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低压缸内直喷CNG发动机燃烧特性的试验研究

作　者: 赵文锋
导　师: 胡春明
学　校: 天津大学
专　业: 动力机械及工程
关键词: 压缩天然气 发动机 缸内直喷 燃烧特性
分类号: TK401
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 120次
引　用: 4次
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内容摘要


面对当前日益严重的能源危机和环境污染状况,寻找清洁发动机代用燃料成为当务之急。天然气以其丰富的资源和良好的排放特性在世界范围内得到了广泛的重视和应用。本文在对压缩天然气(CNG)发动机的研究现状及发展趋势研究的基础上,开展了基于小缸径汽油机的低压缸内直喷单一燃料CNG发动机的设计和燃烧性能试验研究工作。本文的主要内容包括:1.基于156FMI小缸径汽油机,开发研制了低压缸内直喷单一燃料CNG发动机,并在试验台架上成功实现了CNG的缸内直接喷射和发动机的正常运转。研制工作主要包括CNG低压直接喷射及供气系统的设计,燃烧室结构的设计,可变能量的高能点火系统的设计和CNG直喷控制系统的设计。2.开发并建立了CNG直喷发动机参数标定系统及实时燃烧分析系统。该系统可以在实时调整和标定缸内直喷CNG发动机重要控制参数的同时,实时采集和分析发动机燃烧压力等特性参数,通过计算模型可以得到气缸压力示功图、压力升高率、放热率和累积放热率等反映发动机燃烧性能的主要参数。3.开展了低压缸内直喷CNG发动机燃烧性能的试验研究。并就缸内直喷CNG发动机过量空气系数、喷气时刻、点火提前角及点火能量等重要参数对燃烧性能的影响规律进行了分析研究。结果表明:(1)本文所设计的低压缸内直喷CNG发动机能够实现稀燃。随着过量空气系数的增大,CNG直喷发动机燃烧循环变动增大,燃烧性能变差。稀燃极限在λ=1.3附近,此时燃烧恶化,燃烧循环变动急剧增大、发动机不能正常工作。(2)喷气时刻对低压缸内直喷CNG发动机的燃烧性能有很大影响,对于一定的工况存在最佳喷气时刻,此时发动机燃烧最稳定,燃烧性能最佳。(3)随着点火的提前,最大缸内压力、最大压力升高率及放热率迅速增加,所对应的燃烧相位提前,但平均指示压力存在先增大后减小的趋势。(4)增大点火能量有助于改善CNG发动机的燃烧状况,提高燃烧稳定性。但当点火能量增大到一定程度后,继续提高点火能量对发动机燃烧性能的影响不再明显。

全文目录


摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
第一章 绪论  8-16
  1.1 引言  8-9
  1.2 天然气作为发动机燃料的特点  9-11
  1.3 火花点燃式CNG 发动机的研究现状  11-15
    1.3.1 按照燃料使用情况分类  11-12
    1.3.2 按供气方式分类  12-15
  1.4 本文的选题意义和内容  15-16
第二章 低压缸内直喷CNG 发动机的设计  16-33
  2.1 低压缸内直喷CNG 发动机的设计原则  16-17
  2.2 CNG 低压直接喷射及供气系统的设计  17-20
  2.3 燃烧系统的设计  20-23
    2.3.1 CNG 直喷喷射器和火花塞布置  21-23
    2.3.2 压缩比的优化  23
  2.4 可变能量的高能点火系统的设计  23-26
  2.5 缸内直喷CNG 发动机控制系统  26-32
    2.5.1 电子控制单元  27-31
    2.5.2 CNG 直喷发动机标定系统  31-32
  2.6 本章小结  32-33
第三章 低压缸内直喷CNG 发动机燃烧性能测试系统  33-54
  3.1 台架测试系统  33-34
  3.2 实时燃烧分析系统的研制  34-41
    3.2.1 实时燃烧分析系统硬件的设计  34-37
    3.2.2 实时燃烧分析系统的软件设计  37-41
  3.3 气缸压力采集的关键问题  41-44
    3.3.1 上止点的确定  41-42
    3.3.2 初始采集位置的确定  42-43
    3.3.3 绝对压力的计算  43-44
  3.4 基于气缸压力的燃烧特征参数  44-50
  3.5 试验数据处理的数学模型  50-52
    3.5.1 压力值的均化处理  50-51
    3.5.2 压力值的光顺处理  51-52
  3.6 本章小结  52-54
第四章 低压缸内直喷CNG 发动机燃烧性能的试验研究  54-66
  4.1 循环变动的评价指标  54
  4.2 过量空气系数对燃烧性能的影响  54-56
  4.3 喷气时刻对燃烧性能的影响  56-59
  4.4 点火提前角对燃烧性能的影响  59-61
  4.5 点火能量对燃烧性能的影响  61-64
  4.6 本章小结  64-66
第五章 全文总结和工作展望  66-68
  5.1 全文总结  66-67
  5.2 工作展望  67-68
参考文献  68-71
发表论文和参加科研情况说明  71-72
致谢  72

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中图分类: > 工业技术 > 能源与动力工程 > 内燃机 > 一般性问题 > 理论
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