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天然气发动机进排气系统及配气相位优化研究

潘芝桂  
【摘要】:随着汽车工业的飞速发展,石油资源短缺和环境污染加剧的问题日益凸显,对车用发动机的传统石油燃料及其燃烧方式提出了严峻挑战,迫使人们加快了车用发动机代用燃料的研发和应用进程。天然气由于具有排放污染低、资源丰富、价格低廉等优点,因此成为一种极具发展潜力的代用燃料。但天然气发动机存在其动力性与汽油机相比明显下降、燃气经济性变差等问题急需研究解决,而目前国内外专家、学者对天然气发动机的研究大多是在发动机满负荷状态下进行的,对天然气发动机在中、低负荷工况下的性能研究较少。 天然气发动机换气过程进行的好坏,对发动机性能有着直接影响,而发动机进气系统和配气相位是影响发动机换气过程质量的主要因素,对充气效率有着决定性的影响。改变目前传统天然气发动机进气歧管单一固定式结构以及发动机配气相位固定不变的状态,采用可变进气歧管及可变配气相位技术可以较好的改善天然气发动机换气质量,提高发动机充气效率,进而在一定程度上改善天然气发动机动力性下降的不足。 论文利用GT-Power仿真软件建立了一个燃用压缩天然气燃料的汽油发动机仿真模型。根据压缩天然气的理化特性,改进了原汽油发动机的燃料供给和喷射系统模型,在软件燃料库中新增了天然气组分乙烷和丁烷燃料库,建立了燃用压缩天然气的发动机仿真分析系统。利用该系统较为全面的分析了不同负荷下进排气系统及配气相位对发动机动力性和经济性的影响,并提出了相应的改进方案。 通过对发动机进、排气系统结构参数及配气相位等参数的优化,该天然气发动机在不同负荷状态下的动力性、经济性都得到了不同程度的改善。其中,在25%负荷时,优化后的天然气发动机最大扭矩和最大功率与优化前相比分别提高了8.2%、11.2%,燃气消耗率下降了3.1%;在50%负荷时,优化后的天然气发动机最大扭矩和最大功率与优化前相比分别提高了15.1%、14.2%,燃气消耗率下降了6.4%;在100%负荷时,优化后的天然气发动机最大扭矩和最大功率与优化前相比分别提高了9.1%、11.9%,燃气消耗率下降了5.1%。 论文研究结果对进一步深入展开对天然气发动机进排气系统结构以及配气相位参数对发动机性能影响的研究奠定了一定的基础,为天然气发动机的模拟仿真开发提供一些参考,同时也对其它代用燃料发动机工作过程数值仿真研究具有一定的参考价值。


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