混合动力汽车用发动机的仿真与优化设计研究

【摘要】： 全球性经济危机对汽车工业造成严重的影响,日益突出的能源短缺与环境污染问题,使得汽车行业面临新的挑战。混合动力汽车已经成为当今汽车行业发展的必然选择。采用传统的Otto循环汽油机已经不能满足混合动力汽车的需求了。Atkinson循环发动机以其堪比柴油机的高效率已经成为混合动力汽车用发动机的新方向。 本论文首先应用一维模拟软件GT-POWER建立了混合动力用汽油机工作过程仿真模型,并对其性能进行了仿真计算,计算结果与实验结果吻合较好,验证了仿真模型的正确性。并在此基础上,根据Atkinson循环原理指导,进行了压缩比与配气相位的优化,提出了最佳的压缩比与配气相位设计方案。其次研究了发动机的进、排气系统参数对充气效率等性能参数的影响,进气系统参数包括:进气总管长度、容积腔容积、进气歧管长度和直径,排气系统参数包括:排气总管长度与直径、排气歧管长度与直径。同时对这些参数进行了优化设计,并提出了改进意见。 最后,将仿真工作得到的优化设计方案应用于发动机,对原发动机进行改进,并对改进后的发动机进行台架试验,包括速度特性试验、负荷特性试验,同时分析试验结果,并将试验结果与优化设计方案计算结果进行了对比。结果表明,优化设计方案达到预期目标。 【关键词】：混合动力汽车 发动机 Atkinson循环 仿真计算 发动机试验
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：U464
【目录】：

• 致谢5-6
• 中文摘要6-7
• ABSTRACT7-11
• 1 绪论11-22
• 1.1 课题研究的背景及意义11-13
• 1.2 国内外研究现状13-17
• 1.2.1 混合动力汽车整车的研究现状13-15
• 1.2.2 混合动力汽车用发动机的研究现状15-16
• 1.2.3 Atkinson循环研究现状16-17
• 1.3 发动机数值模拟的研究与发展概况17-20
• 1.3.1 仿真计算的特点17-18
• 1.3.2 燃烧模型18-19
• 1.3.3 计算方法19
• 1.3.4 模拟工具19-20
• 1.4 本课题的主要研究工作20-21
• 1.4.1 混合动力汽车用发动机的优化设计20-21
• 1.4.2 进行混合动力汽车用发动机的台架试验21
• 1.5 研究目标21-22
• 2 发动机模型的建立及验证22-38
• 2.1 GT-POWER软件简介22-23
• 2.2 发动机工作过程仿真模型23-30
• 2.2.1 流体流动模型23-28
• 2.2.2 燃油喷射模型28
• 2.2.3 燃烧模型28-30
• 2.2.4 发动机摩擦模型30
• 2.3 模型的建立30-35
• 2.3.1 建模步骤30-31
• 2.3.2 发动机基本参数的确定31
• 2.3.3 模型参数的确定31-33
• 2.3.4 建立模型33-35
• 2.4 仿真模型的准确性验证35-37
• 2.5 本章小结37-38
• 3 发动机压缩比与配气相位的优化38-55
• 3.1 概述38-40
• 3.1.1 降低内燃机燃油消耗率的方法分析38-39
• 3.1.2 Atkinson循环概念与原理39-40
• 3.1.3 压缩比分析40
• 3.2 压缩比优化40-46
• 3.2.1 确定允许的压缩压力40-41
• 3.2.2 压缩比与进气门关闭角的关系41-42
• 3.2.3 压缩比与进气门关闭角的优化42-46
• 3.3 配气相位优化46-53
• 3.3.1 排气门开启角优化47-49
• 3.3.2 气门重叠角49-53
• 3.4 本章小结53-55
• 4 发动机进、排气系统优化设计55-69
• 4.1 进气管参数对充气效率的影响56-63
• 4.1.1 进气总管长度对充气效率的影响56-57
• 4.1.2 容积腔容积对充气效率的影响57-59
• 4.1.3 进气歧管长度对充气效率的影响59-62
• 4.1.4 进气歧管管径对充气效率的影响62-63
• 4.2 排气管参数对充气效率的影响63-68
• 4.2.1 排气歧管长度对充气效率的影响64-65
• 4.2.2 排气歧管管径对充气效率的影响65-66
• 4.2.3 排气总管长度对充气效率的影响66-67
• 4.2.4 排气总管管径对充气效率的影响67-68
• 4.3 本章小结68-69
• 5 发动机优化设计方案试验验证69-78
• 5.1 试验概述69-71
• 5.1.1 试验目的69
• 5.1.2 发动机台架试验要求69-70
• 5.1.3 试验装置70-71
• 5.2 试验过程及结果分析71-75
• 5.2.1 试验过程71-72
• 5.2.2 试验结果分析72-75
• 5.3 对比分析75-76
• 5.4 本章小结76-78
• 6 结论与展望78-82
• 6.1 结论78-80
• 6.2 展望80-82
• 参考文献82-85
• 作者简历85-89
• 学位论文数据集89

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