基于米勒循環(huán)的天然氣發(fā)動機(jī)性能仿真及優(yōu)化分析

【摘要】：天然氣發(fā)動機(jī)在實(shí)際應(yīng)用過程中存在著功率下降嚴(yán)重、熱負(fù)荷高、熱效率低等一系列問題，阻礙了天然氣發(fā)動機(jī)大范圍的推廣應(yīng)用。采用傳統(tǒng)的Otto循環(huán)，發(fā)動機(jī)在部分負(fù)荷時存在泵氣損失大、燃油消耗率高等諸多弊端。針對上述問題，本文對天然氣發(fā)動機(jī)分別在外特性工況和部分負(fù)荷工況下進(jìn)行了仿真優(yōu)化。因此本文完成的內(nèi)容也主要包含兩大方面： 第一方面是在外特性工況下研究了天然氣發(fā)動機(jī)上應(yīng)用米勒循環(huán)時，發(fā)動機(jī)幾何壓縮比、米勒正時和渦輪增壓系統(tǒng)對天然氣發(fā)動機(jī)性能的影響規(guī)律，完成了天然氣發(fā)動機(jī)應(yīng)用米勒循環(huán)后幾何壓縮比的選擇、渦輪增壓系統(tǒng)的調(diào)整和米勒正時的匹配。 通過研究發(fā)動機(jī)爆震趨勢隨幾何壓縮比的變化，以原機(jī)全轉(zhuǎn)速下最大爆震指數(shù)為限，將米勒循環(huán)天然氣發(fā)動機(jī)的幾何壓縮比提高到13.5。并對渦輪增壓系統(tǒng)進(jìn)行了適用于米勒循環(huán)天然氣發(fā)動機(jī)的優(yōu)化，采用減小渦輪噴嘴環(huán)出口通流面積來調(diào)整聯(lián)合運(yùn)行曲線。根據(jù)米勒正時對發(fā)動機(jī)性能的影響規(guī)律，在1000轉(zhuǎn)/分以下低速區(qū)選用EIVC=20°CA的進(jìn)氣門關(guān)閉角度（IVC=561°CA）來優(yōu)化扭矩,1000轉(zhuǎn)/分以上采用LIVC=32°CA的進(jìn)氣門關(guān)閉角度（IVC=613°CA）以降低爆震指數(shù)。綜合優(yōu)化后，發(fā)動機(jī)中、低轉(zhuǎn)速下扭矩增加5%以上，全轉(zhuǎn)速下發(fā)動機(jī)排溫降低20K；減小了發(fā)動機(jī)熱負(fù)荷，解決了隨著發(fā)動機(jī)性能的不斷提高和強(qiáng)化時引起的爆燃問題。 第二方面在怠速和20%負(fù)荷工況下研究了利用米勒循環(huán)改變氣門關(guān)閉角度實(shí)現(xiàn)負(fù)荷控制，以取消或減少對節(jié)氣門的依賴。對比研究了不同米勒循環(huán)負(fù)荷控制方式（VVT、VVL和VVTL）和節(jié)氣門負(fù)荷控制方式對發(fā)動機(jī)性能的影響，完成了降低部分負(fù)荷泵氣損失改善經(jīng)濟(jì)性的優(yōu)化目標(biāo)。 研究表明單純依靠延遲進(jìn)氣門關(guān)閉角度，并不能實(shí)現(xiàn)所有運(yùn)行工況下的無節(jié)氣門負(fù)荷控制。怠速工況下大節(jié)氣門負(fù)荷控制方式中，較高的進(jìn)氣壓力和較小的進(jìn)氣損失的優(yōu)勢，并不能彌補(bǔ)活塞上行推出混合氣時產(chǎn)生的泵氣損失。因此怠速工況下發(fā)動機(jī)比氣耗VVT方式將比原機(jī)高23%，容積效率也低于原機(jī)。在20%負(fù)荷工況下的不同負(fù)荷控制方式中，VVL負(fù)荷控制方式中氣體流過氣門閥座處時形成大的節(jié)流損失導(dǎo)致其泵氣損失甚至高于原機(jī)，相應(yīng)的比氣耗增加了5%。而VVT和VVLT兩種負(fù)荷控制方式對發(fā)動機(jī)的改善程度相當(dāng)，大大減少了發(fā)動機(jī)的泵氣損失。最終采用的大節(jié)氣門開度的米勒循環(huán)VVLT負(fù)荷控制同時優(yōu)化氣門重疊角的優(yōu)化方案，使發(fā)動機(jī)減少泵氣損失50%以上，氣耗比原機(jī)減少20g/Kw.h，天然氣發(fā)動機(jī)經(jīng)濟(jì)性提高2.6%。 【關(guān)鍵詞】：天然氣發(fā)動機(jī) 米勒正時 渦輪增壓系統(tǒng) 無節(jié)氣門負(fù)荷控制 經(jīng)濟(jì)性
