现代汽车涡轮增压新技术的应用与开题报告概要

(2)国内外研究现状、水平和发展趋势:发动机增压技术是随着增压器技术的发展而发展的。所以发动机增压技术的进步可以从增压器的发展过程看出。发动机增压器于上世纪初问世，随着技术的发展，发动机增压器的应用也日益普遍，类型上从刚开始的机械增压发展到废气涡轮增压甚至是双增压，应用上也从柴油机逐步发展到汽油机。同时，随着研发技术的不断创新和生产工艺的不断提高，发动机涡轮增压技术有了很大的提高，与未增压发动机相比扭矩提升效果明显。大中功率的柴油机都已经采用了发动机增压技术，中小功率的使用增压技术的也超过75%，汽油机增压在近几年也超过60%,并且呈上升趋势[12, 13]。国外的汽油机涡轮增压技术开始于20世纪80年代初期，并且由于柴油机的技术积累，涡轮增压技术在汽油机上得到了迅速的发展和完善。到了20世纪90年代欧美和日本生产的汽油机已有将近30%都采用了增压技术，同时国际中的汽油机增压技术普及率达到了15%。到了21世纪初，采用涡轮增压技术的汽油机普及率达到了50%，在汽油机涡轮增压技术方面，日本、德国、美国技术较为领先。由于我国整体轿车工业起步较晚，我国的汽油机涡轮增压技术目前相对落后于国外。我国20世纪90年代开始研究汽油机增压，并在CA-10B和DG26100-12机型上取得成功。2000前后，清华大学，吉林大学等几家高校也相继进行汽油机增压研究。近十年来，我国汽油机增压技术不断发展，增压性能不断提高。现在，国内也在大力发展汽油机涡轮增压，国内很多汽车厂商如吉利、一汽、上汽等都有完全知识产权的涡轮增压汽油机产品。涡轮增压汽油机已经成为了汽油机发展的趋势。目前，国内外已经有大量的有关涡轮增压发动机设计和研究的成果发表，主要集中在涡轮增压器匹配，涡轮增压发动机性能优化及方法，涡轮增压发动机控制策略等。江淮汽车公司的胡必谦进行了涡轮增压汽油机的匹配研究，他把增压器的匹配分为方案和性能5大内容进行方案匹配决定设计路线,性能匹配决定设计目标是否能够完成,两者缺一不可。文章指出，增压器选型是最为重要的过程,需要综合性能目标(功率、扭矩)、增压器效率(燃油经济性),高原运行工况和发动机运行安全性等方面考虑,选择各项性能俱佳的增压器。广西大学的李露露等以GT-POWER软件为研究工具，对废气涡轮增压汽油机的配气相位进行优化研究。在不同工况下，分析计算进排气门开启角度。经过分析优化配气相位后，废气涡轮增压汽油机性能得到了提高。杨国旗LJ465Q-2A型汽油发动机曲轴进行结构分析与增压强化设计，以满足汽油机增压改造中主要部件强度和刚度的设计要求。哈尔滨工程大学的宗立君在东安发动机DA465Q发动机（0.9升）的基础上开发一款涡轮增压发动机。为解决发动机增压后导致的爆震严重，热负荷高等不良现象，他们对发动机的点火系统，润滑冷却系统，进排气系统等进行了改进。涡轮增压发动机样机的台架试验结果表明，最大扭矩增加了50%左右，性能达到1.3升自然吸气发动机的水平，而高转速范围内的油耗降低了15.8%左右。考虑到涡轮增压器在发动机低速时转速低增压效果低，发动机进气量少从而降低了输出扭矩，周广猛等总结了提高涡轮增压发动机低速扭矩的几种技术措施，即辅助增压，主要有机械增压和涡轮增压复合增压技术和电辅助涡轮增压技术，和小涡轮技术，主要指减小涡轮惯量，以及可变结构涡轮增压器技术，主要有可变喷嘴涡轮增压技术和可变涡轮喉口截面技术等。例如，图1.2所示，为大众汽车的机械和涡轮双增压发动机示意图，在低速范围时，机械增压工作以提升低速扭矩。Börje Grandin等研究了在涡轮增压发动机的高负荷时应用稀混合气和用冷却EGR稀释的混合气代替一般的浓混合气以抑制爆震和降低排气温度的潜力。他们的研究结果表明，这两种方案都是浓混合气的可能的替代方案，且两种方案的燃油经济性都明显改善。采用冷却EGR稀释时，和浓混合气相比，CO和HC都明显减少，而采用稀燃时的CO和HC更少，但和EGR相比，NOx较多。Wirth M等[9]研究指出，若不和其它技术联合，期望的汽油直喷技术的20-25%的潜力只有10-15%能发挥出来。当汽油直喷技术和涡轮增压小排量方案和推迟进气阀关闭策略相结合时，可以实现高达28%的燃油经济性改善潜力。此外，他们的研究还表明，增压使得NOx限制的分层操作可以扩展到更高的负荷水平，约为7bar IMEP。
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毕业设计开题报告
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设计题目：现代汽车涡轮增压新技术的应用及分析
指导本课题的研究意义，国内外研究现状、水平和发展趋势
(1)研究意义:随着汽车保有量的不断增加，由汽车引起的环境污染和能源消耗越来越严重。因此，无论政府还是民众都希望汽车既能够保证最优的燃油经济性和最低的尾气排放，又能满足驾驶员对驾驶舒适性和动力性的追求。为满足上述要求，汽车工程师和学者们提出了很多新技术来提高汽车发动机的性能。例如，涡轮增压、可变气门正时、废气再循环等，其中涡轮增压可在不增加发动机排量的同时，大幅度提高发动机的功率和扭矩。一台发动机装上涡轮增压器后，其输出的最大功率与未装增压器相比，可增加大约30％甚至更多，因此涡轮增压技术得到了汽车生产厂商的大力推广及学者们的广泛研究。本文以四缸涡轮增压汽油发动机为研究对象，采用以扭矩需求为中心的控制思想，对涡轮增压汽油发动机进行了气路建模和控制算法研究。首先在平均值建模的机理下，结合汽车工程中常用map，搭建了机理/map混合描述的涡轮增压汽油机气路系统模型。其次，为了保证模型的精度，在高精度发动机动力学仿真软件en DYNA中进行了模型的验证。再次，设计了包含节气门开度规划跟踪控制器和涡轮排气阀控制器的气路控制系统，从而在实现发动机的扭矩需求的同时，保证了涡轮增压后压力能够保持在其限压值附近。最后，在仿真软件中进行了仿真分析，仿真结果验证了本文设计的涡轮增压气路控制系统的合理性和正确性。综上，本文对涡轮增压汽油机气路系统的模型推导、气路控制系统设计以及仿真分析等方面都给出了详细的分析和讨论，并且通过仿真结果验证本文所设计的气路控制系统的有效性。