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天然气发动机燃烧循环变动的试验分析与仿真研究

杨晨波  
【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。


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