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：TK432
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-10
• 第1章 緒論10-22
• 1.1 課題研究背景及意義10-11
• 1.2 課題研究的現(xiàn)狀及理論基礎(chǔ)11-19
• 1.2.1 天然氣發(fā)動機(jī)的發(fā)展及應(yīng)用11-13
• 1.2.2 天然氣發(fā)動機(jī)應(yīng)用中存在的問題13-14
• 1.2.3 米勒循環(huán)的原理及優(yōu)勢14-17
• 1.2.4 實(shí)現(xiàn)米勒循環(huán)應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)及其發(fā)展現(xiàn)狀17-19
• 1.3 課題主要研究工作與意義19-22
• 1.3.1 論文研究目的19
• 1.3.2 論文研究內(nèi)容19-22
• 第2章 天然氣發(fā)動機(jī)仿真模型的建立與驗(yàn)證22-36
• 2.1 GT-SUIT 系列仿真軟件的基本理論22-24
• 2.1.1 GT-Power 軟件的應(yīng)用介紹22-23
• 2.1.2 GEM3D 軟件的應(yīng)用介紹23
• 2.1.3 GT-Post 軟件的應(yīng)用介紹23-24
• 2.2 天然氣發(fā)動機(jī)模型的建立及相關(guān)原理24-33
• 2.2.1 模型管路設(shè)置24-26
• 2.2.2 進(jìn)排氣閥模塊26-27
• 2.2.3 噴油器模塊27-28
• 2.2.4 曲軸箱模塊28-29
• 2.2.5 氣缸模塊29-31
• 2.2.6 渦輪增壓系統(tǒng)31-33
• 2.3 天然氣發(fā)動機(jī)仿真模型的驗(yàn)證33-35
• 2.4 本章小結(jié)35-36
• 第3章 米勒循環(huán)天然氣發(fā)動機(jī)關(guān)鍵參數(shù)的匹配研究36-56
• 3.1 米勒正時對天然氣發(fā)動機(jī)工作性能的影響規(guī)律36-41
• 3.1.1 米勒正時對天然氣發(fā)動機(jī)換氣過程的影響36-39
• 3.1.2 米勒正時對渦輪增壓系統(tǒng)的影響39-41
• 3.2 幾何壓縮比對天然氣發(fā)動機(jī)工作性能的影響規(guī)律41-46
• 3.2.1 幾何壓縮比的影響規(guī)律41-43
• 3.2.2 幾何壓縮比的選擇43-46
• 3.3 渦輪增壓系統(tǒng)的優(yōu)化分析46-49
• 3.3.1 原機(jī)增壓系統(tǒng)的存在的問題46-48
• 3.3.2 渦輪增壓系統(tǒng)的優(yōu)化分析48-49
• 3.4 米勒正時的匹配研究49-53
• 3.4.1 對低速扭矩的優(yōu)化分析50-51
• 3.4.2 對爆震的抑制51-53
• 3.5 本章小結(jié)53-56
• 第4章 典型工況下應(yīng)用米勒循環(huán)改善經(jīng)濟(jì)性研究56-70
• 4.1 怠速工況56-60
• 4.1.1 怠速工況模型56-59
• 4.1.2 模擬結(jié)果對比分析59-60
• 4.2 不同負(fù)荷控制方式對發(fā)動機(jī)性能影響60-67
• 4.2.1 不同負(fù)荷控制方式的影響62-64
• 4.2.2 經(jīng)濟(jì)性的優(yōu)化分析64-67
• 4.2.2.1 進(jìn)氣門開啟角的影響規(guī)律64-65
• 4.2.2.2 排氣門關(guān)閉角的影響規(guī)律65-66
• 4.2.2.3 優(yōu)化結(jié)果分析66-67
• 4.3 本章小結(jié)67-70
• 第5章 全文總結(jié)及工作展望70-74
• 5.1 全文總結(jié)70-72
• 5.2 工作展望72-74
• 參考文獻(xiàn)74-78
• 作者簡介78-79
• 致謝79

