電控噴射稀燃天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)研究

【摘要】：本文對(duì)電控噴射稀燃天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了深入研究。 在CA6DE1-21柴油機(jī)基礎(chǔ)上,進(jìn)行了CA6SE1-21N天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。 試驗(yàn)研究了天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)稀薄燃燒規(guī)律,基于稀燃規(guī)律研究結(jié)果,提出了分區(qū)控制空燃比及采用氧化催化器實(shí)現(xiàn)開發(fā)目標(biāo)的稀薄燃燒控制總體方案。并從保證燃燒穩(wěn)定性、有效控制排放、保證發(fā)動(dòng)機(jī)可靠性幾個(gè)方面給出了確定稀燃天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)各工況過量空氣系數(shù)等關(guān)鍵參數(shù)的閾值。 采用CFD模擬方法研究了發(fā)動(dòng)機(jī)工作過程中缸內(nèi)速度場、湍流動(dòng)能、濃度場和溫度場的分布規(guī)律。發(fā)現(xiàn)缸內(nèi)混合氣濃度場呈現(xiàn)為自上而下由稀到濃的逆分層分布,這種逆分層濃度場不利于稀燃天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)穩(wěn)定燃燒。提出了在采用原基礎(chǔ)柴油機(jī)的氣缸蓋情況下,通過合理推遲天然氣噴氣時(shí)刻,實(shí)現(xiàn)氣缸內(nèi)混合氣自上而下由濃到稀的弱分層分布的觀點(diǎn),使火花塞處因混合氣較濃實(shí)現(xiàn)可靠點(diǎn)火和穩(wěn)定燃燒。并通過試驗(yàn)初步驗(yàn)證了該觀點(diǎn)的正確性。同時(shí),模擬研究了燃燒室形狀對(duì)缸內(nèi)流動(dòng)和燃燒的影響,結(jié)果表明:2號(hào)縮口燃燒室使燃燒室內(nèi)湍流加強(qiáng),湍流動(dòng)能提高,使燃燒速度加快,燃燒完善。 研制的稀燃天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)多點(diǎn)順序噴射空燃比閉環(huán)控制電控系統(tǒng),可以實(shí)現(xiàn)空氣進(jìn)氣量、天然氣噴射量和點(diǎn)火正時(shí)的精確控制和調(diào)整。采用該電控系統(tǒng)標(biāo)定的CA6SE1-21N天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性達(dá)到了開發(fā)目標(biāo),排放滿足歐Ⅲ(ESC)排放法規(guī)要求。并且該發(fā)動(dòng)機(jī)已經(jīng)裝用在公交車和卡車上。 揭示了天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)低速小負(fù)荷進(jìn)氣沖程時(shí)缸內(nèi)形成負(fù)壓,造成低速小負(fù)荷機(jī)油消耗量過高的機(jī)理。通過改進(jìn)氣環(huán)結(jié)構(gòu),增加油環(huán)撐簧彈力,減小油環(huán)刮油刃寬度,CA6SE1-21N發(fā)動(dòng)機(jī)的8h怠速機(jī)油消耗量降低33.1%。發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)過500h可靠性試驗(yàn)后,活塞、活塞環(huán)和氣缸套磨損情況正常,沒有出現(xiàn)機(jī)油消耗量過高的問題。 【關(guān)鍵詞】：天然氣發(fā)動(dòng)機(jī) 稀薄燃燒 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) CFD模擬 混合氣形成 電控系統(tǒng) 排放 機(jī)油消耗量
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2006
【分類號(hào)】：TK431
【目錄】：

