天然氣發(fā)動機示功圖測試分析

【摘要】： 為了有效地利用地球能源,減少發(fā)動機的尾氣排放,CNG發(fā)動機的應(yīng)用日益廣泛。因此,對既可以反映天然氣發(fā)動機的工作狀態(tài)和燃燒過程,又可以作為研究其動力學(xué)特性依據(jù)的示功圖的精確測量和有效分析是十分重要的。 本文對某天然氣發(fā)動機缸內(nèi)壓力信號、齒盤脈沖信號、上止點脈沖信號進行同步采樣。采用氣缸壓縮線法和磁電法確定了上止點,并用多變指數(shù)法對上止點位置進行了驗證;利用缸內(nèi)壓力、上止點脈沖和齒盤脈沖同步采樣信號,分別采用上止點基準(zhǔn)法和本文提出的轉(zhuǎn)角脈沖插值法來確定曲軸轉(zhuǎn)角,并對兩種方法獲得的示功圖進行了對比分析。根據(jù)發(fā)動機工作循環(huán)變動較大時,示功圖具有燃燒膨脹階段壓力曲線差別較大,但進排氣和壓縮過程對應(yīng)曲線仍基本重合的特點,本文提出了局部多循環(huán)平均與五點二次光順法相結(jié)合的方法對該部分壓力曲線進行預(yù)處理。這樣,既保持了各循環(huán)示功圖燃燒膨脹階段壓力曲線的特性,又有效地減小了進排氣和壓縮過程壓力曲線的誤差。 本文在分析試驗所用天然氣發(fā)動機示功圖中主要壓力參數(shù)循環(huán)變動性的基礎(chǔ)之上,發(fā)現(xiàn)表征天然氣發(fā)動機循環(huán)變動性的平均指示壓力的變動不大;最高燃燒壓力和最大壓力升高率的變動比較明顯,并且最高燃燒壓力所對應(yīng)的曲軸轉(zhuǎn)角隨壓力的減小而遠離上止點。在穩(wěn)定工況下,即使示功圖中最高燃燒壓力等參數(shù)變動較大,但燃燒的循環(huán)變動對功率的影響仍較小。在次聲級頻段低諧次氣體壓力幅值隨最高燃燒壓力和最大壓力升高率的增加而增大,但由于平均指示壓力的變化并不明顯,所以低諧次氣體壓力幅值變化不大。在可聞聲級頻段各諧次氣體壓力幅值隨最高燃燒壓力和最大壓力升高率的增加而增大,而且隨著諧次的增加越發(fā)地明顯,其中最大的氣體壓力幅值相差到了3倍多,這會引起結(jié)構(gòu)振動和燃燒噪聲的相應(yīng)增大。 本試驗所用天然氣發(fā)動機示功圖有效諧次比柴油機少很多,如果所恢復(fù)示功圖以判別該天然氣發(fā)動機動力性為目的,只要準(zhǔn)確恢復(fù)前12諧次氣體力已能滿足要求。經(jīng)過分析該天然氣發(fā)動機,其曲軸角振動測量誤差主要由齒距誤差及齒面磨損所造成的。本文所采用的并齒法可明顯提高曲軸角速度測量精度,且滿足恢復(fù)示功圖的需要。通過對該氣發(fā)動機曲軸角振動測量分析,得到軸系的最低階角振動共振頻率約為71Hz。因此,在利用曲軸角振動反演示功圖時,不能將軸系作為準(zhǔn)剛體模型。但特定轉(zhuǎn)速下,通過曲軸角速度和曲軸切向力矩的傳遞關(guān)系恢復(fù)示功圖的方法是可行的。示功圖恢復(fù)的精度主要受到角振動測量誤差和共振頻率處傳遞函數(shù)的精度影響。 【關(guān)鍵詞】：天然氣發(fā)動機 示功圖 測量 循環(huán)變動 傳遞函數(shù)
【學(xué)位授予單位】：西南交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2009
【分類號】：TK431
【目錄】：

