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二冲程制动性能与整车制动特性模拟研究

二冲程制动性能与整车制动特性模拟研究

作者：刘历海大连理工大学

学位级别：硕士

主制动器长时间、频繁工作易出现“热衰退”现象,是我国重型车辆事故发生的主要原因之一。随着节能减排要求不断提升,采用天然气发动机的重型载货载货汽车不断增加。这类低压缩比发动机的制动功率较低,亟需对发动机的制动性能进行定量... 详细信息

主制动器长时间、频繁工作易出现“热衰退”现象,是我国重型车辆事故发生的主要原因之一。随着节能减排要求不断提升,采用天然气发动机的重型载货载货汽车不断增加。这类低压缩比发动机的制动功率较低,亟需对发动机的制动性能进行定量评估并探索提升低压缩比发动机制动性能的方法。此外,还需研究长下坡重型载货汽车整车制动特性,为后续整车制动控制策略研究提供理论指导。本文基于GT-power搭建了潍柴WP12六缸涡轮增压发动机的一维工作过程模型,进行了制动类型、压缩比、海拔高度、环境温度、燃烧室壁温等因素对二冲程制动的制动性能影响研究。搭建了恒速下坡整车的受力模型,基于发动机制动性能数据,进行了车辆质量、停缸数等因素对整车制动安全性的评估。得到以下结论:(1)发动机压缩比的降低,海拔高度、环境温度的升高均会降低制动性能,而燃烧室壁温升高对提升制动功率有利;提高压缩比和采用二冲程制动是解决低压缩比发动机制动功率不足,尤其是高海拔下的进一步大幅降低的有效措施。(2)无论发动机压缩比和使用环境如何,二冲程制动均能大幅度提高制动性能,并且其可运行转速范围不受涡轮增压器危险区的限制。对于低压缩比(11.6)发动机,较四冲程减压制动而言,二冲程制动功率提升69.6～80.5%,最大缸压始终远低于6.0MPa。(3)对低压缩比发动机的制动性能进行定量评估并探索提升制动性能的方法,结果表明:对于更大余隙容积的低压缩比发动机,适当增加压缩释放排气门最大升程(Compression Release Maximum Lift,RML)并相应地优化其他气门运行参数,可以大幅度提高制动功率;与采用四冲程减压制动且RML为1.5 mm的高压缩比(17)发动机相比,采用二冲程制动低压缩比(11.6)发动机,RML取2.5mm,对应的制动功率提高约50-60%,最大缸压降低约20-25%。(4)基于恒速下坡整车的受力模型,通过推导与计算,对上述因素对整车层面的制动特性研究分析后发现:车辆质量的增加会极大地提高整车制动的风险性,海拔高度、环境温度等因素实际上对整车制动性能影响不大,尤其是车辆载重量较大的情况下;发动机低压缩比对整车制动安全性有明显损害;二冲程制动模式的车辆制动安全性远优于四冲程减压制动模式,且能提高车辆运输能力;低压缩比发动机制动性能改进措施对整车制动性能有明显改善,证明了措施的有效性;采用发动机制动分级制动可以扩展车辆安全制动行驶的工况范围,以满足不同的制动能力需求。

关键词：二冲程制动压缩比海拔高度重型卡车

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发动机二冲程制动性能仿真研究

发动机二冲程制动性能仿真研究

作者：王鑫大连理工大学

学位级别：硕士

近几年,我国公路运输业发展迅速,重型卡车的年销量逐年增加,同时安全问题也变得更加严峻,尤其是行驶在长下坡路段时,频繁地使用行车制动器,容易导致制动摩擦片的温度快速升高,制动性能急剧下降。发动机辅助制动可以在车辆下坡过程中持... 详细信息

近几年,我国公路运输业发展迅速,重型卡车的年销量逐年增加,同时安全问题也变得更加严峻,尤其是行驶在长下坡路段时,频繁地使用行车制动器,容易导致制动摩擦片的温度快速升高,制动性能急剧下降。发动机辅助制动可以在车辆下坡过程中持续产生制动功率,降低行车制动器的使用频率,提高车辆的下坡速度,保障车辆和人员的安全。因此,发动机辅助制动技术成为了研究热点。本文阐述了发动机拖动、排气制动、泄气制动、减压制动、燃烧制动和二冲程制动的工作原理及实现过程,并建立了发动机二冲程制动工作过程的数学模型。以某型号15.3L增压中冷柴油机为研究机型,应用GT-Power软件建立了发动机二冲程制动的仿真计算模型,并验证了模型的准确性。首先,研究了发动机转速和气门运行参数对二冲程制动功率的影响,并根据制动功率的变化趋势优化气门运行参数,结果表明:在相同的气门运行参数下,随着发动机转速的提高,二冲程制动功率增大;在相同的发动机转速下,气门的参数变量存在较优值,使得二冲程制动功率较大;随着发动机转速的提高,参数变量的较优值呈规律性变化。其次,对比了不同发动机辅助制动在原机模型上产生的制动功率,结果表明:发动机拖动产生的制动功率最小,排气制动和泄气制动产生的制动功率为发动机拖动的二倍,减压制动产生的制动功率为发动机拖动的三倍,理想的二冲程制动功率为发动机拖动的六倍,实际的二冲程制动功率略有下降,但是与其他的辅助制动相比,产生的制动功率仍然很大,可以满足车辆的制动需求。最后,研究了发动机的几何压缩比和涡轮增压器总效率对二冲程制动的影响,并预测了二冲程-排气联合制动功率的变化趋势,结果表明:随着几何压缩比的提高,二冲程制动功率显著增加;随着涡轮增压器总效率的提高,低发动机转速时制动功率显著增加;二冲程与排气联合制动可以在发动机高转速时产生更大的制动功率。通过本文的研究表明,发动机二冲程制动产生的制动功率较高,可以为车辆提供充足的制动性能,符合发动机辅助制动技术的发展趋势。