• 第一章 緒論10-30
• 1.1 引言10-22
• 1.1.1 車用能源危機(jī)及可替代能源11-15
• 1.1.2 汽車排放問題及排放法規(guī)15-18
• 1.1.3 天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)展?fàn)顩r18-22
• 1.2 天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)稀薄燃燒技術(shù)的研究進(jìn)展22-28
• 1.2.1 采用合理的燃燒室,增大壓縮比,加快火焰?zhèn)鞑ニ俣?/span>22-24
• 1.2.2 分層燃燒系統(tǒng)24-26
• 1.2.3 電子控制技術(shù)26-28
• 1.3 天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)性能改善方法及其發(fā)展28-29
• 1.3.1 采用合理的配氣相位28
• 1.3.2 活塞環(huán)改進(jìn)28-29
• 1.4 本文的研究內(nèi)容29-30
• 第二章 稀燃天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)30-46
• 2.1 天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)開發(fā)目標(biāo)30-31
• 2.2 天然氣理化性質(zhì)31-32
• 2.3 天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)32-45
• 2.3.1 壓縮比和燃燒室設(shè)計(jì)32-36
• 2.3.2 進(jìn)氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)36
• 2.3.3 活塞環(huán)改進(jìn)設(shè)計(jì)36
• 2.3.4 增壓器匹配設(shè)計(jì)36-41
• 2.3.5 配氣相位和凸輪型線的設(shè)計(jì)41-44
• 2.3.6 點(diǎn)火系統(tǒng)設(shè)計(jì)44
• 2.3.7 天然氣供給系統(tǒng)44-45
• 2.4 本章小結(jié)45-46
• 第三章 天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)稀薄燃燒規(guī)律研究46-63
• 3.1 試驗(yàn)設(shè)備及試驗(yàn)工況46-47
• 3.1.1 試驗(yàn)設(shè)備46-47
• 3.1.2 試驗(yàn)工況點(diǎn)47
• 3.2 過量空氣系數(shù)對(duì)燃燒和排放的影響47-58
• 3.2.1 過量空氣系數(shù)對(duì)燃燒的影響47-51
• 3.2.2 過量空氣系數(shù)對(duì)燃燒循環(huán)變動(dòng)的影響51-54
• 3.2.3 過量空氣系數(shù)對(duì)排放的影響54-56
• 3.2.4 過量空氣系數(shù)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)濟(jì)性的影響56-57
• 3.2.5 過量空氣系數(shù)的綜合確定方法57-58
• 3.3 點(diǎn)火提前角對(duì)燃燒和排放的影響58-61
• 3.4 本章小結(jié)61-63
• 第四章 混合氣形成和燃燒的數(shù)值模擬63-92
• 4.1 物理模型64-65
• 4.1.1 湍流模型64
• 4.1.2 燃燒和點(diǎn)火模型64-65
• 4.2 計(jì)算網(wǎng)格的劃分及邊界條件的確定65-67
• 4.2.1 計(jì)算網(wǎng)格的劃分65-67
• 4.2.2 邊界條件的確定67
• 4.3 模型的驗(yàn)證67-68
• 4.4 計(jì)算結(jié)果及分析68-90
• 4.4.1 采用2 號(hào)燃燒室的缸內(nèi)混合氣形成及燃燒特點(diǎn)68-78
• 4.4.2 天然氣噴氣時(shí)刻對(duì)缸內(nèi)濃度場的影響78-84
• 4.4.3 不同燃燒室對(duì)混合氣形成及燃燒的影響84-90
• 4.5 本章小結(jié)90-92
• 第五章 稀燃天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)電控系統(tǒng)開發(fā)92-117
• 5.1 稀燃方案控制策略92
• 5.2 電控系統(tǒng)功能92-93
• 5.3 關(guān)鍵子系統(tǒng)簡介93-98
• 5.3.1 電控單元(ECU)93-94
• 5.3.2 傳感器94-96
• 5.3.3 驅(qū)動(dòng)電路96-98
• 5.4 空燃比控制策略研究98-102
• 5.4.1 動(dòng)態(tài)空燃比的控制策略99
• 5.4.2 開環(huán)控制時(shí)噴氣脈寬的確定99-101
• 5.4.3 閉環(huán)控制101-102
• 5.5 發(fā)動(dòng)機(jī)電控系統(tǒng)標(biāo)定102-112
• 5.5.1 發(fā)動(dòng)機(jī)的5 個(gè)基本狀態(tài)及狀態(tài)判別103-104
• 5.5.2 電控系統(tǒng)試驗(yàn)標(biāo)定流程104-105
• 5.5.3 天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)控制MAP 分析105-108
• 5.5.4 面向狀態(tài)控制的基本標(biāo)定108-112
• 5.6 發(fā)動(dòng)機(jī)標(biāo)定結(jié)果112-116
• 5.6.1 發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性112-113
• 5.6.2 發(fā)動(dòng)機(jī)的排放性113-116
• 5.6.3 發(fā)動(dòng)機(jī)的可靠性116
• 5.7 本章小結(jié)116-117
• 第六章 低速小負(fù)荷機(jī)油消耗量控制技術(shù)研究117-123
• 6.1 怠速機(jī)油消耗量測量117-118
• 6.1.1 問題提出117-118
• 6.1.2 怠速機(jī)油消耗量測量方法118
• 6.2 低速小負(fù)荷機(jī)油消耗量過高的原因分析118-119
• 6.3 試驗(yàn)結(jié)果119-122
• 6.3.1 怠速機(jī)油消耗量測量結(jié)果119-120
• 6.3.2 發(fā)動(dòng)機(jī)拆機(jī)檢查的結(jié)果120-122
• 6.3.3 發(fā)動(dòng)機(jī)500h 可靠性試驗(yàn)結(jié)果122
• 6.4 本章小結(jié)122-123
• 第七章 全文總結(jié)與工作展望123-127
• 7.1 主要工作與結(jié)論123-126
• 7.2 今后工作展望126-127
• 參考文獻(xiàn)127-134
• 攻博期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文134-135
• 圖表索引135-139
• 致謝139-140
• 摘要140-143
• ABSTRACT143-146

