天然气发动机压缩比、点火时刻及配气相位优化研究

【摘要】：内燃机和汽车的出现为人类社会的发展做出了巨大的贡献,但随着汽车保有量的急剧增加,由此带来的能源危机和环境问题也不容忽视,因此寻找合适的替代能源迫在眉睫。天然气作为一种优质能源,具有技术成熟、资源丰富、排放污染低及价格便宜等特点,从而成为汽车代用燃料的首选,但是天然气作为汽车代用时会造成内燃机动力性下降。目前国内外众多专家、学者对天然气发动机的工作过程作了大量的研究,这些研究大多是在天然气发动机满负荷时进行,对天然气发动机中、低负荷时的性能研究还较少。 优化天然气发动机的参数,使其适应天然气的理化性质,是改善天然气发动机动力性的有效途径之一。本文根据某型汽油发动机的相关参数,利用发动机仿真分析软件GT-power建立了较为准确的汽油发动机仿真模型;在GT-power软件的燃料库中新建了乙烷和丁烷的燃料模型,并生成了四川天然气燃料模型;利用汽油发动机模型和四川天然气燃料模型对天然气发动机的性能进行了模拟计算,针对天然气发动机动力性下降的问题,分析了不同负荷条件下压缩比、点火时刻和配气相位对天然气发动机性能的影响,并对各参数进行了优化。 将优化后天然气发动机的性能与原天然气发动机、原汽油发动机进行了对比。对比结果表明,优化后天然气发动机动力性、经济性明显改善,但与原汽油发动机相比仍有一定差距。优化后与原天然气发动机相比,在25%负荷时,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,提升幅度分别为3.1%、6.4%;在50%负荷时最大扭矩由108 N·m提高到113.5N·m,最大功率由22.4kW提高到24.1kW,提高幅度分别为5.1%、7.6%;在75%负荷时,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,提升幅度分别为6.1%、6.9%;在100%负荷时,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,提升幅度分别为11.5%、5.1%。此外,在仿真优化分析的过程中得出:1.与汽油发动机相比天然气发动机的压缩比可以适当提高,宜在10.5～12之间;2.天然气发动机的最佳点火时刻在中等转速时相对汽油发动机有所提前,提前的幅度在3°CA左右;3.在中等转速时优化的固定配气相位,可以提高中、低转速时天然气发动机的动力性,但降低了天然气发动机高转速时的动力性,所以固定的配气相位很难提高天然气发动机全转速范围内的动力性。本文的研究结果对天然气发动机的开发具有一定的参考价值。 【关键词】：天然气发动机 压缩比 点火时刻 配气相位 仿真优化 动力性能
【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】：TK431
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-8
• 第一章 绪论8-18
• 1.1 引言8-12
• 1.1.1 能源危机与环境污染8-10
• 1.1.2 新能源探索10-12
• 1.2 天然气发动机发展与数值模拟研究状况12-17
• 1.2.1 天然气发动机的发展历史12-13
• 1.2.2 天然气发动机数值模拟研究现状13-17
• 1.3 主要研究内容17-18
• 第二章 天然气发动机动力性能分析18-23
• 2.1 天然气发动机动力性下降的主要原因18-20
• 2.2 改善天然气发动机动力性的措施20-22
• 2.3 本章小结22-23
• 第三章 天然气发动机仿真系统建立23-34
• 3.1 GT-power 软件简介23
• 3.2 汽油机仿真模型建立23-27
• 3.3 汽油机仿真模型标定27-28
• 3.4 天然气燃料模型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 天然气发动机性能仿真32-33
• 3.6 本章小结33-34
• 第四章 天然气发动机关键参数优化34-63
• 4.1 压缩比的优化计算34-41
• 4.1.1 压缩比对天然气发动机动力性的影响34-35
• 4.1.2 压缩比对天然气发动机经济性的影响35-36
• 4.1.3 压缩比对燃烧的影响36-37
• 4.1.4 压缩比选择37-39
• 4.1.5 优化前后天然气发动机性能对比39-41
• 4.2 点火时刻的优化计算41-47
• 4.2.1 点火时刻对天然气发动机动力性的影响41-42
• 4.2.2 点火时刻对天然气发动机经济性的影响42-43
• 4.2.3 点火时刻对燃烧始点的影响43-44
• 4.2.4 点火时刻对燃烧持续期的影响44
• 4.2.5 点火时刻对缸内燃烧压力的影响44-45
• 4.2.6 点火时刻对缸内燃烧温度的影响45-46
• 4.2.7 点火时刻优化前后发动机性能对比46-47
• 4.3 配气相位优化设计47-57
• 4.3.1 配气相位优化47-51
• 4.3.2 配气相位优化结果组合51-54
• 4.3.3 配气相位优化前后性能对比54-57
• 4.4 天然气发动机参数优化前后性能对比57-61
• 4.5 本章小结61-63
• 第五章 结论63-65
• 5.1 结论63
• 5.2 不足与展望63-65
• 致谢65-66
• 参考文献66-69
• 在学期间发表的论著及取得的科研成果69