关键词：重型卡车发动机二冲程制动辅助制动

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全可变气门技术对二冲程缸内制动性能的影响

内燃机学报 2023年第4期41卷 315-323页

作者：李智敏张晋群贾德民赵淇东常英杰谢宗法山东大学机械工程学院山东济南250061 山东大学高效洁净机械制造教育部重点实验室山东济南250061 潍柴动力股份有限公司山东潍坊261061

利用自主研制的全可变液压气门机构(FHVVS)开展由主制动和副制动组成的二冲程缸内制动技术的仿真研究.通过GT-Power搭建了6缸柴油机仿真计算模型,分析了排气制动升程开启时刻与最大升程对主制动性能的影响,讨论了排气门早关对副制动性... 详细信息

利用自主研制的全可变液压气门机构(FHVVS)开展由主制动和副制动组成的二冲程缸内制动技术的仿真研究.通过GT-Power搭建了6缸柴油机仿真计算模型,分析了排气制动升程开启时刻与最大升程对主制动性能的影响,讨论了排气门早关对副制动性能的影响,确定了配气凸轮和FHVVS的主要设计参数.通过气门运动规律试验台架,对研制的FHVVS气门升程进行了试验测量,结果表明:FHVVS实现了一个工作循环内进/排气门单次开启与两次开启之间的快速平稳转换.根据实测气门运动规律,对二冲程缸内制动性能进行了模拟,可知,与原机制动方式相比,二冲程制动大幅度提高了低转速工况的有效制动转矩T_(tqb),使转速为1100r/min时的有效制动转矩T_(tqb)提高了57.1%;二冲程制动明显降低了高转速工况的最大缸内压力,在转速为2100r/min时最大缸内压力降低了28.2%.

关键词：全可变液压气门机构缸内制动二冲程制动有效制动转矩最大缸内压力

排气道压力波动对发动机二冲程减压制动性能的影响

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内燃机工程 2024年第1期45卷 78-85页

作者：欧阳裕茹倪计民刘勇黄荣乔瀚平尹升石秀勇欧成唐田同济大学汽车学院上海201804 舍弗勒贸易(上海)有限公司上海201804

为分析排气管内压力波动对发动机二冲程制动功率的影响,以某重型柴油机为研究对象,利用GT-Power建立发动机二冲程制动一维模型,通过修改排气型线开展排气道压力波动对制动性能影响的研究。结果表明:第二次减压制动(the second compressi... 详细信息

为分析排气管内压力波动对发动机二冲程制动功率的影响,以某重型柴油机为研究对象,利用GT-Power建立发动机二冲程制动一维模型,通过修改排气型线开展排气道压力波动对制动性能影响的研究。结果表明:第二次减压制动(the second compression release braking,2nd CRB)相位开启时的压力波动会影响到其他气缸的排气回流,进而影响发动机的制动功率。进一步对排气管进行三维流场计算,证明了其他气缸2nd CRB相位排气门开启时的压力波传递对排气回流阶段排气回流的影响。最后通过试验设计(design of experiment,DoE),结合响应面拟合和粒子群算法对排气管几何尺寸进行优化,优化后该柴油机二冲程减压制动模式下2100 r/min工况的最大制动功率可达到395.08 kW。

关键词：二冲程制动减压制动排气回流进气道压力排气道压力试验设计

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发动机二冲程减压制动性能分析及优化

车用发动机 2024年第6期 8-16页

作者：田峰倪计民欧成欧阳裕茹黄荣刘勇同济大学汽车学院上海201804 温州大学机电工程学院浙江温州325035 舍弗勒贸易有限公司上海201804

基于一台14.8 L六缸增压柴油机,分析了分别采用CRB1.5和CRB2.0二冲程制动气门型线的制动性能。结果表明:采用CRB2.0气门型线且不带排气回流(BGR)相位时的制动功率最大。基于DoE方法,分别对CRB1.5和CRB2.0气门型线进行优化,结果表明不同... 详细信息

基于一台14.8 L六缸增压柴油机,分析了分别采用CRB1.5和CRB2.0二冲程制动气门型线的制动性能。结果表明:采用CRB2.0气门型线且不带排气回流(BGR)相位时的制动功率最大。基于DoE方法,分别对CRB1.5和CRB2.0气门型线进行优化,结果表明不同发动机转速下存在最优气门型线,使得制动功率达到最大值。在高转速下,CRB1.5气门型线优化后的制动功率更大,在1600,1800,2100 r/min工况下的制动功率分别达到378,476,581 kW,优化率分别为48.9%,61.0%和65.3%。CRB2.0气门型线优化后在3个转速下的制动功率分别达到402,469,528 kW,优化率分别为34.7%,30.6%和23.2%。

关键词：二冲程制动气门型线性能优化试验设计发动机缓速器