轎車用單一燃料電控噴射天然氣發(fā)動機性能的實驗與計算研究

【摘要】：天然氣因其儲量大、燃燒后污染物排放量少等優(yōu)點在各種汽車發(fā)動機代用燃料中倍受關注。發(fā)展天然氣轎車對于調整我國的能源供應結構,改善城市空氣質量,緩解能源供應緊張局面具有十分重要的意義。 本研究搭建了轎車用單一燃料電控噴射天然氣發(fā)動機性能試驗平臺,研究了點火時刻和過量空氣系數等對發(fā)動機性能及排放的影響。同時運用BOOST、FIRE對天然氣發(fā)動機工作過程進行了模擬計算。研究結果表明: 與汽油機進行相比,天然氣發(fā)動機的最大平均有效壓力降低了11.2%,最小燃料消耗率下降了15.8%。因此要采取措施彌補天然氣的動力性損失。在轎車用發(fā)動機常用轉速1200r/min～3200r/min,每個轉速從全負荷到25%負荷范圍內,相同工況下,隨著點火時刻的提前,缸內壓力峰值在不斷增大,而且出現的位置是向上止點靠攏;相應的放熱率峰值也增大,也向上止點靠近;火焰發(fā)展期隨點火提前而加長,而快速燃燒期則變短;總燃燒期在最佳點火時刻最短。點火時刻基本不影響CO排放,但是對NOx和HC有顯著影響。HC排放中,CH4排放占87%,其余的成分包括低碳的飽和烴和不飽和烴及甲醛等非常規(guī)排放物。NOx成分主要有NO,NO2,N2O,其中NO占90%以上。最佳點火時刻受轉速,負荷和過量空氣系數的影響。 該天然氣發(fā)動機稀燃特性表明,全負荷下λ(過量空氣系數)為1.0時,BSFC最小。部分負荷時λ為1.1時,BSFC最小。λ對CO,HC和NOx影響明顯。在排放物中醇,醛,酸等非常規(guī)排放物隨過量空氣系數的增加而增加。在達到稀燃極限時,失火嚴重,HC排放急劇上升。通過點火時刻提前可以在一定程度上避免失火,拓展稀燃極限。在稀燃工況下,通過配合一定的點火提前能達實現低NOx和低HC排放,同時保證動力性損失較少。 本研究還運用BOOST建立了實驗用發(fā)動機的計算模型,預測了壓縮比對該發(fā)動機動力性和經濟性的影響。運用FIRE對天然氣發(fā)動機工作過程進行了模擬,詳細描述了缸內氣流運動和燃燒過程。 【關鍵詞】：天然氣發(fā)動機 點火時刻 過量空氣系數 稀燃極限 排放物
【學位授予單位】：天津大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2010
【分類號】：TK431
【目錄】：

• 中文摘要3-4
• ABSTRACT4-8
• 第一章 緒論8-15
• 1.1 引言8-9
• 1.2 天然氣理化性質9-10
• 1.3 天然氣發(fā)動機關鍵技術研究及進展10-13
• 1.4 轎車用天然氣發(fā)動機的研究現狀及應用13-14
• 1.5 本文的研究內容14-15
• 第二章 天然氣發(fā)動機性能的實驗研究15-63
• 2.1 實驗系統(tǒng)的建立15-16
• 2.2 實驗設備16
• 2.3 實驗方案16-17
• 2.4 點火時刻對天然氣發(fā)動機燃燒的影響17-22
• 2.5 點火時刻對天然氣發(fā)動機性能的影響22-37
• 2.5.1 點火時刻對天然氣發(fā)動機動力性的影響22-24
• 2.5.2 點火時刻對天然氣發(fā)動機經濟性的影響24-26
• 2.5.3 點火時刻對天然氣發(fā)動機排溫的影響26-28
• 2.5.4 點火時刻對天然氣發(fā)動機排放性的影響28-37
• 2.6 點火時刻對天然氣發(fā)動機稀燃特性的影響37-45
• 2.6.1 點火時刻對稀燃工況動力性的影響37-39
• 2.6.2 點火時刻對稀燃工況經濟性的影響39-40
• 2.6.3 點火時刻對稀燃工況排放性的影響40-44
• 2.6.4 點火時刻提前拓展稀燃極限44-45
• 2.7 最佳點火時刻影響因素的研究45-47
• 2.8 過量空氣系數對天然氣發(fā)動機燃燒的影響47-51
• 2.9 過量空氣系數對天然氣發(fā)動機性能的影響51-60
• 2.9.1 過量空氣系數對天然氣發(fā)動機動力性的影響51-52
• 2.9.2 過量空氣系數對天然氣發(fā)動機經濟性的影響52-53
• 2.9.3 過量空氣系數對天然氣發(fā)動機排溫的影響53-54
• 2.9.4 過量空氣系數對天然氣發(fā)動機排放性的影響54-60
• 2.10 稀燃極限影響因素的研究60-61
• 2.11 本章小結61-63
• 第三章 天然氣發(fā)動機工作過程的模擬計算63-89
• 3.1 一維模型的建立和驗證63-64
• 3.2 壓縮比對發(fā)動機性能影響的計算64-65
• 3.3 三維建模及驗證65-66
• 3.3.1 幾何模型及網格的建立65
• 3.3.2 計算模型選擇和參數設置65-66
• 3.3.3 模型的驗證66
• 3.4 三維計算結果分析66-88
• 3.4.1 進氣過程氣道和缸內流場67-72
• 3.4.2 缸內渦流形成過程72-73
• 3.4.3 缸內湍動能分布73-75
• 3.4.4 天然氣發(fā)動機火花點火及火焰?zhèn)鞑ミ^程75-77
• 3.4.5 點火后缸內流場分布77-80
• 3.4.6 點火后缸內湍動能分布80-82
• 3.4.7 點火后缸內溫度場分布82-84
• 3.4.8 點火后缸內壓力場分布84-85
• 3.4.9 點火后缸內CH4 濃度場分布85-86
• 3.4.10 點火后缸內NO 濃度場分布86-88
• 3.5 本章小結88-89
• 第四章 全文工作總結與展望89-91
• 4.1 主要工作與結論89-90
• 4.2 今后工作展望90-91
• 參考文獻91-94
• 發(fā)表論文和科研情況說明94-95
• 致謝95

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