四冲程气动发动机系统的仿真分析与试验研究
发布时间：2021-07-12 21:36
在世界汽车工业飞速发展的今天,传统燃油车带来的尾气污染和能源危机等问题越来越严重,新能源汽车已成为世界汽车产业的主要发展方向。由于目前主流新能源车型如纯电动汽车等仍存在造价昂贵、电池污染等问题,因此发展以压缩空气动力汽车（Compressed Air Vehicle,CAV）为代表的新型新能源汽车势在必行。CAV的运行依靠压缩空气动力发动机（Compressed Air Engine,CAE）来提供持续稳定的动力,CAE可类比为汽车的“心脏”,其作用是将高压空气的压力能转化为机械能以驱动汽车行驶。本文以某汽油机改型设计得到的四冲程CAE为主要研究对象,利用理论、仿真与试验相结合的方法对CAE系统（CAE、主供气系统、支供气系统和电控系统）及CAV样车进行分析研究,以验证CAE和CAV的运转可行性并得到影响其工作性能的相关规律。首先,改型设计某1.2L自然吸气式四冲程汽油机得到气缸直喷式四冲程CAE。在理论分析的基础之上,以CAE为研究对象,利用GT-Power软件建立完整的四冲程CAE仿真模型。通过仿真结果分析,得到CAE主要初始参数对其工作特性的影响规律。此外,对比分析台架试验与GT...
【文章来源】：武汉理工大学湖北省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：98 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
主流新能源汽车结构示意图
8提供动力。在电动机驱动汽车行驶时，该混合动力汽车利用了CAE作为刹车能量回收装置，这是该样车的一大亮点[15]。2009年，MDI公司在日内瓦车展上展出了一款名为AirPod的空气动力概念车。AirPod是一辆微型三轮式CAV，它的两排座位以背靠背的形式布置，标准载人数为3人。该车重约220kg，以标准工作气压为2MPa压缩空气为动力，可使汽车的最大行驶速度达到70km/h左右。AirPod的车载气罐可压缩空气体积约为200L，最大续航里程可达220km，汽车在运行时可以实现“零排放、零污染”。此外，AirPod外形设计独特，汽车车门选用玻璃材质，整车车身材料选用玻璃纤维，这使得AirPod在轻量化方面具有极佳的表现。如图1-2所示是MDI公司不同时期的三款CAV。（a）GreenTaxi（b）CityCAT（c）AirPod图1-2MDI公司不同时期的三款CAV近几年，荷兰国际汽车研究中心、奥地利汽车研发中心及瑞士汽车研究院等一些欧洲国家的科研机构也逐渐意识到CAV的研究价值，正在积极进行相关研究。2）国内CAV的研究现状国内CAV的相关研究在本世纪初才刚刚起步，且大多的研发都集中在高校。
11图1-3法国MDI公司的CAE美国华盛顿大学与北德克萨斯大学对以液氮为动力的发动机进行了许多研究，液氮发动机利用液氮受热膨胀做功来提供动力，从某种意义上来说，该发动机也属于CAE的一种。他们首先将空气中的氮气分离出来，然后使用超低温将氮气液化，制备成液态氮储存起来用作发动机的燃料。同时，他们在CAV上安装有类似汽车水箱散热网的热能交换器，当液氮经过热能交换器时会迅速受热膨胀至700倍左右体积的气体，利用液氮膨胀产生的能量推动气缸的活塞往复运动。不同的是，华盛顿大学的科研人员采用往复活塞式发动机改型设计得到液氮发动机，而北德克萨斯大学的研究人员利用叶片马达式发动机来进行改型设计[25]。在美国福特汽车公司的资助下，加州大学洛杉矶分校的研究学者对空气-燃油混合动力发动机进行了一系列研究。他们研制的混合动力发动机没有凸轮轴配气，利用压缩空气起动，使用新型电磁阀系可变地控制气门正时，此外，研究人员还对阀门释放的驱动策略进行了研究。研究结果表明，该混合动力系统比传统的内燃机系统具有更高的能量转化效率[26]。英国伦敦威斯敏斯特大学的研究学者基于两级偏心叶片的结构特点设计一台式两级旋转叶片式气动发动机，该发动机总重约50kg，提高发动机转速可以有效提高气缸的容积效率，增加发动机的输出功率[27]。韩国ENERGINE公司研制了一款电动-气动混合动力发动机，该混合动力发动机采用往复式活塞结构，发动机的气缸容积约为0.8L，气动部分的正常工作压力约为1MPa。发动机的气-电混合技术是一种成本效益高、能量转化率高的混动技术，且发动机在气动模式和电动模型下均没有燃烧。当发动机启动时，采用气动机提供动力；当发动机正常运行后，采用电动机提供动力，这时的气动机将作为刹车能量?