您可以在本站搜索以下学术论文文献来了解更多相关内容

米勒循环天然气发动机工作过程仿真与优化研究    杨成

车用天然气发动机起动及怠速过程的试验研究    张红光;郑轶;刘凯;王道静;郑国勇;王欣;

天然气发动机燃烧方式分析    王宇;马凡华;刘海全;

基于气缸压力的天然气掺氢发动机最佳点火提前角的研究    张继春;李兴虎;杨建国;

国际石油消费现状及发展趋势探讨    温洪雁;

CNG/汽油两用燃料发动机点火提前角控制试验研究    彭雪飞;王云鹏;隗海林;

世界能源格局将以天然气为主导    

汽油机点火提前角的影响因素及其确定    毛华永,王桂芝

进排气管结构与配气系统匹配对汽油机性能的影响研究    褚超美,陈家琪,张振东,涂南明,郭磊

电控汽油机点火提前角多目标优化方法研究    吴锋;贾岱润;姚栋伟;杨志家;

柴油机改为火花点火式天然气发动机技术研究    张晓东,刘兴华,张幽彤

电控喷射稀燃天然气发动机的关键技术研究    窦慧莉

压燃式天然气发动机燃烧过程模拟计算和试验研究    郑清平

低散热压缩着火天然气发动机燃烧过程的试验研究    张德福

4SH-N天然气发动机工作过程优化及排放控制    杨立平

压缩着火天然气发动机燃烧过程的研究    邓玉龙

CA4102天然气发动机仿真优化设计    韩小强

CA4102天然气发动机燃烧过程的仿真研究    李昕

汽油机富氧进气基本燃烧特征理论分析    陈龙华

增压中冷CA4SH CNG发动机燃烧及排放的影响研究    贾磊

火花点火天然气发动机燃烧过程的多维数值模拟研究    沈国华

点火时刻和喷气时刻对天然气发动机性能的影响    王东芹

天然气发动机起动及怠速转速闭环控制的试验研究    郑轶

基于GT-Power的CNG摩托车发动机性能优化研究    钟睿

燃气热水器性能测定实验台的研制    张爱凤;赵卫平;刘向华;汪红梅;

车用液化石油气(LPG)特性与改装部件功能(综述)    王继先,潘忠杰,冯能莲,蔡曾华

电控CNG发动机增压匹配的仿真计算    安存春;陈淑玲;张欣;

电控天然气/柴油双燃料发动机的研究    夏渊,张欣,周希德,胡准庆

两用燃料夏利车排放测试分析    孟磊

基于Telelogic Rhapsody的电控液力自动变速器电控系统信息流设计    葛立坤;范知友;

液化石油气发动机燃料供给系统的设计方案与性能比较研究    蒋兴,朱辉

车用天然气发动机起动及怠速过程的试验研究    张红光;郑轶;刘凯;王道静;郑国勇;王欣;

气体燃料发动机新技术    宋传平

低压大气式燃烧器中引射器的数值模拟    方媛媛;郭全;傅忠诚;

电控技术在天然气发动机上的应用    滕勤;左承基;

汽车电子技术的现状及发展趋势    王鑫;刘剑;张婷;

小型户用沼气锅炉的设计计算    李文涛;刘建禹;李文哲;

轿车用直喷柴油机缸内工作过程CFD分析    王宝林;邓帮林;李军成;许胜利;冯仁华;

电控液压助力转向系统助力特性研究与分析方法    郭晓林;季学武;陈奎元;

LPG发动机的排放性能研究    苏菱;

天然气汽车应用技术的研究    谷鹏;刘艳苹;