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增壓電噴天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)的優(yōu)化標(biāo)定    張艷;芮鵬;李彩芬;李國岫;

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遺傳算法在柴油機(jī)噴油系統(tǒng)參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)中的應(yīng)用研究    張紅光,鄒文勝,王焱,孫永霞

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船用LPG發(fā)動(dòng)機(jī)噴射控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)研究    曹云鵬

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柴油機(jī)缸內(nèi)氣流運(yùn)動(dòng)模擬    王宇琳

車用柴油機(jī)氧化催化器快速老化試驗(yàn)方法的研究    劉向民

火花點(diǎn)火發(fā)動(dòng)機(jī)燃用變組分煤層氣的燃燒模型和主要排放模型研究    顧紅蘭

生物柴油的試制及其在柴油機(jī)上排放特性的研究    江清陽

點(diǎn)燃式發(fā)動(dòng)機(jī)建模與空燃比控制策略的研究    郭春梅

發(fā)動(dòng)機(jī)匹配優(yōu)化算法的研究    胡琰;李國岫;李少鵬;

國內(nèi)外燃?xì)馄嚢l(fā)動(dòng)機(jī)研究動(dòng)向    李西秦;劉冰;

GW4D20轎車柴油機(jī)微粒捕集器內(nèi)部氣流運(yùn)動(dòng)分析    秦巖;李君;劉宇;屈偉;王慶黨;吳超;

汽油/CNG兩用燃料燃?xì)釫CU自學(xué)習(xí)功能的開發(fā)    劉一鳴;尋劍;紀(jì)永飛;

DM425天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室仿真分析    高瑩;曹志浩;姜在先;李書華;葛迪;劉鐵剛;

一種高功率密度的二自由度電磁執(zhí)行器    常思勤;李波;林樹森;

微粒捕集器炭煙加載和再生特性仿真分析    李成元;劉宇;李君;秦巖;張衛(wèi)國;

不同稀釋方式降低天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)NO_x排放的研究    余小草;劉忠長;王忠恕;竇慧莉;

