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原文传递车用柴油机性能的共性规律研究及瞬态工况测评

论文题名：	车用柴油机性能的共性规律研究及瞬态工况测评
关键词：	汽车柴油机;热功转换性能;燃烧效率;扭矩参数;油耗率;瞬态工况
摘要：	柴油机相较于汽油机，具有有效热效率更高、扭矩特性更好、二氧化碳排放更低的优势，因此，乘用车柴油化是实现汽车节能减排最有效的技术路线之一。　　概念设计的结果决定了新品柴油机的开发方向与未来的市场竞争力。由于车用柴油机引入的技术日趋复杂，从而影响其性能的设计以及运行参数也在不断增多，且各参数对于柴油机动力性、经济性、排放性的影响方式和程度不尽相同，部分参数之间还互为关联、相互影响、有些甚至互相矛盾，因此在新品柴油机的开发过程中，待优化变量的维度巨大，参数的优化将耗费大量的人力物力。　　另外，作为移动式内燃动力之一，车用柴油机的性能开发与运行参数的优化标定，通常是在稳态试验台上完成的，而其实际使用工况又大部分是瞬变工况，瞬变工况性能决定了移动式内燃动力的实际使用性能。因此，对车用柴油机实际使用工况下的燃烧过程的状态辨识及其影响参数的提炼、影响方式的共性规律总结及相应智能控制及纠偏技术的应用，也是新品柴油动力车辆开发过程中为达到节能减排目标所急需解决的难点问题之一。　　本论文致力于攻克以上几个方面的关键科学问题。主要研究内容和研究结果总结如下: 　　(1)采用先进的AVL发动机台架测试系统，对四款先进的车用柴油机开展了详细的试验研究，获得了较为全面的柴油机运行参数和性能参数MAP。通过对试验数据的二次开发，分析、总结得到了不同类型柴油机性能参数的变化规律和关键影响因素。根据柴油机的实际工作情况，修正了IMEP的计算式，提出了进气参数K和缸内稀释参数L的概念，破解了稳态工况下柴油机动力性(IMEP)、排放性（NOx及PM）、燃烧性能参数（燃烧效率、燃烧持续期、燃烧品质参数）等随转速、负荷、过量空气系数、EGR等变化的共性规律。　　(2)分析了影响柴油机热功转换过程的关键参数，并导出了柴油机燃烧效率随过量空气系数变化的共性规律。将本研究团队提出的有效膨胀效率的概念拓展到柴油机缸内热功转换效率的量化方程上，并在四台先进柴油机上进行了验证。结果表明:该量化方程计算得到的柴油机指示热效率与试验值匹配程度很高，四台柴油机的偏差均在5％以内。通过建立柴油机的指示热效率与过量空气系数、燃烧效率、绝热效率及有效膨胀效率之间的量化关系，进一步细化了柴油机动力性及经济性的控制方程，拓展了同类、不同排量的柴油机之间进行参数移植的范围。　　(3)采用“瞬时实测信号+稳态插值仿真”的方法，解决了瞬变工况下柴油机扭矩及瞬时油耗率由于传感器的安装困难导致的难以在线、精准检测的问题，并与实测结果进行了对比验证，实现了对柴油机瞬变过程多参数的同步、连续、精准测量，为柴油机变工况下性能的检测、评价与分析提供了一种简便但精准的方法。　　(4)运用以上开发的柴油机瞬变工况下运行及性能参数的连续检测方法，针对一台车用2.8T增压柴油机，系统地开展了稳态工况下的万有特性试验，以及瞬变负荷试验研究。通过实测信号与软件耦合仿真相结合，展示了相同工况下，稳态与瞬态过程性能表现的异同点，找出了导致两者产生性能差异的关键影响参数，并基于以上总结的柴油机性能与设计及运行参数之间内在联系的共性规律及量化方程，评价了柴油机变工况下缸内燃烧及热功转换过程的优劣，为标定参数的纠偏提供了方向。
作者：	夏言
专业：	机械工程
导师：	刘敬平
授予学位：	博士
授予学位单位：	湖南大学
学位年度：	2016
正文语种：	中文