洁净能源天然气及其在福建的发展前景分析    俞建洪;陈朝柱;

确立天然气燃气具基准气体的方法与实践    罗东晓;欧翔飞;

高适配性燃气具对推动天然气产业发展的重要意义    罗东晓;赖元楷;

气动/燃油混合动力能量回收利用研究    聂相虹

高压天然气管网动态模拟与壅塞流动特性研究    刘庆堂

轿车柴油机微粒捕集器工作过程数值模拟及再生控制策略研究    张辉

汽油机动力总成系统匹配标定及优化研究    赵弘志

YC6T柴油机进排气系统性能仿真及优化研究    崔洪江

汽油机进气混合O_2/CO_2的燃烧机理与性能研究    姚春玲

柴油机燃用小桐子油的燃烧过程试验与模拟研究    王子玉

发动机可变进气系统流动特性与性能优化设计研究    任立红

柴油机喷嘴内空化效应的机理及射流破碎特征的研究    张军

汽油机芳香烃生成机理的研究    张延峰

缸内流场结构对天然气发动机性能影响的模拟研究    张波

某16V型柴油机相继增压性能分析    李琦

多功能燃烧弹的研究    田文凯

柴油/天然气双燃料发动机性能模拟研究    尹佳

电控机械式自动变速器换挡规律的研究与仿真    高佳明

基于CFD的柴油机喷雾过程模拟计算研究    刘劲松

基于MATLAB/Simulink的高压共轨柴油机仿真模型的研究与应用    雷晶

柴油机配气机构及正时驱动系动力学特性研究    秦凤莲

含水乙醇汽油对电喷汽油机性能及燃烧特性的影响    戴颂

4100QB-2柴油机燃用生物柴油缸内工作过程模拟及试验研究    孔德芳

直喷式柴油机缸内涡流、挤流和湍流的数值研究    解茂昭

燃烧室形状对直喷式柴油机燃烧过程影响的仿真研究    高莹;杨成;李书华;陈长军;李君;

CNG发动机工作过程的三维数值模拟    吕林,温苗苗

燃烧室几何形状对缸内气体流动和发动机性能的影响    王锡斌,马志豪,蒋德明

可变气门升程下汽油机缸内气体流动特性的研究    王天友;刘大明;张学恩;张东明;刘书亮;赵华;

国外气体发动机的进展    钱爱华;唐娟;

改善增压天然气发动机排放特性的途径    刘敬平;杨汉乾;王树青;付建勤;夏孝朗;徐政欣;

