增压天然气发动机进气系统分析与优化

为了提高天然气发动机的动力性及经济性,采用有限体积法进行数值计算和分析,以某型号天然气发动机为研究对象,利用一维流体力学仿真软件建立发动机的仿真模型,并通过试验数据进行验证。分析了发动机进气总管长度和直径对发动机性能的影响,并对原机的进气总管结构参数进行优化。结果表明,优化后的发动机最大扭矩提高了540.9 N·m,耗气率降低了5.456 g/(k W·h),而功率与原机基本保持一致。     

Atkinson循环汽油机热力学性能模拟开发及试验研究

对东风汽车某自然吸气发动机的仿真模型进行试验对标,根据阿特金森循环的原理对发动机模型进行压缩比和配气相位的优化计算,最后对原发动机进行改装并开展了性能验证试验。研究结果表明:改进后样机在满足动力性能要求的条件下,中低转速的燃油消耗率相比原机得到了较好的改善,其中部分负荷特征工况点的燃油消耗率降低约2%~4%。     

发动机润滑系统机油泵性能优化

针对发动机台架试验时因机油泵供油量不足引起的拉缸问题,通过Flowmaster仿真计算分析,实现机油泵性能的优化,进而改进原机油泵的设计尺寸,并进行耐久性试验验证。结果表明,当机油泵转子在原机油泵转子厚度基础上加大1.6mm时,连杆喷口处的机油流量达到原发动机的流量指标,发动机未出现拉缸现象。该优化方法实现了分析与试验结果一致,为发动机润滑系统性能优化和工程应用提供理论依据。     

自由活塞发动机关键设计参数及其性能的仿真优化研究

针对拟开发设计的用于混合动力汽车的自由活塞发动机-发电机系统,对其自由活塞发动机的关键设计参数(活塞组件质量、压缩比、点火提前角及其经济性和动力输出特性),进行了仿真优化研究。研究结果表明:经参数优化后的自由活塞发动机标定功率为7.42 kW,相比原机的标定功率提高了1.17 kW;最低燃油消耗率为313.4 g/(kW·h),相比原机节省燃油34%。     

压力自适应活塞在船用发动机上的试验与仿真研究

为兼顾发动机低负荷热效率和高负荷爆震倾向,研制了一种适用于高压缩比的压力自适应活塞。采用试验研究方法在发动机台架上测试了压力自适应活塞对发动机性能的影响,在此基础上采用数值模拟的方法建立了发动机工作过程数值计算模型和爆震模型,研究了活塞头部位移和活塞对缸内压力、燃烧循环波动、燃油消耗率的影响及活塞的爆震抑制性能。台架试验和仿真研究结果表明：通过提高压缩比,在负荷较低时,活塞头部无位移或位移较小,缸内压力相较原机有所提升,燃油消耗率相较原机有所降低,如25%负荷工况下的燃油消耗率相较原机降低了6.67 g/（kW·h）;在负荷较高时,活塞头部位移较大,降低了过高的缸内压力和压力升高率,爆震得到有效抑制,峰值压力循环波动系数的最大降幅为1.11%,100%负荷工况下的爆震诱导时间积分相较原机降低了0.19。     

以功率为目标的汽油机凸轮型线优化研究

建立了基于GT-POWER的车用高速汽油机性能仿真模型,并结合单纯形优化算法,建立了七次多项式动力凸轮的优化设计模型.对进排气凸轮型线控制参数、正时、包角、升程等18个设计变量进行了以功率最大化为目标的综合优化设计.建立了双顶置凸轮轴配气机构多体动力学模型,对优化的进排气凸轮进行配气机构动力学性能评估.计算与试验均表明:通过凸轮型线、配气相位及升程的优化设计,原机功率可以提高4.5%左右.计算表明:进气门凸轮接触应力波动小于原机,排气门的动力学性能与原机相当,台架试验也证明了优化后的配气机构动力学性能是可靠的,并已应用于改进机型批量生产.     