電控汽油/CNG兩用燃料發(fā)動(dòng)機(jī)氧傳感器故障模擬試驗(yàn)    李陽陽;袁華智;蹇小平;

天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)氧傳感器故障模擬試驗(yàn)    董強(qiáng)柱;袁華智;蹇小平;李陽陽;焦生杰;

無凸輪軸配氣機(jī)構(gòu)開發(fā)及在可控自燃發(fā)動(dòng)機(jī)上的應(yīng)用研究    王云開

電控汽油/CNG兩用燃料發(fā)動(dòng)機(jī)故障模擬試驗(yàn)及診斷研究    袁華智

基于模型的壓縮天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)電控關(guān)鍵技術(shù)研究    袁榮棣

一種大功率氣體燃料發(fā)動(dòng)機(jī)電控噴射裝置的研究    葛文慶

燃燒邊界條件對(duì)車用重型天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒及排放的影響    余小草

缸內(nèi)流場結(jié)構(gòu)對(duì)天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)性能影響的模擬研究    張波

缸內(nèi)直噴低熱值氣體燃料發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)值模擬與試驗(yàn)研究    朱亮

LNG缸內(nèi)液噴對(duì)混合氣形成影響的仿真研究    汪佳麗

4108 LPG發(fā)動(dòng)機(jī)的優(yōu)化匹配研究    宋昌慶

天然氣摻氫HCCI發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒與排放物的研究    文媛媛

燃油閃急噴霧過程的數(shù)值模擬研究    杜志環(huán)

天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)壓縮比、點(diǎn)火時(shí)刻及配氣相位優(yōu)化研究    吳岳偉

轎車用單一燃料電控噴射天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)性能的實(shí)驗(yàn)與計(jì)算研究    郭云杰

點(diǎn)燃式甲醇發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒過程模擬及燃燒室參數(shù)優(yōu)化    李麗

天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒過程數(shù)值模擬與試驗(yàn)分析    代素琴

NO和O_2在Pt(110)面上吸附的TDS和PEEM研究    李金兵,黃偉新,曹玉明,翟潤生,包信和

內(nèi)燃機(jī)進(jìn)氣道和缸內(nèi)三維流場數(shù)值模擬    王海剛,陳石,劉石

我國未來油氣產(chǎn)儲(chǔ)量預(yù)測    張抗

中國油氣資源現(xiàn)狀及21世紀(jì)初期展望    趙復(fù)興

美國石油供需情況的演變及其對(duì)我國的啟示    于民

國外天然氣市場發(fā)展給我們的啟示    高壽柏

世界石油工業(yè)百年風(fēng)云(之一)    王才良

從20世紀(jì)的發(fā)展看世界石油工業(yè)的趨勢和動(dòng)向(上)    王才良

中國石油供需展望及對(duì)策建議    周鳳起

21世紀(jì)初期中國天然氣工業(yè)發(fā)展框架    張抗

四氣門汽油機(jī)稀混合氣燃燒及降低NO_x排放的研究    王天友

降低車用稀燃汽油機(jī)有害排放物NO_X的排氣再循環(huán)的研究    邱先文

CA1102Q五氣門汽油機(jī)電控燃油噴射稀混合氣燃燒的研究    裴普成

美國能源部撥款用于天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)研究開發(fā)    程永陸

天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)多點(diǎn)順序噴射技術(shù)的開發(fā)研究    劉興華,陳永義,李鐵栓

壓燃式天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)的技術(shù)現(xiàn)狀及展望    鄭清平,張惠明,張德福

1190NT天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和性能試驗(yàn)    趙紀(jì)君

2105型天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)用汽化-混合器的模擬試驗(yàn)    胡九章

戴姆勒-克萊斯勒M906LAG天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)介紹    阿煒

天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)排氣門的研制    馮仁貴，李清觀，姚正剛

對(duì)裝有EGR的天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)的試驗(yàn)研究    馬艷明,許忠厚,馬凡華,呂劍飛

