采用内置EGR的天然气发动机模拟及国Ⅴ试验研究

发布时间：2017-08-20 23:21

  本文关键词：采用内置EGR的天然气发动机模拟及国Ⅴ试验研究

  更多相关文章： 天然气发动机 CFV 稀薄燃烧 内置EGR 国Ⅴ排放

【摘要】：内燃机的发展已经历100多年,并为人类做出巨大贡献。随着能源与环境问题的日益突出,寻找高效、清洁的内燃机替代能源已刻不容缓。对我国而言,天然气储量丰富、价格便宜、燃烧理化特性良好,且天然气发动机有害气体CO2、NOX、HC排放相比传统汽、柴油发动机优势明显;天然气发动机在功率上有所下降,但在部分行业,如城市公交、出租车以及港口牵引车方面拥有巨大优势,因此用天然气发动机替代部分汽柴油发动机切实可行。本文基于中国重汽集团与西华大学合作项目“MT07天然气发动机国Ⅳ升国Ⅴ技术开发”,以内置EGR发动机MT07为试验对象,选配天然气控制系统关键零部件,在匹配不同增压器的基础上,对点火提前角、燃空比进行标定,完成国五开发目标。利用Pro/E、FIRE软件建立MT07发动机燃烧模型,确定模拟工况转速1400rpm、负荷100%,设置初始条件、边界条件,并选择合适的湍流、燃烧、点火模型,最后验证模型可靠性。利用模型模拟研究燃烧室形状、点火提前角和燃空比对发动机缸内燃烧过程的影响。结果表明挤气面积越大的燃烧室获得更大的缸内平均湍动能和高流速区域,但这对缩短燃烧滞燃期帮助不大,对加快急燃期效果明显;增大点火角度和燃空比都有助于燃烧重心前移,提高发动机输出功率,同时提高缸内温度和压力,恶化NOX排放。在此基础上研究稀薄燃烧结合EGR和当量燃烧结合EGR的燃烧模式,结果发现当量燃烧结合EGR相比于稀薄燃烧结合EGR的燃烧模式可以在改善天然气对发动机排放的前提下增大输出功率,且当量燃烧结合EGR的燃烧模式排放和动力性能优于稀燃结合EGR的方式。本文在研究天然气发动机技术发展及其效果的基础上,提出达到国Ⅴ排放法规的技术方案:稀燃、增压中冷、单缸独立高能点火、CFV(持续流)、宽域氧传感器形成闭环控制以及氧化催化器(DOC)。设计以稳态(ESC)排放优化为基础,实现瞬态(ETC)排放为目的的试验方案。ESC排放优化针对点火提前角和燃空比,研究其对天然气发动机动力、排放性能的影响,为发动机面工况匹配合适的点火提前角和燃空比map图。试验发现,大部分工况点内置EGR作用下天然气发动机稀燃极限燃空比上升;NOX排放随着点火提前角的增大呈现先升后降,随燃空比减小而降低的趋势;CH4排放随点火提前角的增大呈现先降后升,随燃空比减小先降后升的趋势;在中高负荷、大负荷工况点(75%、100%)为达到国五排放,功率损失是6%,在低负荷、中等负荷工况点(25%、50%),功率损失高达14%。
【关键词】：天然气发动机 CFV 稀薄燃烧 内置EGR 国Ⅴ排放
【学位授予单位】：西华大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TK437
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-24
• 1.1 研究背景9-12
• 1.1.1 能源与环境问题9-10
• 1.1.2 替代能源10-11
• 1.1.3 排放法规11-12
• 1.2 天然气的能源地位和性质12-15
• 1.2.1 天然气的能源地位12-13
• 1.2.2 天然气物化性质13-15
• 1.2.3 天然气作为内燃机替代能源的的缺点15
• 1.3 天然气发动机的发展15-21
• 1.3.1 天然气发动机国内外发展及现状15-19
• 1.3.2 改善天然气发动机性能的关键技术19-20
• 1.3.3 天然气发动机排放技术20-21
• 1.4 天然气发动机的数值模拟21-22
• 1.5 课题研究意义及内容22-24
• 2 发动机CFD模拟研究24-35
• 2.1 建立三维模型24-28
• 2.1.1 燃烧室几何模型24-25
• 2.1.2 划分网格25-28
• 2.2 初始条件、边界条件、子模型的设置和计算模型的验证28-34
• 2.2.1 初始条件和边界条件的设置28
• 2.2.2 模型基本状态方程和控制方程28-33
• 2.2.3 模型验证33-34
• 2.3 本章小结34-35
• 3 模拟结果的分析35-50
• 3.1 燃烧室形状对缸内流场和燃烧的影响35-41
• 3.1.1 燃烧室形状对缸内流场的影响35-39
• 3.1.2 不同燃烧室形状对燃烧过程的影响39-41
• 3.2 点火提前角对缸内燃烧的影响41-43
• 3.3 燃空比对缸内燃烧的影响43-45
• 3.4 EGR率对缸内燃烧的影响45-48
• 3.4.1 稀薄燃烧结合EGR燃烧模式的模拟研究46-47
• 3.4.2 当量燃烧结合EGR燃烧模式47-48
• 3.5 本章小结48-50
• 4 试验平台的搭建50-56
• 4.1 项目研究分析50-51
• 4.1.1 试验开发目标50
• 4.1.2 试验技术方案50-51
• 4.2 试验系统的搭建51-55
• 4.2.1 试验用发动机51-53
• 4.2.2 试验测试设备53-54
• 4.2.3 天然气电控系统54-55
• 4.2.4 试验台架的布置55
• 4.3 本章小结55-56
• 5 发动机国五排放的试验标定及排放计算56-76
• 5.1 发动机排放标定流程56-57
• 5.2 发动机的台架标定试验57-59
• 5.2.1 排气背压的标定57-58
• 5.2.2 点火提前角和燃空比的标定58-59
• 5.3 标定参数对发动机排放和扭矩的影响59-66
• 5.3.1 点火提前角对发动机排放的影响59-61
• 5.3.2 燃空比对发动机排放和扭矩的影响61-62
• 5.3.3 最终燃空比和点火提前角map62-66
• 5.4 标定后性能分析和稳态(ESC)、瞬态(ETC)排放计算66-75
• 5.4.1 发动机标定前后性能比较66-69
• 5.4.2 稳态(ESC)排放的计算69-72
• 5.4.3 发动机的ETC试验72-75
• 5.5 本章小结75-76
• 6 总结与展望76-78
• 6.1 全文总结76
• 6.2 工作展望76-78
• 参考文献78-81
• 攻读硕士学位期间发表论文及科研成果81-82
• 致谢82-83

