压力-时间控制式燃气多点喷射系统的仿真研究

发布时间：2020-04-02 13:41

【摘要】：目前气体机的燃气多点喷射系统大多是时间控制模式,即不论负荷变化,喷射压力保持不变,利用燃气喷射时间的长短来调整燃气喷射量。在这种模式下,小负荷工况时,所需燃气量少,喷射时间就比较短,甚至只有不到20℃A,由于只在喷射持续期内,燃气和空气可以在进气道内边混合边通过进气门流入气缸,而在其他时间进入气缸的只有纯空气,所以小负荷时混合均匀性比较差。为了改善小负荷工况下燃气与空气的混合均匀性,本文提出了基于压力-时间控制模式的多点燃气喷射系统,围绕燃气喷射压力和喷射时间共同控制燃气喷射量的思路,以胜动集团某12V190天然气发动机为研究对象,使用发动机专业分析软件CONVERGE进行进气压缩过程的仿真模拟,研究喷射阀延伸弯管出口位置、喷射起始时刻和喷射结束时刻对燃气喷射和混合的影响,并对喷射阀喷射策略进行初始优化。本文设定4个不同的弯管出口位置,研究其在大小两种不同负荷工况下对燃气喷射和混合产生的影响。模拟结果显示:同样的喷射起始时刻,小负荷工况时,弯管出口位置离进气门越远,越容易逆流扩散至进气管;大负荷工况时,弯管出口位置离进气门越近,越容易出现利用燃气进行扫气的状况。在保证燃气不会逆流至进气管及避免利用燃气扫气的情况下,选定弯管出口在中间位置3。在选定的弯管出口位置3的基础上,研究不同喷射起始时刻和结束时刻分别对燃气喷射和混合过程的影响。结果表明:喷射起始时刻越靠后,燃气逆流扩散的时间越短,为了避免燃气逆流至进气管,喷射起始时刻不得早于360℃A;喷射结束时刻越晚,越容易导致进气不完全现象,为了避免进气道残留可燃混合气,喷射结束时刻不得晚于465℃A。选定小负荷工况下的最早喷射起始时刻及最晚结束时刻,以此确定最长喷射时长。在接下来的喷射策略研究部分,均是在此区间内进行喷射过程。喷射策略方面先研究了喷射压力波动对燃气和空气混合的影响。在发动机功率不变,即喷射量不变时,固定喷射时长,研究不同喷射压力波动对混合过程的影响,分析发现:虽然进气过程初始和结束阶段在进气门出口处燃气和空气的混合过程存在一定趋势的差异,但在燃气进入气缸之后,受缸内湍流的强扰动,最终气缸内混合均匀性并没有很明显的区别。双喷射阀喷射策略,依据进气道空气流量来改变燃气喷射量,将大量燃气集中在空气流量比较大的区间内喷射入进气道,可以减小进气道内甲烷质量分数随时间变化的不均匀性,并且充分利用进气道湍流扰动的能量,更有助于促进燃气和空气的剧烈混合。
【图文】：

持续期,示功图,燃气压力

ＢｔｌｉｆｌＭｆｆｔＡ邋ＣＡ逦曲轴Ｈｆｆｌ／’邋ＣＡ逡逑图１－１邋８００ｋＷ、１３００ｒ／ｍｉｎ邋（平均喷射脉宽８．邋１１ｍｓ燃气压力５．邋ｌｂａｒ）时循环示功图和典型示功图逡逑逦■逦１Ｗ邋：逡逑１４０逡逑１３０邋－逦１００逡逑１２０逦９Ｃ逡逑１１０逡逑１００逦扣逡逑９０逦，逦７０邋；逡逑Ｉ邋？逦：；逦Ｉ邋Ｋ逡逑＇＇邋６０邋■邋４逦．逦．邋？逦．邋ＳＣ邋．逡逑ＳＯ逦！邋１逦４Ｃ逡逑４０邋？逡逑Ｋ＞逦＊逡逑２０邋？邋？邋ｘ逡逑１０逦？逦ｔｒ逡逑０邋逦逦逦逦逦逦逦，逦逦—逦ｊ．逦逦逦逡逑３６０．０００｝邋Ｓ６０．０＜４０）逦－）６０．０｜Ｓ０）邋－３６０．０（６０）逦－３６０．０｛７０）逦－３６０邋（Ｘ８０）邋－３６０．０（９０１逦Ｃ逡逑？１６０逦＊７７０邋－ＩＳＯ邋－９０逦０逦９０逦１８０逦２７0逦１６０逡逑ｍｍｗ邋ｃａ逦ｃａ逡逑图１－２延长喷射持续期后８００ｋＷ、１３００ｒ／ｍｉｎ邋（平均喷射脉宽１３．邋５３ｍｓ燃气压力３．邋６ｂａｒ）工况下逡逑循环示功图和典型示功图逡逑图丨－１和图１－２为文献［３１］中配图，喷射压力由５．】ｂａｒ降至３．６ｂａｒ，而喷射持续期由逡逑８．ｌｌｒｎｓ延长至１３．５３ｍｓ。由图可以看出降低喷射压力且延长喷射时长后，各循环缸内最逡逑高压力变化比较均匀，缸内压力曲线也变得相对较平滑，这表明气缸内的燃烧过程得到逡逑了改善。逡逑纪少波等人通过仿真模拟及实验测定的方法，研究了大功率气体机在采用进气门前逡逑多点顺序喷射方式时，不同喷射持续期对缸内混合气形成及循环变动产生的影响规律Ｎ１。逡逑仿真结果表明

示意图,持续期,缸内,进气

邋１５ｍｓ逡逑图１－３进气结束时刻，不同喷射持续期下缸内混合情况逡逑图１－３为文献［３２］中配图，５８５°ＣＡ时不同喷射持续期所对应的缸内混合情况，可以逡逑看出随着喷射持续期的延长，气缸内燃气和空气的混合越来越均匀。逡逑１．３．２压力控制式多点喷射系统的提出逡逑何东郡等人针对现有的时间控制式燃气多点喷射系统在小负荷时喷射时长短导致逡逑的混合不均匀现象，提出了基于压力控制模式的多点喷射系统［２１３３］。文中详细介绍了目逡逑前气体机的时间控制式燃气多点喷射系统的喷射规律，并提出利用压力控制燃气喷射量逡逑的概念［３４］。图１－４和图１－５为多点喷射系统两种控制模式的示意图。尤其是在中小负荷逡逑时，，通过燃气共轨管前的调压阀调整喷射压力，使中小负荷时喷射压力相对下降，喷射逡逑持续期相对延长，以促进燃气和空气的混合过程。逡逑￡逦逦邋ｓｒ逦逦逦逦逡逑ｒ逦／ＣＡ逡逑／邋咖丽邋＼逦Ｉ邋ｍ－ｍｔｍ逦＼逡逑／逦／邋窗｝雪逦＼逡逑￣邋１－邋？气T嘞ＷＷＭ邋邋＊邋ｈ邋ｗ二免逡逑１１－Ｖ邋？邋ｗｉ逡逑Ｈ邋－逦：邋ｌ？邋＊逡逑图１－４基于时间控制模式燃气喷
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TK433

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