电控天然气发动机匹配与试验研究

【摘要】： 随着汽车工业的发展,研发节能、环保的汽车发动机成为目前汽车工业发展的主流方向,天然气发动机被认为是解决能源与环境问题的首选代用燃料发动机方案。本文根据我国和国外天然气发动机技术应用的经验,结合玉柴承担的国家863课题“重型商用车CNG发动机产品开发”,在YC6G系列柴油机基础上,通过燃气化改进设计、燃气控制系统集成开发、性能模拟优化计算和燃烧分析、电控标定,开发出满足国IV排放的电控天然气发动机。 本文首先综述了本课题背景、天然气汽车的发展历程,详细地研究了国内外天然气发动机发展的技术路线和技术特点。在分析国内外的天然气发动机技术的基础上,提出了满足国IV排放的电控天然气发动机开发方案;以YC6G柴油机为基础机型,对燃气供给系统、燃烧系统(包括缸盖、燃烧室)、进排气系统(包括进、排气相位)、气缸盖、活塞以及增压中冷系统进行相应的变型设计;采用稀薄燃烧、增压中冷、低涡流燃烧系统、单缸高能独立点火、电控调压燃料闭环控制和氧化型催化器等技术,改善天然气发动机的动力性能并发挥其排放和经济性优势。 在本文中,对缸内燃烧进行一维的数值模拟分析,研究进排气相位、涡流比、燃烧室对发动机各参数的影响;对天然气发动机的工作过程进行三维数值计算,对缸内流动等内容进行系统研究,预测可靠性的薄弱环节,提出改进措施。 本文提出了天然气发动机电控系统匹配的基本方法和标定步骤。对天然气燃气系统零部件进行了性能和匹配测试,对天然气发动机的动力性、经济性、排放性能以及可靠性进行了全面试验,结果表明:开发的YC6G260N-40电控天然气发动机的性能和可靠性达到产品设计要求,排放满足国IV标准。 本文探索和总结的天然气发动机开发流程、方法和经验,可为今后代用燃料发动机的开发提供参考。 【关键词】：天然气发动机 燃烧 电控 性能 排放
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：U464.174;U467.2
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-12
• 第一章 绪论12-30
• 1.1 课题的背景和意义12-14
• 1.1.1 课题背景12-13
• 1.1.2 课题意义13-14
• 1.2 天然气发动机技术发展概述14-22
• 1.2.1 天然气汽车的发展历程14
• 1.2.2 天然气的特性14-16
• 1.2.3 天然气发动机分类16-18
• 1.2.4 国内外天然气发动机技术发展概况18-22
• 1.3 典型电控天然气发动机燃料控制技术22-25
• 1.3.1 单点喷射技术22-23
• 1.3.2 多点顺序喷射技术23-24
• 1.3.3 电控调压燃料控制系统24
• 1.3.4 柴油引燃缸内直喷技术24-25
• 1.4 电控天然气发动机排放控制技术研究25-28
• 1.4.1 排放法规研究25-26
• 1.4.2 CNG 发动机排放物26-27
• 1.4.3 CNG 发动机排放控制技术27-28
• 1.5 本文的主要研究内容28-30
• 第二章 电控天然气发动机总体技术方案研究30-37
• 2.1 发动机开发目标与系统选型原则30
• 2.2 电控天然气发动机燃料控制系统技术方案30-36
• 2.2.1 单点喷射技术分析31-32
• 2.2.2 多点顺序喷射技术分析32-33
• 2.2.3 电控调压燃料控制技术分析33-34
• 2.2.4 柴油引燃缸内直喷技术分析34
• 2.2.5 燃料控制技术选择34-36
• 2.3 天然气发动机排放控制技术方案36
• 2.4 本章小结36-37
• 第三章 天然气发动机零部件设计37-48
• 3.1 燃气系统总体技术方案设计要点37
• 3.2 燃气系统主要零部件选型37-44
• 3.2.1 高压减压器选型37-41
• 3.2.2 电控调压器选型41-42
• 3.2.3 混合器选型42-44
• 3.3 气缸盖设计优化44
• 3.3.1 改装火花塞孔44
• 3.3.2 缸盖气阀座鼻梁区的改进44
• 3.4 进、排气阀座优化设计44-45
• 3.5 进排气阀改进设计45
• 3.6 增压器选型45-46
• 3.7 发动机总体布置与设计46-47
• 3.8 本章小结47-48
• 第四章 天然气发动机性能优化计算48-87
• 4.1 性能优化总体方案设计48
• 4.2 发动机数学模型的建立48-54
• 4.2.1 缸内模型48-49
• 4.2.2 燃烧模型49-51
• 4.2.3 传热模型51-53
• 4.2.4 管道模型53-54
• 4.3 配气正时及凸轮型线优化54-65
• 4.3.1 配气正时及凸轮型线优化方案54-55
• 4.3.2 整机模型的搭建及外特性验证55-58
• 4.3.3 外特性模型基础上的配气定时优化58-60
• 4.3.4 公交车循环工况模型的建立及配气定时优化60-65
• 4.4 三维流场特性分析65-78
• 4.4.1 进气、压缩过程流场分析65-69
• 4.4.2 燃烧过程分析69-72
• 4.4.3 运转因素对CNG 发动机热负荷和爆燃的影响72-78
• 4.5 燃烧系统优化78-86
• 4.5.1 计算流程78-79
• 4.5.2 模型验证79-80
• 4.5.3 涡流比方案优选80-82
• 4.5.4 燃烧室几何尺寸的优化82-86
• 4.6 本章小结86-87
• 第五章 天然气发动机性能优化试验研究87-113
• 5.1 凸轮轴优化试验87-93
• 5.2 活塞优化试验93-104
• 5.2.1 压缩比优化试验93-103
• 5.2.2 活塞燃烧室优化试验103-104
• 5.3 催化器优化匹配104-107
• 5.3.1 开发目标104
• 5.3.2 对比试验104-107
• 5.4 点火能量优化试验107-112
• 5.5 本章小结112-113
• 第六章 电控天然气发动机电控标定试验研究113-123
• 6.1 电控天然气发动机主要的标定工作113
• 6.2 电控天然气发动机标定方法研究113-121
• 6.2.1 充气效率标定113-116
• 6.2.3 点火提前角及空燃比标定116-121
• 6.3 发动机性能标定121-122
• 6.4 本章小结122-123
• 第七章 总结与展望123-125
• 7.1 全文总结123-124
• 7.2 工作展望124-125
• 参考文献125-128
• 致谢128-129
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文目录129

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