邵晓杰[1]2008年在《基于6135Z柴油机的CNG单燃料发动机性能模拟研究》文中提出随着汽车工业的飞速发展,环境污染和世界性石油资源短缺日益严重,必将对汽车发动机的传统石油燃料及其燃烧形式提出挑战。天然气由于具有排放污染低、价格便宜、资源丰富等优点,从而成为一种极具发展潜力的代用燃料。目前,国内应用的天然气发动机大多是在原有汽油机和柴油机基础上经简单改装而成的,这种改装后的发动机面临的主要问题是动力性下降。为了研究改装后天然气发动机动力性下降的原因以及如何恢复天然气发动机的动力性,本文以6135Z柴油机为例,对其改装的天然气发动机进行了研究,主要研究工作包括:(1)在GT-POWER软件平台上建立了6135Z柴油机计算模型,并对其性能进行了模拟计算,计算结果与实验结果基本吻合,验证了计算模型的正确性。(2)在已建好的柴油机模型基础上建立6135Z天然气发动机计算模型,分析增压方式对天然气发动机性能的影响。利用所建天然气发动机计算模型模拟其外特性,并与柴油机外特性对比,指出改装后天然气发动机动力性下降原因。(3)为恢复天然气发动机的动力性,提高压气机增压比,对空燃比、压缩比、点火提前角、配气相位等主要影响因素进行优化,分析这些参数对发动机动力性的影响,并提出相关改进意见。计算结果表明,提高压气机增压比后,选择合适的空燃比、压缩比、点火提前角、配气相位,可使改装后的天然气发动机功率可恢复到原机功率的99.4%。
温苗苗[2]2004年在《CNG发动机工作过程数值模拟》文中研究表明数值计算和实验研究是当今内燃机研究发展的两大支柱。内燃机的性能与排放特性主要由进气流动、缸内混合和燃烧过程间复杂的相互作用所决定。由于缸内温度及混合物成分都随空间及时间发生变化，传统的发动机测试只能提供有限的信息。 本文采用AVL BOOST、AVL FIRE软件对某CNG发动机分别进行了整个工作过程的一维和叁维数值模拟计算，详细的描述了缸内流动过程、燃烧过程，分析了各参数对发动机性能与排放的影响。主要研究工作包括： (1)用BOOST软件建立了该CNG发动机的整机模型，宏观上描述整个发动机的热力学过程，并通过全负荷下的速度特性试验验证该模型的正确性。在此基础上，改变压缩比、点火提前角和配气正时，通过性能计算，分析这些参数对CNG发动机性能的影响，并提出相关改进意见。 (2)用FIRE软件建立了0～720°CA该CNG发动机进气道．气缸．排气道部分的叁维动态网格，选择合适的边界条件类型和计算模型，计算达到良好的收敛效果。根据计算结果，对CNG发动机缸内流场、温度场、燃烧产物的分布进行较全面的描述，对存在的细节问题提出了改进意见。并在此计算的基础上，对一些特征工况点的热负荷程度和爆燃倾向做出了评价，为试验提供指导。 一维计算结果表明，选择合适的压缩比、点火提前角和配气正时，可以改善缸内燃烧过程，提高CNG发动机功率，降低燃气消耗率。由叁维计算结果可知，该CNG发动机进气道存在一定缺陷，同基础机型的CNG发动机的局部最高气体温度比柴油发动机高的多，且NOx排放相对同类机型的柴油机没有很大的优势，有待改进。
吴新潮[3]2007年在《满足国3排放的电控喷射单燃料CNG发动机开发和燃烧性能的研究》文中认为随着汽车工业的发展,研发节能、环保和安全技术成为关键问题。本文根据我国和国外天然气发动机技术应用的经验,结合东风汽车公司承担的国家“十五”清洁汽车关键技术专题项目“电控喷射单燃料CNG公交车的研究开发”课题,提出了EQD180N-30 CNG发动机”研究开发方案,进行了工作过程的模拟计算和燃烧分析。开发出满足国3排放的电控喷射燃料CNG发动机。本文首先综述了天然气汽车发展的历史,详细地研究了国内外天然气发动机的分类和技术特点。在分析国内外天然气发动机技术的基础上,提出了满足国3排放的电控喷射单燃料CNG发动机开发方案;以EQD180-20柴油机为基础机型,在基本不改变原机结构的前提下,对燃烧系统、进排气系统(包括进、排气道)、气缸盖、活塞和增压中冷系统进行相应的变型设计;采用稀薄燃烧、增压(空-空)中冷、低涡流燃烧系统、电控分组点火、开环控制、电控CNG喷射系统和氧化型催化器等技术,降低排放,保持天然气发动机的动力性和经济性。本文对缸内燃烧进行了一维的数值模拟分析,研究压缩比、点火提前角和进气门正时的影响;对CNG发动机的工作过程进行叁维数值计算,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CNG发动机电控系统匹配的基本策略。对天然气电控喷射系统进行试验优化匹配。进行氧化型催化转化器的性能试验。研制出点燃式电控喷射单燃料EQD180N-30CNG发动机,其性能和可靠性达到产品设计要求,排放满足国Ⅲ标准。本文探索和总结的东风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借鉴和参考。