• 摘要6-8
• Abstract8-13
• 第1章 緒論13-19
• 1.1 研究的背景和意義13-14
• 1.2 內(nèi)燃機示功圖基本形式及測試要求14-15
• 1.3 示功圖在內(nèi)燃機研究上的應(yīng)用15-17
• 1.4 內(nèi)燃機示功圖測量技術(shù)的現(xiàn)狀17
• 1.5 CNG發(fā)動機示功圖測試分析現(xiàn)狀17-18
• 1.6 課題的研究內(nèi)容18-19
• 第2章 內(nèi)燃機示功圖獲取方法研究19-27
• 2.1 上止點的確定及修正19-21
• 2.1.1 上止點的確定20
• 2.1.2 上止點的修正20-21
• 2.2 曲軸轉(zhuǎn)角的確定21-22
• 2.2.1 確定曲軸轉(zhuǎn)角的傳統(tǒng)方法21
• 2.2.2 轉(zhuǎn)角脈沖插值法確定曲軸轉(zhuǎn)角21-22
• 2.3 其它誤差因素的分析22-24
• 2.3.1 測壓管道引起的誤差修正22-23
• 2.3.2 示功測量系統(tǒng)頻率特性引起的誤差23
• 2.3.3 溫度變化引起的誤差23-24
• 2.4 示功圖的預(yù)處理方法24-26
• 2.4.1 畸點濾波法24
• 2.4.2 曲線的五點二次光順法24-26
• 2.5 本章小結(jié)26-27
• 第3章 試驗簡介27-38
• 3.1 試驗樣機及測量系統(tǒng)構(gòu)成27-28
• 3.2 傳感器的選擇28-32
• 3.2.1 曲軸轉(zhuǎn)角傳感器及上止點傳感器29-30
• 3.2.2 壓力傳感器及應(yīng)變儀30-32
• 3.3 數(shù)據(jù)采集卡的選擇32-33
• 3.4 壓力傳感器的試驗標(biāo)定33-37
• 3.4.1 標(biāo)定方案34
• 3.4.2 標(biāo)定試驗和數(shù)據(jù)處理34-37
• 3.5 試驗過程及記錄37
• 3.6 本章小結(jié)37-38
• 第4章 示功圖測量及預(yù)處理方法研究38-53
• 4.1 上止點位置的確定38-41
• 4.2 其它試驗誤差的處理41
• 4.3 示功圖的獲取41-44
• 4.4 轉(zhuǎn)角脈沖插值法和上止點法的比較44-45
• 4.5 示功圖的預(yù)處理45-52
• 4.5.1 示功圖的特點45
• 4.5.2 循環(huán)變動較小時示功圖的預(yù)處理45-48
• 4.5.3 燃燒循環(huán)變動大時示功圖的預(yù)處理48-52
• 4.6 本章小結(jié)52-53
• 第5章 氣體力特性分析53-61
• 5.1 燃燒的循環(huán)變動53-54
• 5.2 天然氣發(fā)動機循環(huán)變動特性54-56
• 5.3 循環(huán)變動對天然氣發(fā)動機動力性的影響56
• 5.4 循環(huán)變動對燃燒噪聲的影響分析56-60
• 5.5 本章小結(jié)60-61
• 第6章 曲軸角振動信號恢復(fù)示功圖初探61-73
• 6.1 天然氣發(fā)動機頻譜特性62-63
• 6.2 曲軸角速度測量誤差分析63-66
• 6.3 天然氣發(fā)動機角振動特性分析66-67
• 6.4 傳遞函數(shù)的計算67-70
• 6.5 反演示功圖70-72
• 6.5.1 反演過程70
• 6.5.2 反演實例70-72
• 6.6 本章小結(jié)72-73
• 結(jié)論與展望73-76
• 1 主要研究結(jié)論73-74
• 2 展望74-76
• 致謝76-77
• 參考文獻77-81
• 攻讀碩士階段發(fā)表的論文81

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