增压车用天然气发动机增压器匹配及性能优化

发布时间：2017-09-29 10:49

  本文关键词：增压车用天然气发动机增压器匹配及性能优化

  更多相关文章： CNG发动机 仿真模拟 增压器匹配 DOE 性能优化

【摘要】：随着石油短缺和环境污染问题的日益突出,发展车用发动机代用燃料显得越来越重要。本文通过数值模拟软件GT-Power对某公司的一款1.5L CNG(压缩天然气)发动机进行了涡轮增压器的匹配及性能优化。首先,运用GEM3D工具离散化的方法建立了某1.5L自然吸气车用天然气发动机GT-Power仿真模型,该建模方法能够提高建模效率和建模精度,经用试验数据对模型进行校核,模型最大误差为3.64%,满足工程应用要求。在自然吸气天然气发动机计算模型的基础上建立了涡轮增压发动机模型。利用该模型对由两个涡轮机A、B和三个压气机C、D、E相互组合的六种涡轮增压器匹配方案分别进行了计算,综合分析了六种方案与发动机的匹配情况,最终确定由涡轮机A和压气机E组合的方案3为最优方案。接着对涡轮增压器方案3进行了台架试验,试验结果表明增压发动机的最大扭矩为190.8N.m(2800r/min),最大功率为85.9k W(5200r/min),达到了预期性能开发目标值。将模拟值与试验值进行对比,模拟值最大误差小于5%,在工程应用允许误差范围内。最后,用DOE(design of experiment)试验设计工具对增压发动机的点火提前角进行了优化,优化后发动机在缸内最大爆发压力和涡前排气温度的限制下扭矩最大提高了9.3%。优化了发动机外特性和2800r/min部分负荷时不同压缩比下的点火提前角,在外特性下受缸内最大爆发压力和涡前排气温度的限制,随着压缩比的增大,发动机扭矩略有增大,燃气消耗率略有降低,缸内最大爆发压力和涡前排气温度在低转速段变化较明显,在中高转速段则无明显的变化。2800r/min部分负荷时,发动机随压缩比的增大,扭矩和缸内最大爆发压力均增大,燃气消耗率和涡前排气温度均减小。最终确定最优压缩比为12。对发动机过量空气系数进行了计算分析,同时优化了发动机不同过量空气系数时的点火提前角,燃气消耗率随过量空气系数的增大大致呈现先减小后增大的趋势,得出过量空气系数为1.1时发动机具有最佳经济性。
【关键词】：CNG发动机 仿真模拟 增压器匹配 DOE 性能优化
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U464.174
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-22
• 1.1 研究背景10-12
• 1.1.1 石油短缺问题10
• 1.1.2 环境污染问题10-12
• 1.2 压缩天然气（ CNG）作为代用燃料的概述12-15
• 1.2.1 代用燃料的要求12
• 1.2.2 压缩天然气作为代用燃料的特点12-15
• 1.3 天然气发动机技术现状15-20
• 1.3.1 单燃料CNG发动机的主要技术形式16
• 1.3.2 轿车用单燃料CNG发动机增压16-17
• 1.3.3 国内外对增压天然气发动机的研究17-20
• 1.4 课题研究的目的和主要内容20-22
• 第2章 自然吸气天然气发动机模型的建立和验证22-35
• 2.1 建模相关理论22-25
• 2.1.1 缸内工作过程关系式22-23
• 2.1.2 节气门及进排气阀流量系数计算关系式23-24
• 2.1.3 湍流火焰燃烧模型24-25
• 2.1.4 缸内传热模型25
• 2.2 自然吸气天然气发动机建模25-30
• 2.2.1 发动机主要技术参数25-26
• 2.2.2 建模过程26-30
• 2.3 模型的校核30-33
• 2.3.1 充气效率的校核30-31
• 2.3.2 整机模型的校核31-33
• 2.4 本章小结33-35
• 第3章 车用天然气发动机涡轮增压器的匹配35-49
• 3.1 增压发动机模型的建立35-40
• 3.1.1 涡轮增压器模型35-37
• 3.1.2 废气旁通阀模型37-38
• 3.1.3 整机模型建立38-40
• 3.2 增压器匹配计算40-45
• 3.2.1 增压器匹配的要求40
• 3.2.2 增压器匹配方案40-41
• 3.2.3 增压器匹配方案优选41-45
• 3.3 增压器匹配试验验证45-47
• 3.3.1 发动机进气流量验证45-46
• 3.3.2 增压器与发动机联合运行线验证46
• 3.3.3 发动机外特性验证46-47
• 3.4 本章小结47-49
• 第4章 增压车用天然气发动机参数优化探讨49-65
• 4.1 点火提前角优化49-56
• 4.1.1 点火提前角优化准则49
• 4.1.2 点火提前角优化数学模型49-50
• 4.1.3 点火提前角优化过程50-55
• 4.1.4 点火提前角优化前后发动机性能对比55-56
• 4.2 压缩比优化56-61
• 4.2.1 不同压缩比时点火提前角优化57
• 4.2.2 不同压缩比时外特性对比57-59
• 4.2.3 部分负荷时不同压缩比性能变化59-60
• 4.2.4 最佳压缩比确定60-61
• 4.3 稀燃时过量空气系数优化61-63
• 4.3.1 不同过量空气系数时点火提前角优化61
• 4.3.2 不同过量空气系数时外特性对比61-63
• 4.4 本章小结63-65
• 全文结论及展望65-67
• 参考文献67-71
• 附录A 攻读硕士学位期间发表的论文和获得成果71-72
• 致谢72

