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原文传递整车道路循环工况下发动机热功转换过程及排放性能研究

论文题名：	整车道路循环工况下发动机热功转换过程及排放性能研究
关键词：	汽车发动机;热功转换;瞬态性能;能量流;道路循环工况;排放性能
摘要：	随着能源危机和环境污染问题日益严重，人们对车用发动机节能减排的要求也逐步提高。发动机性能的开发及各项参数的优化和标定一般是在稳态工况下完成，而车用发动机绝大部分时间是工作在瞬态工况，其瞬态性能的好坏才是决定发动机实际性能的关键。因此，改善车用发动机瞬态工况下的各项性能是实现汽车节能减排最直接有效的途径。　　目前发动机瞬态工况性能的全面检测分析与性能优化仍然存在较大的困难。主要困难在于：1）由于发动机瞬态性能检测需要基于循环与循环之间的高频检测，导致发动机的部分运行参数难以测量，如缸内残余废气系数、循环喷油量、瞬态扭矩、点火时刻、进排气VVT位置等；2）瞬态工况尤其是整车道路循环工况下发动机性能参数的变化规律、影响因素、以及与运行参数内在联系还不够明确，缺乏指导改善发动机瞬态性能的理论依据。　　本文首先采用单变量扫描试验方法，开展了稳态工况下发动机缸内燃烧过程的定量研究，建立了燃烧特征参数与运行参数之间的定量关系，开发了主要燃烧特征参数的预测模型，为深入研究发动机的瞬态性能提供基础。然后基于本课题组提出的车用发动机瞬态性能在线检测方法及瞬态耗油和瞬态扭矩检测方法，在整车NEDC工况下对车用发动机的瞬态工作过程进行连续检测，展示了NEDC工况下发动机工作性能、能量流、燃烧和排放性能的变化规律。通过对发动机瞬态工况数据进行同步耦合分析，揭示了NEDC工况下发动机能量流分布特性和变化机理以及燃烧与排放性能的变化规律及其影响因素。在此基础上，对瞬态与稳态性能按工作区间进行对比研究，分析了两者之间的偏差程度、变化规律及其影响因素，并提出了改善发动机瞬态性能的方法。本文的主要研究内容及结果如下：　　（1）基于单变量扫描试验结果，开展了稳态工况下发动机缸内燃烧过程特征参数的定量研究。系统分析了过量空气系数、缸内残余废气系数、负荷、进气滚流强度等参数对各阶段燃烧速率的影响程度，建立了 SA-50%燃烧持续期和10-90%燃烧持续期与发动机运行参数之间的定量关系，开发了预测 SA-50%燃烧持续期和10-90%燃烧持续期的半经验模型并进行了试验验证，为后续与瞬态性能对比分析研究提供基础。　　（2）基于整车转鼓试验，开展了冷启动NEDC工况下整车能量流试验研究。建立了NEDC工况下发动机各种形式能量流计算模型，根据试验结果计算得到整车NEDC工况下各种形式能量流；展示了NEDC工况下发动机的有效输出功率、泵气损失、排气损失、冷却液能量流等主要能量流的分布特性及其变化规律。联合NEDC工况下整车与发动机的运行参数，对各种形式能量流进行了影响因素分析，揭示了影响各种形式能量流的主要因素，为改善瞬态工况下发动机能量使用效率提供基础数据和指导，并揭示了NEDC工况下发动机余热回收潜力。　　（3）基于整车 NEDC瞬态试验，开展了整车冷启动 NEDC工况下发动机燃烧及排放性能耦合分析。提出了一种多参数同步比较的方法，采用该方法系统分析了瞬态工况下发动机燃烧和排放性能的主要影响因素，揭示了冷启动、急加速和急减速等工况对发动机燃烧和排放性能的影响程度。建立了整车工况、发动机运行工况和缸内燃烧与热功转换过程特征参数之间的内在联系，为改善整车瞬态燃烧和排放性能提供了理论依据。　　（4）根据台架稳态和整车瞬态试验结果，开展了整车 NEDC瞬态工况和台架稳态工况下发动机热力学、燃烧和排放性能的对比研究。提出了一种基于相同工作区间的对比方法，将冷启动NEDC瞬态工况与台架稳态工况下的燃烧和排放性能参数按工作区间进行对比分析，展示了发动机瞬态性能与稳态性能的差异程度及其变化规律，揭示了稳态性能优于瞬态性能的主要原因在于瞬态工况下的主要控制参数偏离目标值较大，得出了精确控制发动机的瞬态控制参数能直接有效地改善其瞬态性能的结论。　　以上研究结果不仅对发动机稳态工况燃烧性能的变化规律和影响机理进行了拓展，也对发动机瞬态工况下能量流、燃烧及排放性能的变化规律与影响因素进行了系统研究和深入分析，是对发动机瞬态性能研究的完善与丰富，总结得出的结论为改善车用发动机的瞬态性能提供了理论指导和数据支持。
作者：	朱国辉
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：	2017
正文语种：	中文