車(chē)用發(fā)動(dòng)機(jī)瞬變工況運(yùn)行與性能參數(shù)連續(xù)檢測(cè)及熱功轉(zhuǎn)換過(guò)程研究.pdf

1、車(chē)用發(fā)動(dòng)機(jī)絕大部分時(shí)間工作在瞬變工況，其實(shí)際熱效率與穩(wěn)態(tài)臺(tái)架測(cè)試性能水平相差較大。因此，改善車(chē)用發(fā)動(dòng)機(jī)瞬變工況下熱功轉(zhuǎn)換效率是實(shí)現(xiàn)汽車(chē)節(jié)能環(huán)保最直接、有效的途徑，具有很大的節(jié)能潛力與實(shí)用價(jià)值，對(duì)于我國(guó)節(jié)約能源和保護(hù)環(huán)境、實(shí)現(xiàn)汽車(chē)節(jié)能減排的目標(biāo)意義深遠(yuǎn)。
　　但是瞬變工況下車(chē)用發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒與熱功轉(zhuǎn)換過(guò)程狀態(tài)和變化歷程的在線辨識(shí)以及運(yùn)行參數(shù)的實(shí)時(shí)調(diào)整是一個(gè)尚未解決的難題。困難在于兩個(gè)方面：1）從參數(shù)辨識(shí)的角度上，沒(méi)有檢測(cè)速度與精度能同

2、時(shí)滿足要求的方法；2）從參數(shù)控制的角度上，由于對(duì)諸運(yùn)行參數(shù)的影響機(jī)理和共性規(guī)律的認(rèn)識(shí)不夠深入從而缺乏參數(shù)調(diào)整、糾偏的理論依據(jù)。
　　論文基于課題組提出的采用動(dòng)態(tài)壓力傳感器實(shí)測(cè)與氣體動(dòng)力學(xué)/熱力學(xué)過(guò)程模-數(shù)耦合、聯(lián)立求解的多參數(shù)同步辨識(shí)方法，開(kāi)發(fā)了相應(yīng)的實(shí)機(jī)應(yīng)用技術(shù)（以軟件的形式來(lái)實(shí)現(xiàn)），并在一臺(tái)先進(jìn)車(chē)用發(fā)動(dòng)機(jī)上進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證，實(shí)現(xiàn)了對(duì)車(chē)用發(fā)動(dòng)機(jī)瞬變工況下多項(xiàng)參數(shù)連續(xù)檢測(cè)。本論文致力于解決以下幾個(gè)關(guān)鍵、共性理論問(wèn)題：1）為該檢測(cè)方法尋

3、求快速、精準(zhǔn)的氣體動(dòng)力學(xué)與熱力學(xué)控制方程的數(shù)值求解方法；2）在對(duì)大量檢測(cè)（或?qū)崪y(cè)）數(shù)據(jù)進(jìn)行深入分析的基礎(chǔ)上，破解瞬變狀態(tài)下運(yùn)行參數(shù)對(duì)性能參數(shù)的影響機(jī)理并總結(jié)共性規(guī)律；3）將瞬變工況下性能參數(shù)的變化規(guī)律及影響因素與穩(wěn)態(tài)情況進(jìn)行對(duì)比，找到瞬態(tài)性能與穩(wěn)態(tài)性能出現(xiàn)差異性的原因；4）揭示瞬變工況下發(fā)動(dòng)機(jī)各缸工作性能的差異性并解釋其影響機(jī)理；5）對(duì)典型工況（區(qū)域）和過(guò)渡工況下缸內(nèi)工作過(guò)程和燃燒放熱規(guī)律進(jìn)行分析，從深層次解釋產(chǎn)生這種現(xiàn)象（如燃燒惡化等

4、）的原因，以及運(yùn)行參數(shù)對(duì)燃燒特征參數(shù)和燃燒放熱規(guī)律的影響。
　　論文的研究結(jié)果表明：
　　1）無(wú)論是在穩(wěn)態(tài)工況還是瞬變工況，點(diǎn)火提前角都對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的熱功轉(zhuǎn)換效率起著決定性的作用。實(shí)測(cè)（檢測(cè)）結(jié)果發(fā)現(xiàn)，該發(fā)動(dòng)機(jī)在急減速工況點(diǎn)火提前角出現(xiàn)急劇下降甚至出現(xiàn)負(fù)值，導(dǎo)致指示熱效率很低。實(shí)現(xiàn)對(duì)瞬變工況下點(diǎn)火提前角的精準(zhǔn)控制，是保證和優(yōu)化發(fā)動(dòng)機(jī)瞬變工況性能的前提。
　　2）在瞬變工況下，負(fù)荷（或IMEP）對(duì)高壓循環(huán)指示熱效率的影響程度

5、與穩(wěn)態(tài)工況下是不一樣的。在穩(wěn)態(tài)工況下，負(fù)荷對(duì)高壓循環(huán)指示熱效率的影響很?。坏窃谒沧児r下，當(dāng)IMEP小于4bar時(shí)，高壓循環(huán)指示熱效率隨IMEP的增加而迅速增加；當(dāng)IMEP大于4bar后，高壓循環(huán)指示熱效率隨IMEP基本不變。
　　3）在瞬變工況下，中低負(fù)荷時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)PMEP近似等于進(jìn)排氣壓力差，此時(shí)與穩(wěn)態(tài)的情形基本一致；高速高負(fù)荷時(shí)，PMEP遠(yuǎn)大于此時(shí)的進(jìn)排氣壓力差并且呈現(xiàn)較大的波動(dòng)。
　　4）RGF的變化規(guī)律及其影響因素

6、為：VVT對(duì)缸內(nèi)RGF的調(diào)節(jié)（或控制）有一定的效果。表現(xiàn)為：在中低負(fù)荷區(qū)域氣閥重疊角與RGF隨循環(huán)數(shù)的變化形態(tài)比較相似，但是變化的幅度不相等。怠速時(shí)氣閥重疊角為0，但RGF還是比較高；在高速高負(fù)荷區(qū)域無(wú)論氣閥重疊角怎么變化，RGF幾乎不變。這說(shuō)明負(fù)荷（或進(jìn)氣壓力）對(duì)缸內(nèi)RGF起著更為重要的作用。瞬變工況下RGF受負(fù)荷（或進(jìn)氣壓力）的影響為主，受VVT的調(diào)節(jié)為輔。
　　5）瞬變工況下各缸工作性能差異性的根源在于進(jìn)排氣的不均勻。進(jìn)氣壓

7、力波的分布不均導(dǎo)致各缸進(jìn)氣量以及瞬時(shí)空燃比的不均勻；排氣壓力的波動(dòng)導(dǎo)致缸內(nèi)殘余廢氣以及RGF出現(xiàn)各缸差異性。高速高負(fù)荷時(shí)引起充氣效率偏差的最主要因素不是進(jìn)氣平均壓力，而是壓力波。
　　6）發(fā)動(dòng)機(jī)指示熱效率是各種運(yùn)行參數(shù)綜合影響的結(jié)果。指示熱效率極差的工作循環(huán)出現(xiàn)在點(diǎn)火提前角較低（或非常低）且RGF較高的區(qū)域。此時(shí)循環(huán)變動(dòng)比較大，燃燒極不穩(wěn)定。當(dāng)點(diǎn)火提前角非常小甚至出現(xiàn)負(fù)值時(shí)，較小的過(guò)量空氣系數(shù)由于能加快燃燒速度，反而使發(fā)動(dòng)機(jī)出現(xiàn)較