天然氣摻氫發(fā)動機平均值模型建模與驗證

【摘要】：隨著汽車工業(yè)快速發(fā)展,傳統(tǒng)內燃機汽車帶來了一系列能源和環(huán)境問題。HCNG發(fā)動機具有超低排放、高效率兩大突出優(yōu)點,是傳統(tǒng)內燃機的理想替代方案。發(fā)動機電控系統(tǒng)的研發(fā),普遍應用基于模型的“V型”開發(fā)模式,燃氣發(fā)動機異于燃油發(fā)動機,針對傳統(tǒng)燃油發(fā)動機的模型不能直接用于燃氣發(fā)動機,建立專門針對HCNG發(fā)動機的仿真模型具有重要的學術和工程應用價值。本文針對燃氣發(fā)動機進氣子系統(tǒng)、燃氣子系統(tǒng)和動力子系統(tǒng)進行了試驗研究、公式擬合以及平均值模型建模與仿真。本文進行了天然氣發(fā)動機試驗,研究了流經(jīng)節(jié)氣門的混合氣流量、進氣歧管壓力、轉速、節(jié)氣門開度等幾個參數(shù)間的關系,得到了3個經(jīng)驗公式,在穩(wěn)態(tài)工況下將計算結果與實驗數(shù)據(jù)進行了對比。針對HCNG發(fā)動機0、20%、55%三種摻氫比,通過試驗研究得到了與濰柴天然氣發(fā)動機一致的進氣規(guī)律。將其中兩個擬合公式各項系數(shù)構造為與摻氫比有關的函數(shù),用該函數(shù)預測30%摻氫比時擬合公式的系數(shù),將系數(shù)代入擬合公式后的計算結果與實驗數(shù)據(jù)吻合較好。研究發(fā)現(xiàn):在相同發(fā)動機轉速條件下,有效扭矩與進入氣缸的混合氣流量存在著較明顯的線性關系,Pman?ηe和Pman?n呈近似線性關系,擬合關系式的一次項系數(shù)和轉速相關聯(lián)。本文構建了HCNG發(fā)動機各子系統(tǒng)模型,完成了HCNG發(fā)動機平均值模型整體建模。仿真結果表明:HCNG發(fā)動機平均值開環(huán)模型誤差大、調節(jié)時間長;平均值模型采用PID控制器閉環(huán)控制,運用工程整定法得到PID控制參數(shù),仿真時調節(jié)時間縮短,誤差減小。本文分別進行了CNG、20%HCNG、55%HCNG發(fā)動機外特性工況閉環(huán)模型仿真,并將20%HCNG發(fā)動機動態(tài)工況仿真結果與實驗數(shù)據(jù)進行對比,穩(wěn)態(tài)和動態(tài)仿真結果表明,本文建立的HCNG發(fā)動機平均值模型仿真結果比較合理,具有重要的學術和工程應用價值。 【關鍵詞】：天然氣摻氫 平均值模型 PID控制 多項式擬合
【學位授予單位】：清華大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：U464
【目錄】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 主要符號對照表8-10
• 第1章 引言10-21
• 1.1 選題背景10-15
• 1.1.1 汽車工業(yè)快速發(fā)展10-11
• 1.1.2 汽車工業(yè)發(fā)展帶來的問題11-13
• 1.1.3 燃氣汽車的發(fā)展13-14
• 1.1.4 研究燃氣發(fā)動機模型的意義14-15
• 1.2 燃氣發(fā)動機平均值模型研究現(xiàn)狀15-19
• 1.3 本文主要研究內容19-21
• 第2章 實驗系統(tǒng)及方案21-26
• 2.1 實驗發(fā)動機21-23
• 2.2 測量系統(tǒng)23-24
• 2.3 摻氫系統(tǒng)24
• 2.4 實驗內容24-25
• 2.5 本章小結25-26
• 第3章 HCNG發(fā)動機進氣子系統(tǒng)實驗與建模26-51
• 3.1 增壓燃氣發(fā)動機進氣系統(tǒng)26-27
• 3.2 濰柴天然氣發(fā)動機進氣試驗與擬合研究27-34
• 3.2.1 流經(jīng)節(jié)氣門處混合氣流量27-29
• 3.2.2 進氣歧管壓力29-30
• 3.2.3 最大進氣歧管壓力30-31
• 3.2.4 經(jīng)驗公式驗證31-34
• 3.3 東風HCNG發(fā)動機進氣試驗與擬合研究34-48
• 3.3.1 CNG發(fā)動機進氣經(jīng)驗公式擬合34-37
• 3.3.2 20%HCNG發(fā)動機進氣經(jīng)驗公式擬合37-39
• 3.3.3 55%HCNG發(fā)動機進氣經(jīng)驗公式擬合39-41
• 3.3.4 HCNG發(fā)動機最大進氣歧管壓力41
• 3.3.5 30%HCNG發(fā)動機實驗驗證41-44
• 3.3.6 進入氣缸的混合氣流量44-48
• 3.4 HCNG發(fā)動機進氣子系統(tǒng)建模48-50
• 3.5 本章小結50-51
• 第4章 HCNG發(fā)動機燃氣子系統(tǒng)實驗與建模51-57
• 4.1 HCNG燃氣平均分子式51-52
• 4.2 當量可燃天然氣流量52-53
• 4.3 過量空氣系數(shù)53-55
• 4.4 HCNG發(fā)動機燃氣子系統(tǒng)建模55-56
• 4.5 本章小結56-57
• 第5章 HCNG發(fā)動機動力子系統(tǒng)實驗與建模57-68
• 5.1 有效效率與進氣歧管壓力的關系58-59
• 5.2 有效效率與轉速的關系59-63
• 5.3 有效效率經(jīng)驗公式擬合63-66
• 5.4 HCNG發(fā)動機動力子系統(tǒng)建模66-67
• 5.5 本章小結67-68
• 第6章 模型仿真與實驗驗證68-78
• 6.1 開環(huán)模型仿真驗證68-69
• 6.2 PID閉環(huán)模型仿真驗證69-72
• 6.3 外特性穩(wěn)態(tài)工況仿真驗證72-75
• 6.4 動態(tài)工況仿真驗證75-76
• 6.5 本章小結76-78
• 第7章 總結與展望78-80
• 7.1 全文總結78-79
• 7.2 工作展望79-80
• 參考文獻80-83
• 致謝83-85
• 個人簡歷、在學期間發(fā)表的學術論文與研究成果85

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