天然气发动机燃烧循环变动的试验分析与仿真研究

【摘要】： 近年来,随着石油供给矛盾的日益加剧以及汽车排放法规的日益严格,采用天然气作为动力机械的替代燃料,能够在很大程度上解决动力机械对传统燃油类燃料的依赖性。 由于天然气的燃烧速率较慢,易产生燃烧循环变动现象,采用稀燃技术时会加剧燃烧循环变动。本文以天然气发动机燃烧循环变动为研究对象,通过试验与仿真方法,对燃烧循环变动的影响因素及诱发因素进行了研究。 本文首先以LabVIEW为平台,开发了一套发动机数据采集系统,通过借助高速采集卡,可以完成包括缸内压力等参数的多参数采集功能。采集系统可以完成对发动机缸内压力数据的分析,得到燃烧放热率以及平均指示压力表征的燃烧循环变动率。并以此系统为基础搭建了发动机实验台架。通过发动机台架试验,得到了进行天然气发动机燃烧循环变动实验研究的经济样本容量。并在此基础上,着重研究了在不同工况下,发动机转速、节气门开度、过量空气系数以及点火提前角对于燃烧循环变动的影响。 本文还利用GT-Power与Simulink建立了天然气发动机的联合仿真模型,通过Simulink控制GT-Power发动机模型中的部分参数,对发动机转速、节气门开度以及过量空气系数对燃烧循环变动的影响进行了仿真研究,通过与实验结果的比较探究了各影响因素的影响机理,并利用模型探讨了压缩比和冷却水温对燃烧循环变动的影响,得到了仿真模型的适用性。 最后通过在Simulink平台下建立的发动机零维模型,仿真研究了残余废气系数波动、点火时刻波动、进气压力波动这几种燃烧循环变动的主要诱发因素。研究了其在不同工况下对于天然气发动机燃烧循环变动的影响规律,探究了不同诱发因素的诱发程度,并由此得到了不同的诱发因素对于燃烧循环变动的诱发机理。 【关键词】：CNG发动机 LabVIEW 燃烧循环变动 GT-Power-Similink联合仿真
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：TK431
【目录】：

• 致谢5-6
• 中文摘要6-7
• ABSTRACT7-9
• 目录9-11
• 1 绪论11-21
• 1.1 选题背景及意义11
• 1.2 国内外研究现状以及发展趋势11-20
• 1.2.1 天然气发动机的燃烧循环变动11-18
• 1.2.2 发动机数据采集系统18-20
• 1.3 论文的主要工作内容20-21
• 2 发动机数据采集分析系统的开发与试验系统搭建21-39
• 2.1 数据采集系统的开发21-26
• 2.1.1 数据采集系统总体性能要求及组成21-22
• 2.1.2 数据采集系统硬件组成22-23
• 2.1.3 数据采集系统的软件开发23-26
• 2.2 燃烧过程数值分析系统开发26-33
• 2.2.1 燃烧规律影响因素的确定27-29
• 2.2.2 燃烧放热率的数值计算29-32
• 2.2.3 平均有效压力表征的燃烧循环变动率的计算32-33
• 2.3 天然气发动机燃烧循环变动研究的试验系统33-37
• 2.3.1 发动机试验系统组成33-36
• 2.3.2 数据采集分析系统的试验应用36-37
• 2.4 本章小结37-39
• 3 天然气发动机燃烧循环变动影响因素的研究39-49
• 3.1 燃烧循环变动的经济样本容量的研究39-40
• 3.2 天然气发动机燃烧循环变动的影响因素研究40-48
• 3.2.1 过量空气系数对燃烧循环变动的影响研究41-43
• 3.2.2 发动机转速对燃烧循环变动的影响研究43-44
• 3.2.3 节气门开度对燃烧循环变动的影响研究44-45
• 3.2.4 点火时刻对燃烧循环变动的影响研究45-48
• 3.3 本章小结48-49
• 4 燃烧循环变动影响因素的仿真研究49-63
• 4.1 在GT-Power中建立天然气发动机一维仿真模型49-52
• 4.2 利用MATLAB/Simulink与GT-Power建立联合仿真模型52-56
• 4.3 过量空气系数对燃烧循环变动的影响研究56-58
• 4.4 转速对燃烧循环变动的影响研究58-59
• 4.5 节气门开度对燃烧循环变动的影响研究59-60
• 4.6 压缩比和水温对燃烧循环变动的影响60-61
• 4.7 本章小结61-63
• 5 燃烧循环变动诱发因素的仿真研究63-77
• 5.1 在Simulink中建立天然气发动机零维仿真模型63-69
• 5.2 残余废气系数波动对燃烧循环变动的影响研究69-71
• 5.3 进气压力波动对燃烧循环变动的影响研究71-73
• 5.4 点火时刻对燃烧循环变动的影响研究73-74
• 5.5 本章小结74-77
• 6 全文总结与展望77-79
• 6.1 全文总结77-78
• 6.2 展望78-79
• 参考文献79-87
• 学位论文数据集87

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