本文關鍵詞：柴油機EGR控制參數(shù)優(yōu)化方法研究

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【摘要】：柴油機具有熱效率高和動力性強,可靠性、耐久性好的優(yōu)勢,然而柴油機的排放一直是被廣泛詬病的問題。柴油機尾氣中的氮氧化物(NOx)和顆粒物(Soot)對人體和大氣環(huán)境都有相當程度的危害。尤其在我國北方日趨嚴重的霧霾環(huán)境下,機動車的排放對環(huán)境影響和社會影響巨大。NOx的生成與排放主要受缸內溫度、氧濃度、反應時間的影響,與發(fā)動機噴油參數(shù)、進氣參數(shù)、燃燒室參數(shù)等有關。目前采用的廢氣再循環(huán)(EGR)技術是降低柴油機NOx排放的最有效措施之一,但同時也對柴油機的動力性、燃油經濟性、碳煙排放帶來不同程度的負面影響。大量研究證明,冷EGR技術和靈活的高壓噴射技術對改善柴油機排放,降低燃油消耗率具有顯著作用。但大部分研究是結合一種或兩種參數(shù)進行優(yōu)化,鮮見綜合考慮各種參數(shù)變化,并結合不同工況的優(yōu)化方案研究。本文以一臺小排量電控高壓共軌柴油機為對象,采用EGR技術與噴油技術結合,通過利用在GT-Power軟件中建立的DIPulse燃燒模型,研究在EGR率和EGR溫度、主噴提前角、噴油壓力的協(xié)同作用下,柴油機燃燒、性能及排放的變化。探究EGR控制參數(shù)和噴油參數(shù)對缸內壓力、瞬時放熱率峰值、排放物生成的關系。最終,綜合各種性能變化,利用遺傳優(yōu)化算法,給出各參數(shù)的優(yōu)化匹配方案,為后續(xù)EGR控制策略設計提供理論依據(jù)。本文主要的研究工作如下:1.本文以增壓共軌柴油機為對象,構造EGR系統(tǒng),搭建試驗臺架,進行了不同工況下EGR對柴油機燃燒排放特性影響的試驗研究,采集試驗數(shù)據(jù)用以發(fā)動機模型的建立與校驗。2.在GT-Power軟件中利用DIPulse準維燃燒模型和整機模型,分析了各個經驗參數(shù)對燃燒過程的影響;通過對經驗參數(shù)的標定,研究典型工況下在不同EGR率時,EGR溫度、主噴油提前角以及噴油壓力對缸內燃燒狀態(tài)和排放的影響關系。3.采用Matlab建立遺傳算法,將多目標的優(yōu)化問題轉化為一個目標多種限制條件的優(yōu)化問題,約束邊界通過罰函數(shù)的設立在模型中加以體現(xiàn)。最后通過Matlab與GT-Power的聯(lián)合計算,尋找到各工況下滿足排放要求的EGR參數(shù)與噴油參數(shù)組合。結果表明:在低轉速小負荷下可以使用較高的EGR率以實現(xiàn)NOx的減排,同時提前噴油相位、增加噴油壓力,以抑制EGR引起的Soot生成增多,并彌補輸出轉矩的損失;在高轉速的中高負荷,為保持轉矩輸出的穩(wěn)定,必須使用較小的EGR率,推遲噴油。
【關鍵詞】：廢氣再循環(huán)EGR DIPulse燃燒模型 遺傳算法
【學位授予單位】：北京理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TK421
【目錄】：

• 摘要3-5
• Abstract5-10
• 第1章 緒論10-20
• 1.1 引言10-11
• 1.2 柴油機排放污染物生成機理及控制措施11-14
• 1.2.1 柴油機NOx與Soot生成機理11-13
• 1.2.2 柴油機NOx與Soot控制措施13-14
• 1.3 EGR技術14-16
• 1.4 柴油機噴油策略16-18
• 1.4.1 變噴油提前角16-17
• 1.4.2 多次噴射17-18
• 1.5 本文研究的主要內容和意義18-20
• 第2章 EGR試驗平臺建立20-35
• 2.1 EGR系統(tǒng)設計20-25
• 2.1.1 EGR系統(tǒng)布置20-21
• 2.1.2 EGR率計算方法21-24
• 2.1.3 EGR冷卻系統(tǒng)24-25
• 2.2 試驗裝置及設備25-26
• 2.3 電控標定系統(tǒng)26-27
• 2.4 EGR率對柴油機性能及排放影響的試驗研究27-34
• 2.4.1 EGR率對燃燒過程的影響29-33
• 2.4.2 EGR率對排放的影響33-34
• 2.5 本章小結34-35
• 第3章 增壓共軌柴油機建模與模型校驗35-54
• 3.1 GT-POWER軟件介紹35
• 3.2 柴油機物理模型分析35-39
• 3.2.1 進排氣系統(tǒng)36
• 3.2.2 進氣中冷系統(tǒng)36-37
• 3.2.3 氣缸系統(tǒng)37
• 3.2.4 渦輪增壓系統(tǒng)37-39
• 3.2.5 廢氣再循環(huán)系統(tǒng)39
• 3.3 GT-Power燃燒模型分析39-47
• 3.3.1 DIPulse燃燒模型概述40-45
• 3.3.2 排放子模型45-47
• 3.4 燃燒模型標定47-50
• 3.4.1 燃燒參數(shù)標定47-49
• 3.4.2 柴油機整機模型的建立49-50
• 3.5 整機模型的校驗50-52
• 3.6 本章小結52-54
• 第4章 EGR溫度和噴油參數(shù)對燃燒和排放的影響分析54-66
• 4.1 EGR溫度對燃燒和排放影響54-58
• 4.1.1 EGR溫度對燃燒過程的影響54-57
• 4.1.2 EGR溫度對排放影響57-58
• 4.2 不同主噴時刻對燃燒和排放的影響58-62
• 4.2.1 主噴時刻對燃燒過程的影響58-61
• 4.2.2 主噴時刻對排放的影響61-62
• 4.3 噴射壓力對燃燒和排放的影響62-65
• 4.3.1 噴油壓力對燃燒過程的影響62-64
• 4.3.2 噴油壓力對排放的影響64-65
• 4.4 本章小結65-66
• 第5章 基于遺傳算法的EGR參數(shù)尋優(yōu)66-81
• 5.1 遺傳算法原理66-67
• 5.2 遺傳算法模型的建立67-70
• 5.2.1 適應度函數(shù)67-69
• 5.2.2 懲罰函數(shù)69-70
• 5.3 遺傳算法的實現(xiàn)70-76
• 5.3.1 種群初始化71-72
• 5.3.2 染色體迭代運算72-74
• 5.3.3 優(yōu)化結果輸出74-76
• 5.4 遺傳算法優(yōu)化結果的分析與驗證76-80
• 5.5 本章小結80-81
• 第6章 結論與展望81-83
• 6.1 全文總結81-82
• 6.2 創(chuàng)新點82
• 6.3 展望82-83
• 參考文獻83-86
• 攻讀學位期間發(fā)表論文與研究成果清單86-87
• 致謝87

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