車用發(fā)動(dòng)機(jī)混合渦輪增壓系統(tǒng)的研究.pdf

1、博士學(xué)位論文車用發(fā)動(dòng)機(jī)混合渦輪增壓系統(tǒng)的研究作者:趙付舟指導(dǎo)教師:常思勤教授南京理工大學(xué)2010年3月博士論文車用發(fā)動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)中實(shí)現(xiàn)節(jié)能和環(huán)保目的的重要部件。針對(duì)車用發(fā)動(dòng)機(jī)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(shù)，包括旁通放氣、渦輪流通面積調(diào)節(jié)、相繼增壓和混合渦輪增壓等?；旌蠝u輪增壓技術(shù)是近年來備受發(fā)達(dá)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(shù)，其原理是在

2、渦輪增壓器轉(zhuǎn)軸上集成一個(gè)既能電動(dòng)又能發(fā)電的高速電機(jī)，具有重要的研究價(jià)值。按照輕型車用增壓柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的匹配要求，對(duì)增壓發(fā)動(dòng)機(jī)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(chǔ)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(jī)通過制動(dòng)發(fā)電或電動(dòng)驅(qū)動(dòng)來及時(shí)調(diào)節(jié)增壓系統(tǒng)的廢氣能量，從而改善增壓發(fā)動(dòng)機(jī)的特性。確定控制模型后就需要對(duì)混合增壓系統(tǒng)的總體布置方案進(jìn)行探討，為建模分析與設(shè)計(jì)打下基礎(chǔ)。模擬計(jì)算是發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)的有效工

3、具，因此需要建立渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)值模型。根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)邊界條件和各個(gè)部件的熱力學(xué)模型建立了廢氣旁通增壓發(fā)動(dòng)機(jī)計(jì)算模型，并通過試驗(yàn)檢驗(yàn)數(shù)值模型的有效性。通過修改普通增壓柴油機(jī)模型中的增壓系統(tǒng)部分可以得到混合渦輪增壓柴油機(jī)計(jì)算模型，并用于發(fā)動(dòng)機(jī)穩(wěn)態(tài)工況的仿真分析。利用模型計(jì)算得到了混合渦輪增壓系統(tǒng)的能量調(diào)整策略，并對(duì)增壓系統(tǒng)參數(shù)優(yōu)化和排氣提前角調(diào)整進(jìn)行了研究?；旌蠝u輪增壓系統(tǒng)能量流的分析對(duì)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(luò)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(yù)測(cè)控制。瞬態(tài)工況是增壓發(fā)動(dòng)機(jī)的一個(gè)重要研究領(lǐng)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(guān)鍵參數(shù)調(diào)整對(duì)瞬態(tài)工況的影響，并采用模糊PID控制技術(shù)對(duì)混合渦輪增壓系統(tǒng)模型進(jìn)行控制效果仿真。仿真結(jié)果證實(shí)了本文進(jìn)行的參數(shù)調(diào)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(jì)算確定主要結(jié)構(gòu)參數(shù)后就可以對(duì)混合渦輪增壓系統(tǒng)的零部件結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)。把系統(tǒng)

5、分為轉(zhuǎn)子、軸承、密封、冷卻水腔以及電機(jī)等幾個(gè)部分，對(duì)各個(gè)部分分別進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)，并最終設(shè)計(jì)出虛擬樣機(jī)。對(duì)具體結(jié)構(gòu)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(duì)轉(zhuǎn)子的臨界轉(zhuǎn)速振動(dòng)情況進(jìn)行計(jì)算。振動(dòng)計(jì)算結(jié)果可以檢驗(yàn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性，并為試驗(yàn)臺(tái)試驗(yàn)和裝配發(fā)動(dòng)機(jī)提供有用的數(shù)據(jù)。為了了解樣機(jī)的性能，采用氣動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)作為試驗(yàn)裝置對(duì)新研制的混合渦輪增壓系統(tǒng)進(jìn)行了各項(xiàng)試驗(yàn)，包括軸系振動(dòng)試驗(yàn)、等壓氣機(jī)流量試驗(yàn)、機(jī)械效率試驗(yàn)、加速試驗(yàn)、熱負(fù)荷試驗(yàn)以及