您可以在本站搜索以下學(xué)術(shù)論文文獻(xiàn)來了解更多相關(guān)內(nèi)容

天然氣發(fā)動機(jī)燃燒特征與功率恢復(fù)    卓斌

米勒循環(huán)天然氣發(fā)動機(jī)    薛軍

中速大功率柴油機(jī)應(yīng)用米勒循環(huán)的仿真與試驗(yàn)研究    李翔;任自中;王新權(quán);朱堅;平濤;王洪鋒;

天然氣汽車的發(fā)展現(xiàn)狀、問題及對策    劉惠春;

天然氣汽車發(fā)展中存在的問題及對策研究    彭紅濤;

油氣合建站在晉城古書院礦的應(yīng)用研究    張慧琴;

國外氣體發(fā)動機(jī)的進(jìn)展    錢愛華;唐娟;

汽車的未來動力 天然氣汽車的發(fā)展與現(xiàn)狀    何銳;

柴油機(jī)壓縮比對整機(jī)性能的影響研究    馬富康;董小瑞;張翼;

天然氣汽車發(fā)展現(xiàn)狀與建議    王金寶;尤玉先;

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

汽油/LPG兩用燃料發(fā)動機(jī)油氣最佳切換點(diǎn)試驗(yàn)研究    高呂和;

氣體燃料發(fā)動機(jī)新技術(shù)    宋傳平

論汽油車排放污染物及其控制    白旭明

電動車輛整體式驅(qū)動系統(tǒng)設(shè)計    秦建軍,蔚蕊,王躍進(jìn)

冷卻油腔位置改變對活塞溫度場的影響    原彥鵬;王月;張衛(wèi)正;劉暢;趙維茂;

增壓天然氣發(fā)動機(jī)電子點(diǎn)火系統(tǒng)的研究    王大興,張欣,夏淵

柴油機(jī)系統(tǒng)配氣機(jī)構(gòu)的動力學(xué)分析    吳楠,廖日東

城市公交客車工況與制動特性分析    羅立明;曹正策;張振宇;

現(xiàn)代電子技術(shù)在汽車上的全面應(yīng)用    別輝;過學(xué)訊;

基于Adams軟件的獨(dú)立懸架運(yùn)動學(xué)性能研究    黃振邦;

淺談離合器分泵支架優(yōu)化設(shè)計    嚴(yán)思煒;郝世強(qiáng);

主副一體整體式車架的改進(jìn)    黃睿;

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

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

淺談主副一體整體式車架    吳永強(qiáng);

汽油發(fā)動機(jī)改燃壓縮天然氣后功率下降的原因及改進(jìn)措施    鄒志剛;

電動汽車研究與發(fā)展現(xiàn)狀    何玉鑫;

甲醇/汽油混合燃料在汽油機(jī)上的應(yīng)用性能研究    王運(yùn)超;介石磊;

天然氣汽車應(yīng)用技術(shù)的研究    谷鵬;劉艷蘋;

輕型載荷汽車氣壓制動驅(qū)動系統(tǒng)的設(shè)計與研究    徐銀橋;

重載汽車與路面相互作用動力學(xué)研究    路永婕

基于主動轉(zhuǎn)向和橫擺力矩控制的多軸車輛制動穩(wěn)定性研究    楊銘

自動變速器的建模與仿真技術(shù)研究    鄭磊

汽車空氣懸架及其控制系統(tǒng)動力學(xué)仿真分析研究    鮑衛(wèi)寧

基于多領(lǐng)域建模的重卡制動系統(tǒng)動力學(xué)研究    何力

車輛懸架振動的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)半主動控制    郭大蕾

基于化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)的天然氣—柴油電控雙燃料發(fā)動機(jī)燃燒模型的研究    趙駱偉

車輛平順性虛擬試驗(yàn)技術(shù)的研究    王國權(quán)