【参考文献】：
期刊论文
[1]2018年中国能源产业回顾及2019年展望[J]. 许萍,杨晶. 石油科技论坛. 2019(01)
[2]气动元件流量特性测试自动化系统研究[J]. 司冀. 物联网技术. 2018(05)
[3]高压单螺杆膨胀机初步性能试验[J]. 李国强,吴玉庭,赵英昆,刘广宇,郭志宇,智瑞平,雷标,马重芳. 北京工业大学学报. 2018(06)
[4]新型预混式气动喷嘴结构设计及其工作原理[J]. 连晓燕,郝惠娣,王艳. 化工机械. 2018(02)
[5]基于GT-POWER的配气相位对柴油机性能影响的研究[J]. 董晓庆. 柴油机设计与制造. 2018(01)
[6]液压与气压传动开放实验研究[J]. 郭文静,李晶,尹昱东. 实验室科学. 2018(01)
[7]基于气动雾化机理的喷嘴性能试验研究[J]. 李淑江,吴明. 轻工机械. 2018(01)
[8]Optimization Study on Expansion Energy Used Air-Powered Vehicle with Pneumatic-Hydraulic Transmission[J]. Xiang-Heng Fu,Mao-Lin Cai,Yi-Xuan Wang,Yan Shi. Chinese Journal of Mechanical Engineering. 2018(01)
[9]气压传动系统多功能组合式实验台架的设计[J]. 杨雅君,赵世英,陈永辉,张子林,孙如民,成挺. 科技创新与应用. 2018(03)
[10]单罐熔融盐释热传热规律实验研究[J]. 孙晓丽,鹿院卫,崔锡民,于强,吴玉庭,马重芳. 太阳能学报. 2018(01)
博士论文
[1]可调膨胀比气动发动机的理论与实验研究[D]. 徐正冈.华南理工大学 2014
[2]空气动力发动机的探索性研究[D]. 刘昊.浙江大学 2004
硕士论文
[1]基于GT-Power的天然气发动机数值模拟与研究[D]. 马镇镇.山东理工大学 2016
[2]纤维缠绕复合气瓶的研究[D]. 郝延平.东北大学 2010
本文编号：3280703
【文章来源】：武汉理工大学湖北省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：98 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
主流新能源汽车结构示意图
8提供动力。在电动机驱动汽车行驶时，该混合动力汽车利用了CAE作为刹车能量回收装置，这是该样车的一大亮点[15]。2009年，MDI公司在日内瓦车展上展出了一款名为AirPod的空气动力概念车。AirPod是一辆微型三轮式CAV，它的两排座位以背靠背的形式布置，标准载人数为3人。该车重约220kg，以标准工作气压为2MPa压缩空气为动力，可使汽车的最大行驶速度达到70km/h左右。AirPod的车载气罐可压缩空气体积约为200L，最大续航里程可达220km，汽车在运行时可以实现“零排放、零污染”。此外，AirPod外形设计独特，汽车车门选用玻璃材质，整车车身材料选用玻璃纤维，这使得AirPod在轻量化方面具有极佳的表现。如图1-2所示是MDI公司不同时期的三款CAV。（a）GreenTaxi（b）CityCAT（c）AirPod图1-2MDI公司不同时期的三款CAV近几年，荷兰国际汽车研究中心、奥地利汽车研发中心及瑞士汽车研究院等一些欧洲国家的科研机构也逐渐意识到CAV的研究价值，正在积极进行相关研究。2）国内CAV的研究现状国内CAV的相关研究在本世纪初才刚刚起步，且大多的研发都集中在高校。
