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原文传递节能赛车发动机电控系统匹配研究与仿真分析

论文题名：	节能赛车发动机电控系统匹配研究与仿真分析
关键词：	赛车发动机;电控系统;仿真模型;空燃比;点火提前角
摘要：	本文以本田WH1152FMI单缸四冲程发动机为研究对象，针对该发动机的结构和性能特点，基于燃油经济性对节能竞技赛车所采用的一款化油器式发动机进行电控改造,进行包括总体方案设计、燃油喷射方式的确定、进气量的测量、各传感器选型、单片机选型、执行器选型、赛车运行工况模式的确定、喷油点火控制等。发动机采用电控技术后,喷油脉宽和点火提前角均可根据发动机工况的变化进行精确的匹配和调整，实现降低油耗和提高发动机动力性的双重目标。本文基于实验与模拟相结合的方法对发动机特性进行了研究分析。　　采用一维模拟仿真软件 AVL BOOST软件建立了单缸四冲程发动机仿真模型，对 BOOST喷油模型、点火模型、节流阀模型组件中部分参数进行了标定。在此基础上进行了 BOOST仿真性能曲线的输出，将仿真与实验的发动机特性数据进行了对比，将误差控制在5.5％之内，较好的模拟了发动机的运行，为发动机性能模拟和参数优化奠定基础。　　研究了空燃比对发动机的性能影响以及目前空燃比的主要控制方法，不同运行工况下对空燃比的要求。为了得到更好的燃油经济性，本次仿真模拟与电控标定实验共设定了两种空燃比控制方案，全加速工况恒定空燃比控制与加速工况不同速度区间设定变空燃比控制，得到不同工况下的油耗与速度特性的发动机MAP图，并就两种方案进行了BOOST模拟仿真对比，为后续实际标定工作提供参考和依据。　　在电控改造发动机的基础上对空燃比、点火提前角进行了基本的标定实验，进行了包括完善空燃比控制策略以及对点火提前角的匹配研究设计，并在实际跑道上进行调试和油耗测试实验，验证了电控改造后优于化油器式的性能效果，实验结果表明，小负荷工况下，以25%节气门开度为例，经过改造后的发动机动力最高可提升17.6%，功率最高提升至1.85K·w，扭矩最高提升至5.32N·m；大负荷工况下，以70%节气门开度为例，经过改造后的发动机动力最高可提升19.6%，功率最高提升至5.31K·w，扭矩最高提升至8.51Nm。　　最后，为弥补实际标定实验的不足之处，利用 BOOST仿真分析软件分别研究了在小负荷与大负荷工况下发动机比油耗以及动力性随点火提前角的变化特性，为下一步对点火提前角的精确优化奠定基础。利用多学科优化软件 Isight得出以燃油经济性最优为优化目标的具体工况下的点火提前角。经过最终模拟优化后的最小点火提前角为22.4 oCA，在低负荷高转速下，此时的发动机点火提前角最大，为34.2 oCA，在此基础上完成了优化后点火角的MAP图构建。最后将优化结果参数带入原发动机BOOST仿真模型对优化后的结果进行验证，并以25%与70%发动机负荷为代表进行了优化后的效果说明。参数进一步精确优化后，在节气门全开时发动机最高功率为6.76Kw（7000r/min），最大扭矩为10.4N·m（4000r/min），经济转速为5000r/min。结果显示较好的实现了燃油经济性与动力性的双重提升，基本达成了本次发动机电控升级改造与参数优化的目的。
作者：	秦真涛
专业：	机械工程
导师：	彭美春;何旭辉
授予学位：	硕士
授予学位单位：	广东工业大学
学位年度：	2017
正文语种：	中文