天然气发动机进排气系统及配气相位优化研究

【摘要】：随着汽车工业的飞速发展,石油资源短缺和环境污染加剧的问题日益凸显,对车用发动机的传统石油燃料及其燃烧方式提出了严峻挑战,迫使人们加快了车用发动机代用燃料的研发和应用进程。天然气由于具有排放污染低、资源丰富、价格低廉等优点,因此成为一种极具发展潜力的代用燃料。但天然气发动机存在其动力性与汽油机相比明显下降、燃气经济性变差等问题急需研究解决,而目前国内外专家、学者对天然气发动机的研究大多是在发动机满负荷状态下进行的,对天然气发动机在中、低负荷工况下的性能研究较少。 天然气发动机换气过程进行的好坏,对发动机性能有着直接影响,而发动机进气系统和配气相位是影响发动机换气过程质量的主要因素,对充气效率有着决定性的影响。改变目前传统天然气发动机进气歧管单一固定式结构以及发动机配气相位固定不变的状态,采用可变进气歧管及可变配气相位技术可以较好的改善天然气发动机换气质量,提高发动机充气效率,进而在一定程度上改善天然气发动机动力性下降的不足。 论文利用GT-Power仿真软件建立了一个燃用压缩天然气燃料的汽油发动机仿真模型。根据压缩天然气的理化特性,改进了原汽油发动机的燃料供给和喷射系统模型,在软件燃料库中新增了天然气组分乙烷和丁烷燃料库,建立了燃用压缩天然气的发动机仿真分析系统。利用该系统较为全面的分析了不同负荷下进排气系统及配气相位对发动机动力性和经济性的影响,并提出了相应的改进方案。 通过对发动机进、排气系统结构参数及配气相位等参数的优化,该天然气发动机在不同负荷状态下的动力性、经济性都得到了不同程度的改善。其中,在25%负荷时,优化后的天然气发动机最大扭矩和最大功率与优化前相比分别提高了8.2%、11.2%,燃气消耗率下降了3.1%;在50%负荷时,优化后的天然气发动机最大扭矩和最大功率与优化前相比分别提高了15.1%、14.2%,燃气消耗率下降了6.4%;在100%负荷时,优化后的天然气发动机最大扭矩和最大功率与优化前相比分别提高了9.1%、11.9%,燃气消耗率下降了5.1%。 论文研究结果对进一步深入展开对天然气发动机进排气系统结构以及配气相位参数对发动机性能影响的研究奠定了一定的基础,为天然气发动机的模拟仿真开发提供一些参考,同时也对其它代用燃料发动机工作过程数值仿真研究具有一定的参考价值。 【关键词】：天然气发动机性能 模拟仿真 进排气系统 可变配气相位
【学位授予单位】：重庆交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：TK433
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-8
• 第一章 绪论8-18
• 1.1 研究背景及意义8-12
• 1.1.1 研究背景8-12
• 1.1.2 研究意义12
• 1.3 天然气作为汽车替代能源的优势及问题12-14
• 1.4 发动机工作过程数值模拟技术的发展与应用14-16
• 1.4.1 数值模拟技术发展的背景14
• 1.4.2 发动机工作过程数值模拟国内外研究现状14-16
• 1.4.3 数值模拟在天然气发动机上的应用16
• 1.5 论文主要研究内容16-18
• 第二章 天然气发动机进排气系统及配气正时研究现状18-32
• 2.1 进、排气系统国内外研究现状18-22
• 2.2 可变配气相位技术的国内外发展现状22-29
• 2.3 影响天然气发动机燃烧过程的关键因素29-31
• 2.4 本章小结31-32
• 第三章 天然气发动机仿真系统建立32-43
• 3.1 汽油机仿真模型建立32-35
• 3.2 汽油机仿真模型验证35-36
• 3.3 乙烷燃料库的建立36-38
• 3.3.1 焓拟合曲线系数的确定36
• 3.3.2 导热系数的确定36-37
• 3.3.3 黏度的确定37-38
• 3.4 丁烷燃料库的建立38-40
• 3.4.1 焓拟合曲线系数的确定38-39
• 3.4.2 导热系数的确定39
• 3.4.3 黏度的确定39-40
• 3.5 发动机燃用汽油和天然气对比40-42
• 3.6 本章小结42-43
• 第四章 进、排气系统优化43-64
• 4.1 进气管中波动效应及能量损失分析43-46
• 4.1.1 进气管内压力波的形成、反射与合成43-45
• 4.1.2 进气管长度对充量系数的影响45
• 4.1.3 进气管沿程能量损失45-46
• 4.1.4 进气管局部能量损失46
• 4.2 进排气系统结构参数优化方案46-47
• 4.3 进气系统结构参数优化47-53
• 4.3.1 进气总管长度优化分析47-49
• 4.3.2 进气歧管长度优化分析49-51
• 4.3.3 进气歧管直径优化分析51-53
• 4.4 排气系统结构参数优化53-61
• 4.4.1 排气歧管长度优化分析54-55
• 4.4.2 排气歧管直径优化分析55-57
• 4.4.3 排气总管长度优化分析57-59
• 4.4.4 排气总管直径优化分析59-61
• 4.5 进排气系统优化前后性能对比分析61-62
• 4.6 本章小结62-64
• 第五章 配气相位优化64-79
• 5.1 可变配气相位理论64-65
• 5.2 可变配气相位方案选择65
• 5.3 可变配气相位优化计算分析65-76
• 5.3.1 进气开启角/进气关闭角（IVO/IVC）优化计算66-69
• 5.3.2 排气开启角/排气关闭角（EVO/EVC）优化计算69-72
• 5.3.3 进、排气配气相位优化组合72-76
• 5.4 配气相位优化前后性能对比分析76-78
• 5.5 本章小结78-79
• 第六章 结论与展望79-81
• 6.1 结论79-80
• 6.2 展望80-81
• 致谢81-82
• 参考文献82-85
• 在学期间发表的论著及取得的科研成果85

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