天然气发动机电控系统匹配及标定方法研究

【摘要】：随着汽车工业的发展,面对日益严峻的石油紧张和环境污染问题,开发环保型的节能和新能源汽车是实现汽车工业可持续发展的重要战略。天然气以其良好的燃料特性和丰富的储量成为世界公认的汽车优质节能车用能源之一。本文结合中国重汽和西华大学等承担的国家863计划“节能与新能源汽车”中的“天然气专用发动机开发”课题中的子课题,以WT615.95系列天然气发动机为基础机型进行研究,西华大学课题组承担燃气控制系统集成选型匹配、关键零部件优化设计和发动机电控标定。 本文研究了国内外天然气发动机发展的技术路线和技术特点。在分析国内外的天然气发动机技术的基础上,课题组提出了满足国IV排放的电控天然气发动机开发方案：以WT615.95天然气发动机为基础机型,采用稀薄燃烧、增压中冷、低涡流燃烧系统、单缸独立高能点火、电控调压燃料闭环控制和氧化型催化器等技术路线,改进天然气发动机的动力性能并发挥其排放和经济性优势。 在课题中,对燃气电控系统关键零部件进行性能匹配和优化,对燃料控制的方案(比例式混合器+电控调压)进行了研究,对混合器设计不同的阀芯型线以适应不同气体成分(40%、60%、95%的甲烷)燃料,用FLUENT软件进行了计算分析,并结合台架试验修正边界条件和对计算进行验证,得到效果很好的阀芯型线。 通过研究不同点火能量(25mJ、35mJ、45mJ、65mJ)对发动机动力性、外特性经济性、排放性能和失火界限(在额定转速2200rpm、中高转速1800rpm、最大扭矩1300rpm和低速900rpm)的影响,得出在进行试验的点火能量范围内,不同点火能量对动力性、外特性经济性和排放没有明显的差别,但高的点火能量可以拓宽着火界限,同时也影响到火花塞的使用寿命,综合考虑各个因素,选择最佳的点火能量45mJ。 最后通过参与满足国Ⅳ排放的发动机标定,对标定方法进行了探索,使发动机在各个工况下更好地工作,比如对点火提前角和浓度进行正交试验的标定方法、增压压力标定等。 本文研究了天然气发动机电控系统匹配的基本方法、混合器与点火能量的优化匹配和发动机台架标定方法,可为今后其他气体燃料发动机的研发提供一定的参考。 【关键词】：天然气发动机 电控 进气控制 点火能量 标定
【学位授予单位】：西华大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：TK433
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 引言9-11
• 1 绪论11-19
• 1.1 天然气燃料简介11-12
• 1.2 天然气发动机技术发展概述12-16
• 1.2.1 天然气汽车的发展历程12
• 1.2.2 天然气发动机的分类及发展现状12-16
• 1.3 天然气发动机排放研究16-18
• 1.3.1 天然气发动机的排放16
• 1.3.2 我国排放法规的现状16-17
• 1.3.3 天然气发动机排放控制技术研究17-18
• 1.4 本文研究的主要内容18-19
• 2 电控系统方案设计及系统集成研究19-31
• 2.1 发动机的开发目标及电控系统匹配原则19-20
• 2.1.1 发动机开发目标19
• 2.1.2 发动机技术措施19-20
• 2.1.3 发动机电控系统匹配要求20
• 2.2 电控系统技术方案研究20-23
• 2.2.1 电控调压系统技术分析20-22
• 2.2.2 电控调压系统控制原理22-23
• 2.3 电控系统零部件选型集成23-30
• 2.4 本章小结30-31
• 3 混合器阀芯型线的优化计算31-43
• 3.1 阀芯优化总体方案设计31-32
• 3.2 阀芯型线计算32-35
• 3.2.1 不同地区的天然气成分比较32-33
• 3.2.2 燃气/空气比例式混合器阀芯设计33-35
• 3.3 FLUENT仿真计算35-39
• 3.3.1 Fluent软件简介35
• 3.3.2 混合器模型的建立35-37
• 3.3.3 设置边界条件37
• 3.3.4 结果分析37-39
• 3.4 电控调压器(EPR)及工作原理39-41
• 3.4.1 电控调压器39
• 3.4.2 电控调压器工作原理39-40
• 3.4.3 电控调压器开度标定40-41
• 3.5 发动机试验41-42
• 3.5.1 额定功率试验41
• 3.5.2. 转速1500rpm负荷特性试验41-42
• 3.6 本章小结42-43
• 4 点火能量优化试验43-49
• 4.1 单缸独立高能点火43
• 4.2 不同点火能量对发动机性能的影响43-45
• 4.3 不同点火能量对失火界限的影响45-47
• 4.3.1 测试方案45
• 4.3.2 测试结果45-47
• 4.4 本章小结47-49
• 5 国Ⅳ发动机标定方法研究49-70
• 5.1 发动机标定的主要内容及步骤49-53
• 5.1.1 发动机标定的主要内容49
• 5.1.2 发动机标定的主要步骤49-53
• 5.2 点火提前角及空燃比标定53-61
• 5.2.1 基本点火提前角及空燃比标定53-56
• 5.2.2 基本点火提前角及空燃比评价原则56
• 5.2.3 最终点火提前角的确定56-59
• 5.2.4 最终的浓度确定59-61
• 5.3 发动机进气充量的标定61-64
• 5.3.1 基本充量系数标定方法61-63
• 5.3.2 影响充气效率的因素63-64
• 5.4 增压压力的标定64-67
• 5.4.1 增压闭环控制64-65
• 5.4.2 增压压力标定65-67
• 5.5 性能标定67-68
• 5.6 本章小结68-70
• 6 结论70-71
• 6.1 总结70
• 6.2 工作展望70-71
• 参考文献71-73
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况73-74
• 致谢74

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