11图1-3法国MDI公司的CAE美国华盛顿大学与北德克萨斯大学对以液氮为动力的发动机进行了许多研究，液氮发动机利用液氮受热膨胀做功来提供动力，从某种意义上来说，该发动机也属于CAE的一种。他们首先将空气中的氮气分离出来，然后使用超低温将氮气液化，制备成液态氮储存起来用作发动机的燃料。同时，他们在CAV上安装有类似汽车水箱散热网的热能交换器，当液氮经过热能交换器时会迅速受热膨胀至700倍左右体积的气体，利用液氮膨胀产生的能量推动气缸的活塞往复运动。不同的是，华盛顿大学的科研人员采用往复活塞式发动机改型设计得到液氮发动机，而北德克萨斯大学的研究人员利用叶片马达式发动机来进行改型设计[25]。在美国福特汽车公司的资助下，加州大学洛杉矶分校的研究学者对空气-燃油混合动力发动机进行了一系列研究。他们研制的混合动力发动机没有凸轮轴配气，利用压缩空气起动，使用新型电磁阀系可变地控制气门正时，此外，研究人员还对阀门释放的驱动策略进行了研究。研究结果表明，该混合动力系统比传统的内燃机系统具有更高的能量转化效率[26]。英国伦敦威斯敏斯特大学的研究学者基于两级偏心叶片的结构特点设计一台式两级旋转叶片式气动发动机，该发动机总重约50kg，提高发动机转速可以有效提高气缸的容积效率，增加发动机的输出功率[27]。韩国ENERGINE公司研制了一款电动-气动混合动力发动机，该混合动力发动机采用往复式活塞结构，发动机的气缸容积约为0.8L，气动部分的正常工作压力约为1MPa。发动机的气-电混合技术是一种成本效益高、能量转化率高的混动技术，且发动机在气动模式和电动模型下均没有燃烧。当发动机启动时，采用气动机提供动力；当发动机正常运行后，采用电动机提供动力，这时的气动机将作为刹车能量?
【参考文献】：
期刊论文
[1]2018年中国能源产业回顾及2019年展望[J]. 许萍,杨晶. 石油科技论坛. 2019(01)
[2]气动元件流量特性测试自动化系统研究[J]. 司冀. 物联网技术. 2018(05)
[3]高压单螺杆膨胀机初步性能试验[J]. 李国强,吴玉庭,赵英昆,刘广宇,郭志宇,智瑞平,雷标,马重芳. 北京工业大学学报. 2018(06)
[4]新型预混式气动喷嘴结构设计及其工作原理[J]. 连晓燕,郝惠娣,王艳. 化工机械. 2018(02)
[5]基于GT-POWER的配气相位对柴油机性能影响的研究[J]. 董晓庆. 柴油机设计与制造. 2018(01)
[6]液压与气压传动开放实验研究[J]. 郭文静,李晶,尹昱东. 实验室科学. 2018(01)
[7]基于气动雾化机理的喷嘴性能试验研究[J]. 李淑江,吴明. 轻工机械. 2018(01)
[8]Optimization Study on Expansion Energy Used Air-Powered Vehicle with Pneumatic-Hydraulic Transmission[J]. Xiang-Heng Fu,Mao-Lin Cai,Yi-Xuan Wang,Yan Shi. Chinese Journal of Mechanical Engineering. 2018(01)
[9]气压传动系统多功能组合式实验台架的设计[J]. 杨雅君,赵世英,陈永辉,张子林,孙如民,成挺. 科技创新与应用. 2018(03)
[10]单罐熔融盐释热传热规律实验研究[J]. 孙晓丽,鹿院卫,崔锡民,于强,吴玉庭,马重芳. 太阳能学报. 2018(01)
博士论文
[1]可调膨胀比气动发动机的理论与实验研究[D]. 徐正冈.华南理工大学 2014
[2]空气动力发动机的探索性研究[D]. 刘昊.浙江大学 2004
硕士论文
[1]基于GT-Power的天然气发动机数值模拟与研究[D]. 马镇镇.山东理工大学 2016
[2]纤维缠绕复合气瓶的研究[D]. 郝延平.东北大学 2010
本文编号：3280703
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