天然气发动机稳态与瞬变状态下缸内热功转换过程及共性规律研究

摘要

本文利用发动机试验台架以及燃烧分析仪等配套实验设备，对一台车用增压火花塞点火、增压器后单点喷射、预混燃烧的重型天然气发动机有目的性的进行相关稳态和瞬态试验，通过对实验数据的分析，研究出天然气发动机稳态与瞬变状态下缸内热功转换过程，总结共性规律。
　　首先进行稳态工况试验，获取大量稳态工况点的试验数据，包括发动机整个工作循环的缸内压力变化、各项状态参数（如进排气压力等）和性能参数（功率、扭矩、比气耗等）。运用影响缸内热功转换过程的主要燃烧特征参数和性能、状态参数对发动机热功转换过程进行研究分析，得出所有转速下天然气发动机的XMEP与进气参数ρ0/λ具有良好的性关系；不同转速工况下，进气总管压力与缸内最高爆发压力呈线性关系；最高爆发压力位置由50％燃烧点位置决定；发动机保持在大负荷工况能减少泵气损失与机械损失提高发动机热效率；过量空气系数为燃烧持续期主要影响因子，转速与负荷属于次要影响因子，混合气越稀燃烧持续期越长；发动机负荷对50%燃烧点位置影响很小；50%燃烧点位置对发动机热功转换效率影响较大需要进行最优化；当天然气发动机转速一定时，除低转速外，发动机负荷对燃烧放热率影响非常有限，在负荷不变时，燃烧放热率曲线在转速变化时，无论是燃烧持续期还是放热率曲线形态也接近不变，只是发生一定量的平移；FMEP与BMEP和发动机转速正相关。
　　然后进行瞬态工况试验，在不同运行工况下分别向天然气发动机进气系统的空气天然气混合器前后加入压缩空气，发动机会经历一个进气压力突然增大然后趋于平缓的过程，发动机瞬态工况选用该瞬态变化过程，连续记录发动机瞬态工况下每工作循环的状态参数、性能参数以及缸内压力等数据的变化，研究主要控制参数对发动机热功转换过程的影响，并总结共性规律，得出运用“循环-循环”的分析方法，能更好的诠释和理解瞬态工况下发动机各工作参数和缸内燃烧放热过程的变化，分析缸内压力和燃烧放热率的变化，能更为简便和准确的找出发动机性能发生变化的诱因；其他参数与转速没有明显的依存关系，发动机转速波动很小时，其他运行参数与性能参数也会发生剧烈变化；天然气发动机的缸内燃烧过程与汽油机相似，过量空气系数的影响大，其他参数属于次要影响因子；过量空气系数对缸内燃烧特征参数的影响在瞬态工况下与稳态工况下是一致的，关键在于获取瞬态工况下发动机是实时过量空气系数。

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第1章 绪论

1.1 课题研究背景

1.2 天然气的物化性质及作为车用燃料的特点

1.3天然气发动机研究现状

1.4本文的主要内容

第2章 试验样机与台架试验

2.1试验样机介绍

2.2 发动机台架试验

2.3 试验数据初步处理

2.4 本章小结

第3章 天然气发动机稳态工况下热功转换过程的影响因素及共性规律分析

3.1发动机主要工作指标

3.2发动机缸内燃烧放热规律的实测计算

3.3发动机热功转换过程的主要燃烧特征参数

3.4天然气发动机热功转换过程的影响因素

3.5天然气发动机性能共性规律及主要影响参数

3.6本章小结

第4章 天然气发动机瞬变状态下缸内过程及燃烧放热规律分析

4.1发动机瞬变工况特征介绍

4.2 瞬变工况下缸内循环变化分析

4.3本章小结

第5章 总结与展望

参考文献

附录A 攻读学位期间发表的论文

致谢