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1 胡海军,周伟国,金颖;天然气发动机的应用[J];城市公用事业;2000年06期

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3 宋钧,黄震,张武高,周校平;车用天然气发动机技术及其应用[J];天然气工业;2002年01期

4 田东恩;天然气发动机应用流程的改进[J];油气田地面工程;2003年01期

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8 翟全良,肖汉忠;浅析天然气发动机的正确使用与维护[J];内蒙古石油化工;2004年04期

9 刘凯,彭立新,邱霞;天然气发动机,新型绿色动力[J];柴油机设计与制造;2005年02期

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1 程鹏;;天然气发动机技术研究与应用[A];重庆汽车工程学会2008年学术会议论文集[C];2008年

2 柳楠;崔厚玺;丛蕾;;应用模糊物元理论建立天然气发动机性能状态评价模型[A];2008年全国振动工程及应用学术会议暨第十一届全国设备故障诊断学术会议论文集[C];2008年

3 滕勤;左承基;;电控技术在天然气发动机上的应用[A];2004“安徽制造业发展”博士科技论坛论文集[C];2004年

4 朱和菊;黄海鹏;孟雪梅;;固定式天然气发动机的特点及润滑要求[A];中国汽车工程学会汽车燃料与润滑油分会第15届年会论文集[C];2012年

5 苌转;周斌;邵晓杰;于超;;不同类型的天然气发动机燃烧和排放特点[A];2007年汽车学术年会论文集[C];2007年

6 李克新;;NQ140N单-CNG发动机的开发与试验[A];（2003）四川柴油/天然气汽车技术研讨会论文集[C];2003年

7 殷勇;马凡华;饶如麟;;天然气掺氢发动机试验研究[A];2006年APC联合学术年会论文集[C];2006年

8 张德福;张惠明;郑清平;王昊宇;朱志强;;电控喷射天然气发动机新型燃烧系统的研究[A];2007年APC联合学术年会论文集[C];2007年

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1 窦慧莉;电控喷射稀燃天然气发动机的关键技术研究[D];吉林大学;2006年

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