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《吉林大学》 2011年
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4108 LPG发动机的优化匹配研究

宋昌庆  
【摘要】:随着全球性能源和环境问题的日益严重,研发清洁代用燃料汽车已成为当前汽车工业发展的一个重要方向,液化石油气以其热值高、成本低、抗爆性好、资源丰富、燃烧清洁等优点成为汽车替代燃料的首选。在日趋严格的燃油经济性和排放法规要求下,国内外LPG汽车发展迅速,对LPG发动机燃烧机理、结构和工作过程优化、排放控制技术等方面的研究已成为当前研究的热点。本文以计算机模拟分析和试验研究为手段,对4108 LPG发动机结构参数的优化分析、控制系统的选择设计、子系统部件的匹配选型和整机性能的标定方法进行了深入研究,旨在改善发动机的动力性、经济性和排放性能。 以分析发动机工作过程为目的,在气体动力学、热力学和发动机基本原理的基础上,根据守恒定律,利用现代计算机技术和数值方法,进行了仿真优化研究。通过运用先进的发动机性能模拟软件BOOST,建立了增压稀燃4108 LPG发动机的计算模型,模拟了发动机的工作过程。通过优化压缩比(从7增加到10)使发动机的动力性、经济性明显改善,发动机额定功率从93 kW增至106.5 kW,最低比气耗下降12.9%,排温降低55℃。在最优压缩比下,应用逐次优化法确定了发动机的配气相位,即先优化气门重叠角,后优化排气门早开角,使得发动机功率升高,气耗与排温明显降低。结果表明:优化后的发动机均能满足车辆动力性、经济性等各项性能指标,为下一步进行试验研究提供了很好的理论依据。 为开发出性能良好的LPG发动机,本文设计并搭建了发动机试验台架,结合开发目标选用了ECI公司稀燃重型燃气发动机电控系统,制定了增压中冷稀薄燃烧、电控调压器燃料控制、氧传感器闭环控制、单缸独立高能点火、高响应性能的增压压力控制等技术方案。通过分析热效率、排温、燃烧不稳定性和单燃料气体发动机排放与过量空气系数的关系曲线,确定了实现发动机动力性、经济性和排放目标的技术路线。基于以上实施方案与技术路线进行发动机试验,结果表明:所建台架能够保证试验稳定运行,电控系统可以精确控制气体燃料量,使各缸燃料分配均匀,发动机动力性、经济性和排放性能得到明显改善。 为验证模拟计算结果,对4108 LPG发动机结构参数及其子系统部件进行了匹配试验研究。结合仿真结果,对不同压缩比(由8增至10)下的发动机性能进行了对比试验研究,确定出发动机的最优性能压缩比,结果表明:压缩比为9时,发动机表现出较好的动力性、经济性和排放性能,并且排温较低。在最优压缩比下,采用逐次优化法,对不同重叠角(35。和25。)和排气早开角(75。和65。)的凸轮轴进行了对比试验研究,确定了发动机的配气相位,结果表明:重叠角为35。,EVO为75。时,发动机功率能够满足开发要求,气耗和排温相对较低。基于提高发动机的功率和扭矩,对4108 LPG发动机进行了两个不同增压器(GT25A和GT25B)的性能匹配试验,在试验中发现:两增压器对发动机中、高速工况下的性能影响差别不大,GT25B增压器低速性能较差,导致发动机扭矩不足,而GT25A增压器低速性能较好,总体性能能够满足发动机的开发要求,尤其在中、低速工况下发动机表现出较好的动力性和经济性,符合实际工作需要,因此被确定选用。 为了有效改善4108 LPG发动机的排放性能,尾气处理采用了氧化型催化器,很大程度上降低了一氧化碳和碳氢化合物的排放。利用Econtrols标定软件对发动机进行整机性能标定试验,标定出最优参数MAP,对标定后的发动机进行稳态循环试验,结果表明:4108 LPG发动机的动力性、经济性均能满足开发要求,发动机排放水平较低,能够实现国Ⅲ排放标准。
【学位授予单位】:吉林大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:U467.2

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【引证文献】
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【同被引文献】
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