車用發(fā)動機混合渦輪增壓系統(tǒng)的研究.pdf

1、博士學位論文車用發(fā)動機混合渦輪增壓系統(tǒng)的研究作者:趙付舟指導教師:常思勤教授南京理工大學2010年3月博士論文車用發(fā)動機混合渦輪增壓系統(tǒng)的研究摘要增壓系統(tǒng)是車用發(fā)動機中實現(xiàn)節(jié)能和環(huán)保目的的重要部件。針對車用發(fā)動機與渦輪增壓器存在的穩(wěn)態(tài)工況和瞬態(tài)工況匹配問題，涌現(xiàn)出越來越多的增壓技術，包括旁通放氣、渦輪流通面積調節(jié)、相繼增壓和混合渦輪增壓等?；旌蠝u輪增壓技術是近年來備受發(fā)達國家青睞的一種能較好解決傳統(tǒng)增壓方案固有缺陷的新型技術，其原理是在

2、渦輪增壓器轉軸上集成一個既能電動又能發(fā)電的高速電機，具有重要的研究價值。按照輕型車用增壓柴油發(fā)動機的匹配要求，對增壓發(fā)動機廢氣能量的定性分析可以得到增壓系統(tǒng)廢氣能量分析模型。在廢氣能量分析模型基礎上提出了混合渦輪增壓系統(tǒng)控制模型。在這種控制模型中電機通過制動發(fā)電或電動驅動來及時調節(jié)增壓系統(tǒng)的廢氣能量，從而改善增壓發(fā)動機的特性。確定控制模型后就需要對混合增壓系統(tǒng)的總體布置方案進行探討，為建模分析與設計打下基礎。模擬計算是發(fā)動機設計的有效工

3、具，因此需要建立渦輪增壓發(fā)動機數(shù)值模型。根據(jù)發(fā)動機邊界條件和各個部件的熱力學模型建立了廢氣旁通增壓發(fā)動機計算模型，并通過試驗檢驗數(shù)值模型的有效性。通過修改普通增壓柴油機模型中的增壓系統(tǒng)部分可以得到混合渦輪增壓柴油機計算模型，并用于發(fā)動機穩(wěn)態(tài)工況的仿真分析。利用模型計算得到了混合渦輪增壓系統(tǒng)的能量調整策略，并對增壓系統(tǒng)參數(shù)優(yōu)化和排氣提前角調整進行了研究?；旌蠝u輪增壓系統(tǒng)能量流的分析對合理分配增壓系統(tǒng)能量份額和改善增壓系統(tǒng)的性能具有重要意義

4、。采用GRNN神經(jīng)網(wǎng)絡映射表明這種方法適合穩(wěn)態(tài)工況下混合增壓系統(tǒng)的映射預測控制。瞬態(tài)工況是增壓發(fā)動機的一個重要研究領域，因此本文通過建立混合渦輪增壓系統(tǒng)的瞬態(tài)模型仿真分析了增壓系統(tǒng)關鍵參數(shù)調整對瞬態(tài)工況的影響，并采用模糊PID控制技術對混合渦輪增壓系統(tǒng)模型進行控制效果仿真。仿真結果證實了本文進行的參數(shù)調整以及模糊PID控制都有利于混合增壓系統(tǒng)瞬態(tài)特性的改善。在仿真計算確定主要結構參數(shù)后就可以對混合渦輪增壓系統(tǒng)的零部件結構進行設計。把系統(tǒng)

5、分為轉子、軸承、密封、冷卻水腔以及電機等幾個部分，對各個部分分別進行詳細設計，并最終設計出虛擬樣機。對具體結構參數(shù)已經(jīng)確定的混合渦輪增壓系統(tǒng)，可以利用有限元分析方法對轉子的臨界轉速振動情況進行計算。振動計算結果可以檢驗結構設計的合理性，并為試驗臺試驗和裝配發(fā)動機提供有用的數(shù)據(jù)。為了了解樣機的性能，采用氣動試驗臺作為試驗裝置對新研制的混合渦輪增壓系統(tǒng)進行了各項試驗，包括軸系振動試驗、等壓氣機流量試驗、機械效率試驗、加速試驗、熱負荷試驗以及