王宇[4]2008年在《火花点火HCNG发动机性能及工作过程的试验研究与数值模拟》文中研究表明天然气掺氢燃料(HCNG),是将天然气和氢气按一定比例混合得到的一种新型车用燃料,它不仅是一种满足汽车行业的发展方向“节能减排”的替代燃料,也是从传统汽车向氢能汽车过渡的最具可行的方案。本论文的主要工作内容为通过试验研究与模拟计算的方法来对火花点火HCNG发动机的性能及工作过程进行研究和分析。前期的研究结果表明:掺氢对CNG发动机性能的改善主要原因在于其对CNG发动机稀燃能力的提高,因此本文通过试验主要研究分析了以下叁个问题:(1)掺氢对CNG发动机稀燃能力提高即降低稀燃循环变动的原因;(2)掺氢可以在多大程度上提高CNG发动机的稀燃能力;(3)掺氢对CNG发动机经济性、排放性等综合性能带来的影响。由于在研究过程中需要从燃烧角度分析试验所用发动机的缸内压力数据,因此本文也发展了通过HCNG发动机缸压数据计算燃烧放热率的双区热力学模型。在数值模拟计算研究中,主要借助了AVL Boost和Fire软件,其中Boost软件用于HCNG发动机整机性能的一维模拟而Fire软件则用于较详细的分析HCNG发动机进气和燃烧过程。本文通过一维模拟计算分析了掺氢比、发动机负荷、压缩比和配气相位对HCNG发动机综合性能的影响。通过叁维模拟计算分析了掺氢对缸内燃烧速度、温度及NOx排放的影响,并研究了进气和压缩过程中进气道和缸内的速度场及其对燃烧过程的影响。
李浩荡[5]2006年在《燃烧室形状和喷气时刻对CNG发动机燃烧影响的研究》文中研究表明随着能源问题的出现与排放法规的日益严格,从燃烧过程入手来改善发动机的性能变得尤为重要。为探索稀薄燃烧规律及其对CNG发动机燃烧稳定性和发动机性能的影响,以提高CNG发动机的燃烧速度,扩展其稀燃极限,本文针对CA6SE1-21N增压CNG发动机进行了燃烧室形状和天然气喷射时刻对发动机燃烧、排放影响的试验与数值模拟研究。试验结果表明,燃烧室形状对CNG发动机的动力性、经济性及排放性能有较大的影响;采用几何结构变化较大的缩口形燃烧室时,发动机性能得到明显改善;适当推迟CNG喷气时刻有利于缩短延迟期,提高燃烧稳定性。本文利用商用计算流体力学软件STAR-CD对该发动机的进气、压缩及燃烧过程进行了数值模拟;着重分析了发动机工作过程中缸内速度场、湍流动能、浓度场、温度场和NO浓度场的分布规律,得出了燃烧室形状与喷气时刻对CNG发动机性能的影响规律:a.缸内流动可以分为大幅度掺混和弱流动混合两个阶段。采用螺旋进气道、平缸盖时,在压缩后期逐渐形成强涡流、低滚流的刚性涡。点火时刻火花塞处较低湍流动能,有利于形成稳定的火核。b.燃烧过程中火焰呈现边随涡流旋转边球形扩散的形状,火花塞始终处于高温区内;火焰前锋面处的温度高,NO浓度较大。c.缩口或几何结构变化较大的燃烧室形状能产生较强的湍流,使得火焰传播速度显着提高,特别是急燃期内放热率大,有利于提高CNG发动机燃烧的定容性,从而提高发动机热效率。d.在采用原天然气喷气时刻时,缸内混合气浓度场呈现为自上而下由稀到浓的逆分层分布,这种逆分层浓度场不利于稀燃天然气发动机稳定燃烧。模拟计算发现合理推迟天然气喷气时刻,可以实现气缸内混合气自上而下由浓到稀的弱分层,实现分层燃烧;当喷气时刻由进气上止点推迟到上止点后60OCA时,燃烧室底部的过量空气系数由1.1～1.2变化到1.8左右;而火花塞附近的过量空气系数由2变化到1.3左右。进一步的试验表明,适当推迟天然气喷气时刻,可以提高缸内最大压力和压升率,缩短主燃期和滞燃期,提高燃烧速度,减小燃烧循环变动,提高燃烧的稳定性,使发动机性能得到改善。
温苗苗, 吕林, 江国华[6]2007年在《CNG发动机工作过程的一维数值模拟》文中认为内燃机模拟计算是一种现代化的计算方法,可以减少试验次数及时间,从而节约内燃机开发和研究工作的人力、物力和财力.采用AVL BOO ST软件建立了某CNG发动机的整机模型,宏观上描述整个发动机的热力学过程,通过全负荷下的速度特性试验验证该模型的可靠性.并在此基础上,对影响CNG发动机性能指标的主要参数进行对比分析,提出改进措施.
