D6114發(fā)動機燃用代用燃料的性能優(yōu)化及仿真研究.pdf

1、汽車正面臨著日益嚴峻的環(huán)保壓力和能源安全問題，尋找汽車的代用燃料已成為人們的當(dāng)務(wù)之急。天然氣是一種高效、清潔、價廉的工業(yè)、民用燃料及重要的化工原料，其主要成分是甲烷。天然氣作為發(fā)動機的代用燃料，對改善和優(yōu)化我國的能源結(jié)構(gòu)、減少發(fā)動機的排放污染具有重要的作用。二甲醚(DME)和生物柴油是一種非常適合柴油機使用的優(yōu)質(zhì)、清潔的代用燃料，可以有效的緩解我國對石油基燃料的依賴。本文針對天然氣發(fā)動機進行工作過程仿真，優(yōu)化其配氣相位，并研究了DME和

2、生物柴油混合燃料對發(fā)動機性能和排放的影響。本文主要內(nèi)容包括： 1.研究了車用增壓天然氣發(fā)動機在外特性下、負荷特性下的性能表現(xiàn)，由試驗結(jié)果可知，發(fā)動機的動力性基本可以達到原柴油機的水平，且由于沒有冒煙極限的限制，故天然氣發(fā)動機的中低速轉(zhuǎn)矩較大，這特別適合城市公交車的需要。 2.利用GT－Power性能仿真軟件，建立發(fā)動機模型以仿真發(fā)動機工作過程。建立中冷器模型，使得中冷器進出口的溫度降和壓力降符合試驗結(jié)果；建立渦輪增壓器模

3、型，使得渦輪增壓器提供給發(fā)動機的空氣流量與試驗結(jié)果相吻合；建立節(jié)氣門模型控制發(fā)動機進氣流量；建立進排氣管模型；建立進排氣閥模型以確定配氣相位；建立氣缸內(nèi)湍流燃燒、傳熱、氣體流動模型；建立機械損失模型以考慮各種摩擦和驅(qū)動附件所導(dǎo)致的發(fā)動機動力損失。計算發(fā)動機在外特性、負荷特性下的性能輸出，通過仿真結(jié)果與試驗結(jié)果的比較驗證所建立模型的正確性。 3.在原柴油機配氣機構(gòu)的基礎(chǔ)上，優(yōu)化凸輪型線，減少氣閥疊開角。凸輪的緩沖段采用等加速－等速

4、運動規(guī)律，基本段為多項動力凸輪。通過調(diào)整挺柱升程函數(shù)中的待定系數(shù)，在不改變凸輪材料、挺柱、推桿、搖臂尺寸及材料的條件下，滿足凸輪在最小曲率半徑、潤滑特性、接觸應(yīng)力等方面的限制，保證凸輪機構(gòu)在發(fā)動機轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)不發(fā)生飛脫現(xiàn)象，并保證所設(shè)計的凸輪型線具有一定的豐滿系數(shù)。為了研究新設(shè)計的凸輪型線對發(fā)動機性能的影響，利用前面所建立的發(fā)動機模型，輸入新設(shè)計的凸輪型線進行發(fā)動機工作過程仿真，仿真結(jié)果表明新設(shè)計的凸輪型線有助于改善發(fā)動機中等轉(zhuǎn)速區(qū)域的經(jīng)

5、濟性和動力性。 4.基于DME發(fā)動機，研究了DME中添加不同比例不同種類的生物柴油對發(fā)動機性能及排放的影響。研究結(jié)果表明，隨著DME中生物柴油添加比例的增大，發(fā)動機當(dāng)量燃油消耗率有所降低，Nox排放有一定的增加，HC排放隨燃油中生物柴油的比例變化很小，CO排放量在各種比例燃油狀態(tài)下都很小。由于DME粘度低，潤滑性差，噴油泵的柱塞偶件和噴嘴的針閥偶件可靠性一直存在問題，而生物柴油粘度大，熱值較DME高，在DME中添加生物柴油，一方