磁流阻尼可控理論及應(yīng)用關(guān)鍵技術(shù)研究    馮雪梅

空氣動力發(fā)動機(jī)的探索性研究    劉昊

缸內(nèi)流場結(jié)構(gòu)對天然氣發(fā)動機(jī)性能影響的模擬研究    張波

低熱值氣體燃料發(fā)動機(jī)的試驗(yàn)研究    單沖

轎車發(fā)動機(jī)冷卻水套穩(wěn)態(tài)流動傳熱仿真研究    武亞嬌

汽車變速器功率完備試驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計與控制研究    郭美華

汽車與摩托車碰撞事故再現(xiàn)技術(shù)研究    王丹

汽車等速萬向節(jié)傳動軸仿真研究及其軟件平臺開發(fā)    江威

基于灰色系統(tǒng)理論的（重型）汽車系統(tǒng)可靠性研究    宋立濤

三十噸散裝物料自卸半掛車的研究與設(shè)計    王占亮

航空內(nèi)燃發(fā)動機(jī)熱管換熱器的應(yīng)用研究    蔡賀

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

天然氣汽車的發(fā)展與未來展望    趙惠敏,劉潔 ,胡麗慧,張存信

天然氣發(fā)動機(jī)技術(shù)發(fā)展研究    王珂,張幽彤

富氧條件下鈀催化劑上氫氣還原氧化氮微觀反應(yīng)動力學(xué)研究    楊劍斌,付桂芝,王樹東,吳迪鏞

天然氣汽車de現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢    陳基杰,孫芃

柴油—天然氣發(fā)動機(jī)電控氣體燃料噴射技術(shù)的研究    李國岫

天然氣發(fā)動機(jī),新型綠色動力    劉凱,彭立新,邱霞

天然氣發(fā)動機(jī)供氣方式及其特點(diǎn)分析    尤秋菊;張來斌;王朝暉;段禮祥;樊鑰寬;

現(xiàn)代船用柴油機(jī)NO_x排放的機(jī)內(nèi)凈化技術(shù)    冷先銀;隆武強(qiáng);

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

中國天然氣汽車發(fā)展方向探討    周曦,楊玉國

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

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

CNG發(fā)動機(jī)工作過程數(shù)值模擬    溫苗苗

關(guān)于米勒循環(huán)增壓發(fā)動機(jī)的未來展望    大江博海,人見光夫,巖田典之,單震震

米勒循環(huán)天然氣發(fā)動機(jī)    薛軍

對高比功率車用柴油機(jī)的展望    兼坂弘,閔建周

米勒循環(huán)發(fā)動機(jī)進(jìn)軍美國市場    林慶;

粗甲醇在內(nèi)燃機(jī)上的清潔高效使用    張國強(qiáng),曲延濤

中速大功率柴油機(jī)應(yīng)用米勒循環(huán)的仿真與試驗(yàn)研究    李翔;任自中;王新權(quán);朱堅;平濤;王洪鋒;

中速大功率柴油機(jī)工作過程的模擬    朱琳;薛冬新;宋希庚;

渦輪增壓柴油機(jī)米勒循環(huán)分析及優(yōu)化    崔毅;鄧康耀;

米勒循環(huán)船用低速柴油機(jī)燃燒與排放試驗(yàn)研究    張俊軍;吳朝暉;王偉;劉鋒華;胡朝霞;

船用中速柴油機(jī)NO_x排放性能優(yōu)化研究    王洪鋒;徐建新;王新權(quán);方文超;張偉;

渦輪增壓柴油機(jī)米勒循環(huán)分析及優(yōu)化    崔毅;鄧康耀;

米勒循環(huán)船用低速柴油機(jī)燃燒與排放試驗(yàn)研究    張俊軍;吳朝暉;王偉;劉鋒華;胡朝霞;

Tier Ⅲ法規(guī)對船用柴油機(jī)增壓器布置和設(shè)計的影響    左彤梅;秦建平;李澤勝;

機(jī)車柴油機(jī)可變渦輪增壓技術(shù)開發(fā)與應(yīng)用    潘翼龍;王敏鴻;李友峰;薛良君;

上海舉辦船機(jī)節(jié)能減排報告會    記者 張銀炎

加快技術(shù)創(chuàng)新 搶占市場制高點(diǎn)    中國船舶工業(yè)經(jīng)濟(jì)研究中心 肖志家

卡特彼勒推出抵排放船機(jī)    柳蘇

米勒循環(huán)模式對柴油機(jī)性能影響的計算與試驗(yàn)研究    姚若禹

船用柴油機(jī)米勒循環(huán)可調(diào)二級渦輪增壓系統(tǒng)的研究    汪齊富

基于米勒循環(huán)的擺盤式柴油機(jī)熱力學(xué)研究    張睿

12V240型柴油機(jī)工作過程與米勒循環(huán)的模擬計算    朱琳

柴油機(jī)米勒循環(huán)與兩級渦輪增壓的研究    吳鵬

基于米勒循環(huán)的天然氣發(fā)動機(jī)性能仿真及優(yōu)化分析    石學(xué)輝

可變氣門機(jī)構(gòu)及米勒循環(huán)降低柴油機(jī)NO_x排放的研究    紀(jì)森火

采用EGR和米勒循環(huán)降低某發(fā)動機(jī)NO_X的設(shè)計計算研究    林亞

全可變氣門機(jī)構(gòu)對車用發(fā)動機(jī)進(jìn)氣性能的影響    賈德民

全可變液壓氣門機(jī)構(gòu)發(fā)動機(jī)的性能模擬    顧珂韜