黄晶慧[7]2007年在《燃烧室形状和喷气规律对天然气发动机燃烧的改善》文中研究表明随着石油紧缺和能源的大量消耗,各国对代用燃料的研究和新能源的开发也日益深入。气体燃料资源丰富,开发和利用的价值都很大。我国已经开始对天然气、液化石油气等气体燃料进行研究和使用。大量研究表明,燃烧过程是决定发动机性能的主要因素,而燃烧过程往往受控于燃烧边界条件。为了研究燃烧室形状和喷气规律对缸内燃烧的影响规律,本文利用STAR-CD软件模拟研究了六种燃烧室形状(缩口、方形、梯形、直口ω形、缩口ω形和缩口方形)及喷气规律对CNG发动机燃烧及排放的影响,研究结果表明:a.燃烧室形状对缸内湍流动能场的变化历程有较大的影响。较为理想的变化历程应为:点火时湍流动能较小,有利于形成稳定的火核;随后湍流动能应该逐渐增大,这样有利于加快火焰传播速度,提高燃烧热效率;在燃烧后期仍保持较高的湍流动能,使缸内混合气燃烧得较彻底。在六种燃烧室中,方形燃烧室和缩口方形燃烧室所对应的示功图较为理想,但是缩口方形燃烧室对应的NO排放较高,所以在六种燃烧室中方形燃烧室为最佳。b.喷气规律直接决定了缸内混合气的浓度分布。对于稀燃CNG发动机而言,在点火时刻较为理想的浓度分布应为:火花塞附近较浓,而其它区域为均匀分布。这种分布规律有利于改善CNG发动机的着火稳定性及火焰传播速度。本CNG发动机的进气方式为进气道喷射,采用天然气两段喷射可以得到上述较为理想的缸内混合气浓度分布规律。试验和模拟结果均表明:优化设计燃烧室形状和喷气规律可以明显改善稀燃CNG发动机的燃烧和排放性能。
潘芝桂[8]2011年在《天然气发动机进排气系统及配气相位优化研究》文中提出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。
卢潇[9]2014年在《增压稀燃CNG发动机数值模拟及性能优化》文中提出自国家十二五规划中关于节能减排方案实施以来，替代燃料汽车尤其是天然气汽车已在全国得到更深入地推广使用，在推广的同时必然会对整车、零部件等提出更高的要求。天然气发动机是天然气汽车的核心零部件。天然气发动机主要包括CNG发动机与LNG发动机。CNG发动机以其制造成本低，排放污染物少等优点迅速发展，与此同时，对CNG发动机结构、工作过程优化及排放控制等方面的研究已成为当前研究热点。本文针对某型增压稀燃CNG发动机，通过数值模拟与实验相结合，对其结构参数和控制参数进行了优化，同时对其排放特性进行了实验研究。主要研究工作分为以下四个方面：1．计算模型的搭建与验证：本文根据热力学、发动机基本原理及气体动力学等基本知识，根据发动机实际台架布置情况，运用AVL-BOOST软件搭建了CNG发动机一维工作过程计算模型。模型主要包括气缸、管路、增压器、中冷器、空气滤清器等部件。根据相关实验数据验证了所搭建的模型，外特性动力性经济性校模的误差小于5%。2．增压稀燃CNG发动机结构参数优化：本文采用数值模拟方法分析了结构参数（压缩比和配气相位）对CNG发动机扭矩、气耗、缸内最高爆发压力等的影响规律。根据影响规律及开发要求，优化出发动机的压缩比范围，并确定了发动机的配气相位。优化后的压缩比和配气相位满足了发动机动力性、经济性及排温等性能要求。3．增压稀燃CNG发动机控制参数优化：本文采用数值模拟方法分析了控制参数（点火提前角和空燃比）对CNG发动机的扭矩、气耗、排温等的影响规律。结合影响规律及性能提升要求，优化出点火提前角和空燃比范围。结合试验分析，优化出最终的点火提前角和空燃比。优化后的点火提前角和空燃比在原机以满足开发性能要求的基础上，进一步提高了发动机动力性、经济性及降低排温等性能。4．增压稀燃CNG发动机排放特性研究：本文采用台架试验的方法，在稳态工况下分别改变实验样机的点火提前角和过量空气系数，测量了相应的主要排放物CH4和NOx浓度，得到了以上两个控制参数对增压稀燃CNG发动机主要排放物的影响规律。
