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原文传递柴油机进气系统集成设计若干基础问题研究

论文题名：	柴油机进气系统集成设计若干基础问题研究
关键词：	汽车柴油机;进气系统;测试平台;集成设计;台架试验;数值仿真
摘要：	随着汽车工业的爆炸性发展和环境恶化，“节能减排”已经成为国家“十二五规划”中一项基本国策。对于传统发动机来说，提升燃烧性能是减少各项损耗、回收废弃能量的关键技术，相对于汽油机，柴油机是节能产品。而进气系统是影响柴油机经济性、动力性与排放性能的主要因素。近年来进气系统仍然是研究的热点，但是基于历史和供求关系等原因始终存在一个普遍的问题，即针对进气系统的研究往往是单独和零散的，没有从系统级角度进行整体开发、匹配研究和集成设计，可以认为，目前进气系统的开发设计流程仍不完善。　　作为一种探索性的研究，本文以某型号柴油机作为研究对象，遵循系统级分析的原则，对其进气系统的流动性能、匹配特性以及对整机性能的影响，进行了试验测试与仿真分析。本文主要的研究内容有以下几个方面：　　柴油机进气管理试验平台开发搭建了进气系统综合流动性能检测试验平台，可以实现相关零部件单独性能检测和系统流动性能校核，以此作为进气系统匹配试验和基础数据库建立的基础。　　柴油机进气系统评价方法研究对目前进气系统的性能评价方法进行了对比和分析，研究了目前主流的三种定压差评价方法彼此之间的区别、联系和局限性，在此基础上通过相似原理和能量守恒定律，推导出了通用的评价方法，为后续的进气系统分析提供了评价标准。　　柴油机进气系统试验研究通过对试验系统的标定试验，确定了合理的试验方法，在此基础上对研究对象进行了流动性能试验与结果分析，以期探索进气系统的匹配流动特性以及各零部件对系统流动性能的影响。　　柴油机进气系统仿真分析建立进气系统性能仿真分析平台，力图从系统级角度解释试验现象产生的原因，通过将仿真结果与系统流动性能试验结果及缸内流场可视化试验结果的对比分析，验证了采用仿真分析方法预测进气系统性能的可行性。　　柴油机进气系统对整机效能影响的分析通过与整机性能试验结果的标定，验证了建立的一维整机数值仿真模型的准确性，在此基础上利用数值仿真的方法，探索分析了进气系统性能与整机性能之间联系，有助于建立完整的进气系统设计流程，并基于系统系统设计思想，确定了关键零部件的设计参数的取值方法。　　通过上述研究工作，本文取得了以下主要结论：　　(1)由于压强系数对涡压数的减弱效果，涡压数无法全面衡量进气系统流动性能，采用涡压数和涡流比可以作为通用的进气系统评价参数，为消除独立变量气门升程影响，应采用加权平均的方法；　　(2)涡压数明显受进气零部件的流阻特性影响，涡流比和涡压数的变化步调一致，进气系统的流通特性主要受到进气歧管编号的影响；　　(3)采用S型传递激励函数与RPROP反向误差传递算法的MLP神经网络方法可以预测进气系统的性能，提高进气系统分析效率，平均绝对误差小于3％；　　(4)选用合适的多孔介质参数，仿真计算结果与试验误差小于5％，进气系统仿真分析在小气门升程下偏差较大，随气门升程增加偏差较小，采用加权平均方法计算结果与试验结果偏差小于5％，是否加装气缸盖对进气均匀性结果影响不大，进气均匀性为2.74％；　　(5)采用合适的参数建立一维数值仿真模型分析整机性能，与试验结果相比，在各工况下计算得到的功率、扭矩等性能参数误差均小于5％；　　(6)采用基于零维燃烧模型的一维整机数值模拟方法时，无法校核涡流比变化对整机性能影响，而可以用进气涡压数反映流动损失对整机性能影响很大，对优化设计和系统集成设计十分重要。　　(7)采用系统集成设计的方法分析结果表明，星形空气滤清器的滤纸夹角应处于3～4°；　　本文采用试验测试结合数值仿真分析的方法，研究了一款柴油机的进气系统的流通性能，探讨了进气系统性能评价方法，搭建了进气系统、整机模型的仿真模型及试验平台，为进气系统集成设计和匹配优化奠定了坚实的基础，并提供了一定方向性的指导。
作者：	李佳
专业：	动力机械及工程
导师：	俞小莉
授予学位：	博士
授予学位单位：	浙江大学
学位年度：	2011
正文语种：	中文