混合动力汽车用Atkinson循环发动机的燃油经济性研究

【摘要】：伴随着国际原油价格的节节攀升和我国石油进口依存度的逐渐加重,耗油大户汽车行业的节能减排压力已经迫在眉睫。由于传统内燃机和纯电动车的种种缺点和不足,集成二者优点的混合动力汽车已经成为汽车未来发展的必由之路。由于传统Otto循环发动机是针对传统燃油汽车设计的,它已经不能很好的适应和满足混合动力汽车对于燃油经济性能的苛刻要求,而节能高效的Atkinson循环发动机因其本身固有的特点和优势已经成为了越来越多得混合动力汽车的新宠。本文通过采用模拟和试验相结合的方法,重点研究了Atkinson循环发动机的燃油经济性能。 首先,通过BOOST软件对目标发动机系统建立发动机一维仿真模型,并对模型的准确性与试验进行对比验证;然后在经验证的模型基础上进行分析计算,获得几何压缩比、气门正时、膨胀比等因素对发动机性能的影响规律,并优化出了实现Atkinson循环所需要的几何压缩比和气门正时;为了探索进气系统参数对Atkinson循环发动机性能的影响规律,分别对进气歧管长度、直径和进气稳压腔容积进行优化分析,比较了不同情况下对发动机性能的影响程度;最终给出了合理的Atkinson循环发动机的基本参数。 然后,根据前期仿真优化的结果,针对本文研究的目标发动机采用进气门与电子节气门协同控制负荷、进气VVT灵活调节发动机有效排量等技术在某型号1.8L DVVT Otto循环发动机的基础上,通过变更活塞、进气VVT等主要零部件的结构与位置,将原机改造成了Atkinson循环发动机;随后将经过改造的发动机进行台架标定试验,得到了发动机经标定优化后的相关控制参数。 在完成Atkinson循环发动机标定试验的基础上,继续进行发动机的性能试验,得出了Atkinson循环发动机相关的性能数据结果,并与原机1.8L Otto循环发动机的燃油经济性能进行对比分析后得出:改造后的Atkinson循环发动机在动力性下降不到10%的前提下,其250g/(kW?h)的经济油耗区的覆盖比例由原机的3.55%增加到38.10%,燃油经济性水平获得大幅提升;而且比油耗为250g/(kW?h)经济油耗区基本上覆盖了混合动力汽车用发动机常用的运行工况范围,充分保证了混合动力汽车的节油水平;在此基础上,继续对Atkinson循环发动机的缸内燃烧参数与原机进行对比分析,为进一步掌握Atkinson循环发动机的工况运行特点和节油机理,探索更优化的结构设计方案和控制策略提供了可靠依据。 【关键词】：混合动力汽车 Atkinson循环 燃油经济性 数值模拟 标定试验 性能试验
【学位授予单位】：天津大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：U469.7;U467.2
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-8
• 第一章 绪论8-20
• 1.1 课题研究的背景及意义8-11
• 1.2 国内外研究发展现状11-16
• 1.2.1 混合动力汽车的研究发展现状11-13
• 1.2.2 Atkinson 循环发动机的研究发展现状13-16
• 1.3 课题研究的理论基础16-18
• 1.3.1 Atkinson 循环发动机的高膨胀比优势16-17
• 1.3.2 Atkinson 循环发动机的低泵气损失优势17-18
• 1.4 课题主要研究内容18-20
• 1.4.1 Atkinson 循环发动机的模拟仿真与优化设计研究18-19
• 1.4.2 Atkinson 循环发动机燃油经济性的试验研究19-20
• 第二章 Atkinson 循环发动机的模拟仿真优化设计研究20-41
• 2.1 BOOST 发动机仿真模型的建立20-26
• 2.1.1 仿真软件介绍20-21
• 2.1.2 建立BOOST 模型及模型的验证21-26
• 2.2 实现Atkinson 循环发动机的优化计算26-39
• 2.2.1 研究方法26-28
• 2.2.2 几何压缩比和进气推迟角的优化计算研究28-31
• 2.2.3 膨胀比的优化计算研究31-34
• 2.2.4 进气系统的影响程度计算研究34-39
• 2.3 本章小结39-41
• 第三章 Atkinson 循环发动机的试验设计与台架标定41-58
• 3.1 试验概述41-43
• 3.1.1 试验对象41-42
• 3.1.2 试验执行标准42
• 3.1.3 试验条件42-43
• 3.2 试验准备43-46
• 3.2.1 发动机准备43-45
• 3.2.2 台架准备45
• 3.2.3 油耗仪测试一致性校准45-46
• 3.3 试验设计46-50
• 3.3.1 Atkinson 循环控制策略结构46-48
• 3.3.2 标定试验点的选取48
• 3.3.3 拟定的标定方案48-50
• 3.4 Atkinson 循环发动机标定试验过程和结果50-57
• 3.4.1 标定系统50-52
• 3.4.2 标定方法52-53
• 3.4.3 标定结果53-57
• 3.5 本章小结57-58
• 第四章 Atkinson 循环发动机燃油经济性的试验研究58-76
• 4.1 Atkinson 循环的实现58-59
• 4.2 Atkinson 循环与原机有效排量、有效压缩比对比59-61
• 4.3 Atkinson 循环与原机的外特性性能对比61-63
• 4.4 Atkinson 循环与Otto 循环发动机的万有特性对比63-66
• 4.4.1 Atkinson 循环发动机与原1.8L Otto 循环发动机的对比63-65
• 4.4.2 Atkinson 循环发动机与某1.5L Otto 循环发动机的对比65-66
• 4.5 Atkinson 循环与原机燃烧特性对比分析66-75
• 4.5.1 节油效果明显工况点的对比分析67-72
• 4.5.2 发动机运行典型工况点的对比分析72-75
• 4.6 本章小结75-76
• 第五章 全文总结与今后工作建议76-80
• 5.1 全文总结76-78
• 5.2 课题完成中存在的不足和今后工作建议78-80
• 参考文献80-84
• 发表论文和参加科研情况说明84-85
• 致谢85

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