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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

2 程永陆;美国能源部拨款用于天然气发动机研究开发[J];国外内燃机车;2001年03期

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

5 沈勇 ,王申;天然气发动机在冷水机组上的应用[J];节能;2003年10期

6 王申,沈勇;天然气发动机在冷水机组上的应用[J];能源工程;2003年04期

7 雷鸣;上柴T系列天然气发动机[J];汽车研究与开发;2004年03期

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

10 辛海升;赵斌;夏春雷;;天然气发动机在汽车上的应用[J];农机化研究;2006年12期

中国重要会议论文全文数据库 前10条

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

9 陈万应;董浩;;借用柴油发动机平台开发的天然气发动机和现场使用经验[A];中国土木工程学会城市燃气分会压缩天然气专业委员会暨第一次年会论文集[C];2007年

10 成晓北;代素琴;程伟;吴家平;张思奇;;天然气发动机稀燃条件下点火提前角的优化匹配试验分析[A];湖北省内燃机学会2009年学术年会论文集[C];2009年

中国重要报纸全文数据库 前10条

1 记者 张银炎;广柴研制成功天然气发动机[N];中国船舶报;2008年

2 记者 王建梁;天然气发动机首次进入863计划[N];科技日报;2009年

3 本报记者 赵三明;上柴动力环保之旅落下帷幕[N];中国工业报;2009年

4 记者 蒙平;“无锡造”天然气发动机批量上市[N];无锡日报;2009年

5 ;一汽锡柴大型天然气发动机投入批量生产[N];中国工业报;2009年

6 关尚宇;天然气发动机成新竞争点[N];中国工业报;2009年

7 通讯员 陈燕　记者 严峻;锡柴天然气发动机再展“低碳”魅力[N];中国工业报;2010年

8 记者 王建梁;重汽研发成功天然气燃料发动机[N];科技日报;2011年

9 记者 过国忠 通讯员 陈燕;一汽锡柴加快开发大功率天然气发动机[N];科技日报;2011年

10 任继凯　傅伟;钻井用天然气发动机获突破[N];中国石化报;2010年

中国博士学位论文全文数据库 前10条

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

2 焦运景;稀燃天然气发动机燃烧过程研究和燃烧系统开发[D];天津大学;2009年

3 司鹏濵;满足国Ⅳ排放标准压缩天然气发动机燃烧过程的研究[D];天津大学;2009年

4 李树生;高性能大功率天然气发动机燃烧系统开发研究[D];山东大学;2013年

5 张德福;低散热压缩着火天然气发动机燃烧过程的试验研究[D];天津大学;2005年

6 余小草;燃烧边界条件对车用重型天然气发动机燃烧及排放的影响[D];吉林大学;2013年

7 杨立平;4SH-N天然气发动机工作过程优化及排放控制[D];吉林大学;2008年

8 郑清平;压燃式天然气发动机燃烧过程模拟计算和试验研究[D];天津大学;2006年

9 李娜;重型车用增压中冷稀燃LNG发动机性能研究[D];山东大学;2013年

10 李智;天然气发动机气缸盖热负荷及冷却水腔内沸腾传热研究[D];华中科技大学;2012年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 马镇镇;基于GT-Power的天然气发动机数值模拟与研究[D];山东理工大学;2016年

2 董少毅;掺氢对天然气发动机缸内燃烧过程及性能的影响研究[D];湖南大学;2016年

3 刘廷;增压车用天然气发动机增压器匹配及性能优化[D];湖南大学;2016年

4 徐伟;天然气发动机缸内燃烧及热功转换过程的规律研究[D];湖南大学;2016年

5 吴滴;增压天然气发动机进气补气改善动力性的试验研究[D];湖南大学;2016年

6 徐亮;某型天然气发动机工作过程仿真及性能优化[D];江苏科技大学;2016年

7 汪源利;天然气发动机均质稀燃的数值模拟与试验分析[D];华中科技大学;2007年

8 张悦;天然气发动机催化器效率评价及低负荷时燃烧与排放研究[D];天津大学;2008年

9 窦宝华;公交车用天然气发动机国产化的层次分析法研究与规模化应用[D];上海交通大学;2010年

10 杜喜云;电控多点喷射天然气发动机的开发[D];吉林大学;2007年

，

本文编号：941599