天然氣發(fā)動機壓縮比、點火時刻及配氣相位優(yōu)化研究

【摘要】：內(nèi)燃機和汽車的出現(xiàn)為人類社會的發(fā)展做出了巨大的貢獻,但隨著汽車保有量的急劇增加,由此帶來的能源危機和環(huán)境問題也不容忽視,因此尋找合適的替代能源迫在眉睫。天然氣作為一種優(yōu)質(zhì)能源,具有技術(shù)成熟、資源豐富、排放污染低及價格便宜等特點,從而成為汽車代用燃料的首選,但是天然氣作為汽車代用時會造成內(nèi)燃機動力性下降。目前國內(nèi)外眾多專家、學者對天然氣發(fā)動機的工作過程作了大量的研究,這些研究大多是在天然氣發(fā)動機滿負荷時進行,對天然氣發(fā)動機中、低負荷時的性能研究還較少。 優(yōu)化天然氣發(fā)動機的參數(shù),使其適應天然氣的理化性質(zhì),是改善天然氣發(fā)動機動力性的有效途徑之一。本文根據(jù)某型汽油發(fā)動機的相關(guān)參數(shù),利用發(fā)動機仿真分析軟件GT-power建立了較為準確的汽油發(fā)動機仿真模型;在GT-power軟件的燃料庫中新建了乙烷和丁烷的燃料模型,并生成了四川天然氣燃料模型;利用汽油發(fā)動機模型和四川天然氣燃料模型對天然氣發(fā)動機的性能進行了模擬計算,針對天然氣發(fā)動機動力性下降的問題,分析了不同負荷條件下壓縮比、點火時刻和配氣相位對天然氣發(fā)動機性能的影響,并對各參數(shù)進行了優(yōu)化。 將優(yōu)化后天然氣發(fā)動機的性能與原天然氣發(fā)動機、原汽油發(fā)動機進行了對比。對比結(jié)果表明,優(yōu)化后天然氣發(fā)動機動力性、經(jīng)濟性明顯改善,但與原汽油發(fā)動機相比仍有一定差距。優(yōu)化后與原天然氣發(fā)動機相比,在25%負荷時,最大扭矩由53.9N·m提高到56.8N·m,最大功率由11.1kW提高到12.6kW,提升幅度分別為3.1%、6.4%;在50%負荷時最大扭矩由108 N·m提高到113.5N·m,最大功率由22.4kW提高到24.1kW,提高幅度分別為5.1%、7.6%;在75%負荷時,最大扭矩由120.7N·m提高到128.1N·m,最大功率由39kW提升到41.7kW,提升幅度分別為6.1%、6.9%;在100%負荷時,最大扭矩由143.2N·m提升到159.6N·m,最大功率由67.2kW提高到70.6kW,提升幅度分別為11.5%、5.1%。此外,在仿真優(yōu)化分析的過程中得出:1.與汽油發(fā)動機相比天然氣發(fā)動機的壓縮比可以適當提高,宜在10.5～12之間;2.天然氣發(fā)動機的最佳點火時刻在中等轉(zhuǎn)速時相對汽油發(fā)動機有所提前,提前的幅度在3°CA左右;3.在中等轉(zhuǎn)速時優(yōu)化的固定配氣相位,可以提高中、低轉(zhuǎn)速時天然氣發(fā)動機的動力性,但降低了天然氣發(fā)動機高轉(zhuǎn)速時的動力性,所以固定的配氣相位很難提高天然氣發(fā)動機全轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)的動力性。本文的研究結(jié)果對天然氣發(fā)動機的開發(fā)具有一定的參考價值。 【關(guān)鍵詞】：天然氣發(fā)動機 壓縮比 點火時刻 配氣相位 仿真優(yōu)化 動力性能
【學位授予單位】：重慶交通大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2011
【分類號】：TK431
【目錄】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-8
• 第一章 緒論8-18
• 1.1 引言8-12
• 1.1.1 能源危機與環(huán)境污染8-10
• 1.1.2 新能源探索10-12
• 1.2 天然氣發(fā)動機發(fā)展與數(shù)值模擬研究狀況12-17
• 1.2.1 天然氣發(fā)動機的發(fā)展歷史12-13
• 1.2.2 天然氣發(fā)動機數(shù)值模擬研究現(xiàn)狀13-17
• 1.3 主要研究內(nèi)容17-18
• 第二章 天然氣發(fā)動機動力性能分析18-23
• 2.1 天然氣發(fā)動機動力性下降的主要原因18-20
• 2.2 改善天然氣發(fā)動機動力性的措施20-22
• 2.3 本章小結(jié)22-23
• 第三章 天然氣發(fā)動機仿真系統(tǒng)建立23-34
• 3.1 GT-power 軟件簡介23
• 3.2 汽油機仿真模型建立23-27
• 3.3 汽油機仿真模型標定27-28
• 3.4 天然氣燃料模型28-32
• 3.4.1 乙烷燃料模型28-30
• 3.4.2 丁烷燃料模型30-32
• 3.5 天然氣發(fā)動機性能仿真32-33
• 3.6 本章小結(jié)33-34
• 第四章 天然氣發(fā)動機關(guān)鍵參數(shù)優(yōu)化34-63
• 4.1 壓縮比的優(yōu)化計算34-41
• 4.1.1 壓縮比對天然氣發(fā)動機動力性的影響34-35
• 4.1.2 壓縮比對天然氣發(fā)動機經(jīng)濟性的影響35-36
• 4.1.3 壓縮比對燃燒的影響36-37
• 4.1.4 壓縮比選擇37-39
• 4.1.5 優(yōu)化前后天然氣發(fā)動機性能對比39-41
• 4.2 點火時刻的優(yōu)化計算41-47
• 4.2.1 點火時刻對天然氣發(fā)動機動力性的影響41-42
• 4.2.2 點火時刻對天然氣發(fā)動機經(jīng)濟性的影響42-43
• 4.2.3 點火時刻對燃燒始點的影響43-44
• 4.2.4 點火時刻對燃燒持續(xù)期的影響44
• 4.2.5 點火時刻對缸內(nèi)燃燒壓力的影響44-45
• 4.2.6 點火時刻對缸內(nèi)燃燒溫度的影響45-46
• 4.2.7 點火時刻優(yōu)化前后發(fā)動機性能對比46-47
• 4.3 配氣相位優(yōu)化設(shè)計47-57
• 4.3.1 配氣相位優(yōu)化47-51
• 4.3.2 配氣相位優(yōu)化結(jié)果組合51-54
• 4.3.3 配氣相位優(yōu)化前后性能對比54-57
• 4.4 天然氣發(fā)動機參數(shù)優(yōu)化前后性能對比57-61
• 4.5 本章小結(jié)61-63
• 第五章 結(jié)論63-65
• 5.1 結(jié)論63
• 5.2 不足與展望63-65
• 致謝65-66
• 參考文獻66-69
• 在學期間發(fā)表的論著及取得的科研成果69

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低散熱壓縮著火天然氣發(fā)動機燃燒過程的試驗研究    張德福

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

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