司鹏鹍[10]2008年在《满足国Ⅳ排放标准压缩天然气发动机燃烧过程的研究》文中进行了进一步梳理环境污染和能源短缺的压力加快了代用燃料汽车发动机的开发和应用进程。本文针对用于城市道路交通的单一燃料稀燃天然气发动机的燃烧过程进行了深入研究,通过对适应火花点火天然气发动机燃烧过程的燃烧系统设计、燃烧系统的试验研究、工作过程的优化研究、发动机控制策略的研究,开发出了满足国Ⅳ排放标准的火花点火天然气发动机的燃烧系统。本文深入研究了满足国Ⅳ排放标准稀燃天然气发动机的关键技术,利用数值模拟、设计计算和稳流试验等方法,对天然气发动机的燃烧室、进气道和凸轮轴进行了全新设计。利用Fire软件对设计的六种不同结构形状和尺寸的燃烧室进行了数值模拟研究,综合考察了不同结构参数对湍动能、燃烧放热率、燃烧压力、缸内燃烧温度、NOx排放、累计放热量的影响,得出“相同形状不同尺寸的燃烧室对燃烧过程的影响远小于不同形状燃烧室对燃烧过程的影响”的结论,初步优化出适应天然气发动机燃烧过程的燃烧室结构;利用经典的凸轮型线设计理论和现代计算手段以MATLAB软件为平台,建立了一套完整的凸轮型线设计程序,并利用该程序对凸轮型线进行了设计;在气道稳流试验台上进行了螺旋进气道结构参数对进气道流通特性影响的试验研究,探索出一套改变螺旋进气道流通特性行之有效的方法,并对这些方法的应用范围和应用条件进行了深入研究和分析。作者就组成天然气发动机燃烧系统的各部件结构对发动机综合性能的影响进行了较深入的试验研究,探索出了一套天然气发动机燃烧系统结构参数优化匹配的通用方法和程序。本文对满足国Ⅳ排放标准火花点火天然气发动机控制策略进行了深入研究。从整机控制策略出发,通过对开环和闭环控制模式相关控制目标和控制过程的研究,提出了对发动机全工况范围实行开环和闭环控制相结合的控制策略。为达到对空燃比的精确控制,研究设计了天然气发动机进气、燃气供给、点火的控制策略。作者首次提出了适用于稀薄燃烧增压中冷天然气发动机运转工况范围、稀燃限界、各缸不均匀性的具体概念;以试验的方法研究了不同的运转参数对于天然气发动机的运转工况范围、稀燃极限的影响;对满足动力性、经济性和排放指标的综合稀燃界限进行了深入的研究;创造性地提出了解决各缸不均匀性的方法;就发动机运行参数(过量空气系数和点火提前角)、内部废气再循环(EGR)、压缩比对稀燃天然气发动机工作过程的影响进行了全面的试验研究。从多层次、多角度深入地进行了稀燃天然气发动机的优化研究。
参考文献：
[1]. 基于6135Z柴油机的CNG单燃料发动机性能模拟研究[D]. 邵晓杰. 西南交通大学. 2008
[2]. CNG发动机工作过程数值模拟[D]. 温苗苗. 武汉理工大学. 2004
[3]. 满足国3排放的电控喷射单燃料CNG发动机开发和燃烧性能的研究[D]. 吴新潮. 上海交通大学. 2007
[4]. 火花点火HCNG发动机性能及工作过程的试验研究与数值模拟[D]. 王宇. 清华大学. 2008
[5]. 燃烧室形状和喷气时刻对CNG发动机燃烧影响的研究[D]. 李浩荡. 吉林大学. 2006
[6]. CNG发动机工作过程的一维数值模拟[J]. 温苗苗, 吕林, 江国华. 武汉理工大学学报(交通科学与工程版). 2007
[7]. 燃烧室形状和喷气规律对天然气发动机燃烧的改善[D]. 黄晶慧. 吉林大学. 2007
[8]. 天然气发动机进排气系统及配气相位优化研究[D]. 潘芝桂. 重庆交通大学. 2011
[9]. 增压稀燃CNG发动机数值模拟及性能优化[D]. 卢潇. 吉林大学. 2014
[10]. 满足国Ⅳ排放标准压缩天然气发动机燃烧过程的研究[D]. 司鹏鹍. 天津大学. 2008