基于近似模型的共轨柴油机喷射系统参数优化研究

基于试验设计理论和响应面近似模型对高压共轨柴油机喷射系统参数进行了优化设计。对FIRE软件中的喷雾与燃烧仿真模型进行了校核与验证,得到了KH-RT喷雾破碎模型参数C2与喷嘴结构参数的关系式,提高了模型的仿真精度。运用中心复合法设计了优化参数的试验计算矩阵,利用FIRE软件进行数值计算。用响应面近似模型技术构造了以经济性为主的综合优化目标函数。利用全局优化与局部优化相结合的优化方法对该近似模型进行了寻优,得到了喷射系统参数的最优组合,大幅度减少了共轨柴油机喷射系统参数设计试验的工作量。与原机相比,经过优化的柴油机燃油消耗率降低了5%,NOx和碳烟排放分别降低了10%和18%。     

基于某型柴油机的天然气发动机性能优化仿真研究

针对基于某型柴油机改造的天然气发动机进行了性能仿真计算研究。通过建立天然气发动机仿真模型,对其结构参数进行了优化计算,并进行了增压器匹配计算。仿真计算得到了优化后的天然气发动机的性能参数,验证了该型柴油机改造为天然气发动机的可行性,并为基于柴油机改造的天然气发动机的性能提升与试验提供了理论依据。     

甲醇发动机一维仿真及不同压缩比下的对比分析

使用GT-POWER对某1.3 T四缸汽油机改制的甲醇发动机进行了仿真计算。首先建立原机(压缩比为9.5)的一维模型,并与试验数据进行对比验证。由于甲醇的辛烷值明显高于汽油,可以提高发动机的压缩比,以提高发动机的动力性和经济性。在原机模型的基础上,以0.5的幅度从9.5逐渐增加压缩比至12,结果表明,发动机并没有出现明显的爆震现象。压缩比提高到11后,发动机的动力性有一定幅度的提升,经济性明显改善;而压缩比提高到12之后,扭矩略有提升,有效甲醇消耗率比压缩比为11时降低的幅度小,但是随之带来的是大负荷时发动机的NOx排放、燃烧噪声、机械负荷和热负荷的增加。     

汽油机动力性能试验设计与多目标优化研究

针对某高速汽油机中低转速工况下动力性能较差的实际问题，分别建立发动机一维模型和三维模型，计算分析导致汽油机在中低转速工况下动力性能差的原因并确定优化参数。在此基础上利用试验设计方法（design of experiment， DOE）分析了多影响因素共同作用对发动机动力性能的影响，随后采用遗传算法对原发动机动力性能进行多目标优化。优化结果显示汽油机在目标转速工况下的转矩和功率都有10%以上的提升，在中低转速工况下的动力性能得到较大提升。最后根据优化结果试制样机并进行台架试验，结果显示在5 000 r/min转速工况下，样机的转矩和功率分别提升29.7%和28.1%，样机相较于原机在中低转速工况下动力性能有较大提升，解决了原发动机在中低转速工况下动力性能较差的实际工程问题。     

某16缸发动机排温不均匀性分析及优化

为解决某16缸发电用柴油机各缸排温不均匀性问题,建立一维热力学模型,仿真分析各缸不均匀性原因,设计使用中间管和定压排气管方案使各缸排气背压一致,改善各缸排温不均匀性,并进一步优化定压管方案。仿真计算表明：柴油机发火顺序和脉冲排气管设计导致各缸排气干涉是各缸排温不均匀的主要原因;中间管方案可以改善各缸排气的相互影响,各缸平均排温极差比原方案降低约28%;定压排气管方案可以改善各缸排气背压不均匀性,各缸平均排温极差比原方案降低约40%;随着定压管总管径的增加,发动机比油耗先减小后增大;采用定压排气管优化方案后的发动机各项指标与原机基本一致,各缸的排温极差降低40%以上,有效改善了各缸排温的不均匀性。     

柴油机高原喷油策略遗传算法优化及罚参数研究

针对高原环境下,涡轮增压柴油机动力性恶化,涡轮增压器喘振、超速和涡轮入口温度上升等问题,提出通过遗传算法优化喷油策略恢复高原功率的方法.在柴油机性能仿真模型的基础上,建立了柴油机高原喷油策略优化模型,设计了遗传算法中选择优良个体的依据——适应度函数,通过仿真研究喷油参数对喘振裕度的影响规律,并结合喷油参数对增压器转速和涡前温度的影响规律,将适应度函数中的罚参数的个数由4个缩减为2个,研究了罚参数对种群分布和优化效果的影响,提出了罚参数取值方法并验证了其合理性.海拔4,km条件下的优化结果显示:标定点功率相对原机提升21%,,恢复至原机平原水平的89.5%;燃油消耗率相对原机降低9.6%,.     