电控喷射稀燃天然气发动机的关键技术研究    窦慧莉

4SH-N天然气发动机工作过程优化及排放控制    杨立平

天然气发动机的仿真优化与性能提高研究    郭子锐

H12V190ZLT型高增压、稀燃天然气发动机的设计开发    李全武

分层燃烧GDI发动机燃烧过程的仿真研究    王海波

微引燃柴油喷射对缸内直喷天然气燃烧过程的影响研究    张蕾

天然气汽车的发展与未来展望    赵惠敏,刘洁 ,胡丽慧,张存信

天然气发动机技术发展研究    王珂,张幽彤

富氧燃烧的主要环境影响因素概述    刘庆才,陈淑荣

富氧助燃技术及其应用    刘毅,李光界,孙鹤,张国荣

燃气汽车的现状及发展    汪卫东

发动机怠速智能控制系统的研究    程庆 ,黄河 ,吴平友

富氧条件下钯催化剂上氢气还原氧化氮微观反应动力学研究    杨剑斌,付桂芝,王树东,吴迪镛

天然气发动机空燃比的计算机模拟优化研究    栾延龙,杜子学,文孝霞

天然气汽车de现状及发展趋势    陈基杰,孙芃

内燃机缸内流场数值模拟研究现状及发展    沈建平

    孙中和

LPG发动机三维燃烧模拟计算与试验研究    周重光

吸附还原净化准均质稀燃汽油机氮氧化物排放实验研究    李志军

电控喷射稀燃天然气发动机的关键技术研究    窦慧莉

低散热压缩着火天然气发动机燃烧过程的试验研究    张德福

柴油机缸内气流运动模拟    王宇琳

柴油机改天然气单燃料发动机应用研究    田龙

电控燃气摩托车发动机的研究    徐远望

天然气发动机进气管内混合气形成过程的可视化研究    龚英利

CNG发动机工作过程数值模拟    温苗苗

电控汽油—压缩天然气（CNG）两用燃料发动机动力性恢复研究    廖均智

压燃式天然气发动机计算机控制系统的开发    张振明

Jetta CNG发动机冷起动控制策略的研究    高原

基于GT-POWER的汽油机仿真及优化设计    刘宇

压缩着火天然气发动机燃烧过程的研究    邓玉龙

恢复改装天然气发动机动力性能的措施    阮登芳,邓兆祥

美国能源部拨款用于天然气发动机研究开发    程永陆

天然气发动机多点顺序喷射技术的开发研究    刘兴华,陈永义,李铁栓

压燃式天然气发动机的技术现状及展望    郑清平,张惠明,张德福

1190NT天然气发动机的结构特点和性能试验    赵纪君

2105型天然气发动机用汽化-混合器的模拟试验    胡九章

戴姆勒-克莱斯勒M906LAG天然气发动机介绍    阿炜

适用于天然气发动机的高能点火系统    刘建华,李莉

天然气发动机进排气门的研制    冯仁贵，李清观，姚正刚

对装有EGR的天然气发动机的试验研究    马艳明,许忠厚,马凡华,吕剑飞

电控技术在天然气发动机上的应用    滕勤;左承基;

钻井平台用天然气发动机的设计开发    孙成香;李全武;郑圣彬;孙乐美;李治朋;

天然气发动机技术研究与应用    程鹏;

不同类型的天然气发动机燃烧和排放特点    苌转;周斌;邵晓杰;于超;

恢复天然气(CNG)发动机动力性能的分析研究    赵作志;

恢复天然气(CNG)发动机动力性能的分析研究    赵作志;

恢复天然气(CNG)发动机动力性能的分析研究    赵作志;

NQ140N单-CNG发动机的开发与试验    李克新;

天然气发动机复合空调系统    秦朝葵;刘雄;全惠君;谭建新;

NQ140N天然气发动机的开发    陈万应;张浩;邓杰;杨志勇;李克新;程辉;

重汽集团研发天然气发动机    本报记者 郑义

天然气发动机首次进入863计划    记者 王建梁

天然气发动机成新竞争点    关尚宇

大功率天然气发动机成功点火    过国忠 许武英

钻井用天然气发动机获突破    任继凯　傅伟

济柴研制钻井用天然气发动机填补国内空白    记者 任继凯　通讯员 傅伟

现代重工研发成功天然气发动机    广言

锡柴天然气发动机再展“低碳”魅力    通讯员 陈燕　记者 严峻

我国功率最大天然气发动机在锡柴成功点火    记者 过国忠　通讯员 许武英

大功率天然气发动机达国际水平    柯吉

燃烧边界条件对车用重型天然气发动机燃烧及排放的影响    余小草

稀燃天然气发动机燃烧过程研究和燃烧系统开发    焦运景

高性能大功率天然气发动机燃烧系统开发研究    李树生

稀燃天然气发动机燃烧循环变动特性及动力学特征研究    姚宝峰

满足国Ⅳ排放标准压缩天然气发动机燃烧过程的研究    司鹏鹍

压燃式天然气发动机燃烧过程模拟计算和试验研究    郑清平

低散热压缩着火天然气发动机燃烧过程的试验研究    张德福

电控喷射稀燃天然气发动机的关键技术研究    窦慧莉

4SH-N天然气发动机工作过程优化及排放控制    杨立平

混合动力汽车汽油机起动工况瞬态燃烧和排放特性研究    于水

天然气发动机压缩比、点火时刻及配气相位优化研究    吴岳伟

轿车用单一燃料电控喷射天然气发动机性能的实验与计算研究    郭云杰

米勒循环天然气发动机工作过程仿真与优化研究    杨成

天然气发动机电控单元原型的研制    刘诚诚

公交车用天然气发动机国产化的层次分析法研究与规模化应用    窦宝华

满足国Ⅴ排放的天然气发动机开发    张坤鹏

大缸径天然气发动机缸内燃烧过程数值模拟研究    邢小伟

天然气发动机进排气系统及配气相位优化研究    潘芝桂

大型天然气发动机工作循环数值模拟分析    熊长君

天然气发动机气体喷射闭环控制技术研究    黄帅