TMS320LF2407在天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)控制中的應(yīng)用    方漢學(xué) ,胡桂苓 ,趙芳

使用天然氣 汽車少公害    劉春;

電控技術(shù)在天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)上的應(yīng)用    滕勤;左承基;

鉆井平臺(tái)用天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)開發(fā)    孫成香;李全武;鄭圣彬;孫樂美;李治朋;

天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)研究與應(yīng)用    程鵬;

NQ140N單-CNG發(fā)動(dòng)機(jī)的開發(fā)與試驗(yàn)    李克新;

不同類型的天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒和排放特點(diǎn)    萇轉(zhuǎn);周斌;邵曉杰;于超;

天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)復(fù)合空調(diào)系統(tǒng)    秦朝葵;劉雄;全惠君;譚建新;

NQ140N天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)的開發(fā)    陳萬應(yīng);張浩;鄧杰;楊志勇;李克新;程輝;

應(yīng)用模糊物元理論建立天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)性能狀態(tài)評(píng)價(jià)模型    柳楠;崔厚璽;叢蕾;

恢復(fù)天然氣(CNG)發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性能的分析研究    趙作志;

恢復(fù)天然氣(CNG)發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性能的分析研究    趙作志;

重汽集團(tuán)研發(fā)天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)    本報(bào)記者 鄭義

天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)首次進(jìn)入863計(jì)劃    記者 王建梁

天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)成新競爭點(diǎn)    關(guān)尚宇

大功率天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)成功點(diǎn)火    過國忠 許武英

鉆井用天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)獲突破    任繼凱　傅偉

濟(jì)柴研制鉆井用天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)填補(bǔ)國內(nèi)空白    記者 任繼凱　通訊員 傅偉

現(xiàn)代重工研發(fā)成功天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)    廣言

錫柴天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)再展“低碳”魅力    通訊員 陳燕　記者 嚴(yán)峻

我國功率最大天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)在錫柴成功點(diǎn)火    記者 過國忠　通訊員 許武英

大功率天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)達(dá)國際水平    柯吉

稀燃天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒過程研究和燃燒系統(tǒng)開發(fā)    焦運(yùn)景

高性能大功率天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒系統(tǒng)開發(fā)研究    李樹生

滿足國Ⅳ排放標(biāo)準(zhǔn)壓縮天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒過程的研究    司鵬鹍

燃燒邊界條件對(duì)車用重型天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒及排放的影響    余小草

稀燃天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒循環(huán)變動(dòng)特性及動(dòng)力學(xué)特征研究    姚寶峰

壓燃式天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒過程模擬計(jì)算和試驗(yàn)研究    鄭清平

低散熱壓縮著火天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒過程的試驗(yàn)研究    張德福

電控噴射稀燃天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)研究    竇慧莉

4SH-N天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)工作過程優(yōu)化及排放控制    楊立平

電控汽油/CNG兩用燃料發(fā)動(dòng)機(jī)故障模擬試驗(yàn)及診斷研究    袁華智

公交車用天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)國產(chǎn)化的層次分析法研究與規(guī)?；瘧?yīng)用    竇寶華

滿足國Ⅴ排放的天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)開發(fā)    張坤鵬

天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)電控噴射系統(tǒng)的研究    范龍飛

大馬力天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)工作過程數(shù)值模擬及分析    李春節(jié)

天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)稀薄燃燒試驗(yàn)研究與數(shù)值模擬    吳家平

天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)排氣系統(tǒng)及配氣相位優(yōu)化研究    潘芝桂

天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)空燃比控制系統(tǒng)研究與開發(fā)    趙海艷

大型天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)工作循環(huán)數(shù)值模擬分析    熊長君

大缸徑天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)缸內(nèi)燃燒過程數(shù)值模擬研究    邢小偉

天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)氣體噴射閉環(huán)控制技術(shù)研究    黃帥