基于模型的Atkinson循环发动机燃油经济性遗传算法优化

提出了一种基于一维发动机仿真模型的Atkinson循环发动机部分负荷燃油经济性优化方法。利用建立的Atkinson循环发动机部分负荷GT-Power仿真模型计算优化问题的目标函数值和非线性约束值,MATLAB执行遗传算法操作,MATLAB和GT-Power模型通过GT-Power/Simulink接口进行数据交换。遗传算法优化变量为节气门开度、进气门正时、排气门正时、空燃比和点火角,而约束条件为等值扭矩、排气温度、缸内废气比例和爆震强度。4000r/min时七个负荷点的试验结果表明:经遗传算法优化后发动机的燃油经济性明显改善,最多改善4.82%。     

车用汽油机流动过程模拟及基于DoE的配气相位优化

以某可变配气定时汽油机为原型,利用BOOST软件建立了流动过程模型并进行标定。运用DoE方法对原机的配气相位进行了优化,获得外特性时对应的最优配气相位。模拟计算显示:发动机采用优化的配气相位后,充气效率和转矩在外特性低速段下,最大优化率达10%。     

基于GT-POWER的二甲醚柴油机性能研究

利用VB编程算出了二甲醚的物性参数,利用MATLAB算出了GT-POWER中各方程的待定系数,利用GT-POWER建立了柴油机燃用二甲醚的仿真模型。在原机标定转速下,进行了变压缩比、供油提前角对二甲醚发动机性能影响的研究,将仿真数据和实验数据进行了对比。结果表明：二甲醚的物性参数及方程中的待定系数计算正确,ZS1100柴油机燃用二甲醚的最佳压缩比为20,供油提前角对二甲醚发动机性能的影响与柴油相似。     

基于模型的高压共轨柴油机电控参数优化

利用MATLAB软件中的Model-Based Calibration(MBC)工具箱对某款高压共轨柴油机的电控系统参数进行经济性标定优化;详细说明了基于模型的标定优化方法的基本流程,包括试验设计、建模、优化等过程;通过台架试验验证了发动机在标定点油耗降低了5%;通过整车道路试验验证了在满足欧三排放法规的前提下,装配该款发动机的公交客车在四、六循环工况下油耗分别下降了4.6% 和5.3%.上述方法成功地优化了原机经济性并节约了时间.     

基于多目标优化的发动机性能模型标定

本文引入多目标优化方法对发动机性能仿真模型进行标定。应用GTpower和ModeFrontier进行多目标优化标定,通过合理选择优化输入变量,以发动机扭矩和发动机比油耗作为目标变量,克服了传统标定方法耗时长,误差大(通常控制在5%以内)的缺点。仿真结果表明,应用多目标优化对性能仿真模型标定不仅具有速度快、精度高、智能化等优点还能提供输入输出相关性分析,为发动机后续设计开发提供技术依据。     

M15发动机性能模拟研究

本文通过GT-Power软件建立模型,模拟了某vvt汽油机的工作过程,分析在汽油机上直接燃用M15燃料时动力性下降的原因,并以恢复原机动力性能为目标进行优化,把优化后的M15发动机与原机性能进行对比,指出优化原汽油机点火提前角可以提高M15发动机的动力性能.     

基于GT-Power模型的发动机进气系统优化

利用GT-Power软件建立了某4缸汽油发动机工作过程仿真模型,在验证了该仿真模型的准确性后,分析计算了进气系统管道长度变化对发动机动力性能的影响,从中找出了其影响的规律,并在该规律的指导下对发动机的进气系统管道长度进行了优化。试验结果表明,进气系统管道长度优化的发动机动力性能达到了厂家的要求。     

天然气发动机可变气门定时的仿真研究

利用GT-Power软件建立了天然气发动机仿真模型,并对其进排气门的配气相位进行优化,研究并预测了配气相位优化前后发动机充量系数及功率的变化规律.对该天然气发动机的计算结果表明,采用可变气门定时(VVT)技术后,发动机的功率有明显提高,尤其是在中低转速时,功率提高达到10%以上,大大改善了发动机的动力性能.