及其对发动机 BSFC 的影响分析
• 3.2.2 优化函数
• 3.2.3 带 EGR 控制模块的 Simulink 与 GT-power 耦合仿真模型
• 3.3 免疫遗传算法优化计算过程及结果
• 3.3.1 免疫遗传算法的基础设置
• 3.3.2 免疫遗传算法的计算流程
• 3.3.3 免疫遗传算法的计算结果
• 3.4 汽油机多工况下 EGR 率优化结果分析
• 3.5 本章小结
• x排放性能优化'>第4章 基于多目标遗传算法的发动机经济性与 NO_x排放性能优化
• 4.1 优化方法
• 4.1.1 多目标优化问题
• 4.1.2 多目标优化遗传算法
• 4.1.3 传统 NSGA-II 的缺点以及本文对 NSGA-II 的改进
• 4.2 优化模型的建立
• 4.2.1 优化变量对缸内最高温度的影响分析
• 4.2.2 优化函数的建立
• 4.2.3 双目标输出的 Simulink 与 GT-power 耦合仿真模型
• 4.3 NSGA-II 优化算法的计算过程及结果
• 4.4 多目标优化结果分析
• 4.5 本章小结
• 结论与展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录 攻读学位期间所发表的学术论文目录