基于GT-Power的CNG摩托车发动机性能优化研究

论文摘要

随着世界经济的飞速发展,机动车保有量逐年递增,由此造成的世界性石油资源短缺和环境污染问题日益严重,为了全面落实节约能源和保护环境,我国将机动车节能减排工作纳入了基本国策,并制订了相应的中长期规划纲要。我国是摩托车产销大国,其保有量逐年增加,2009年6月底,全国摩托车保有量达91 226 621辆,占机动车总量的51.67%,我国摩托车工业起步较晚,技术水平落后,能耗排放较高,结合汽车行业节能减排的成功经验,寻找适合于摩托车的代用燃料是改善摩托车高能耗和高排放问题的关键。其中天然气、液化石油气是代用燃料中的首选,天然气由于技术成熟,排放污染低、价格便宜、资源丰富等特点,在汽车行业已经得到了人们的认可。目前,国内对于单一燃料的液化石油气摩托车（LPG）摩托车及双燃料的汽油-压缩天然气（CNG）、汽油-LPG的研究较多,对单燃料的CNG摩托车的研究较少。本文根据企业提供的某摩托车汽油发动机结构参数、气门升程曲线、流量系数、外特性功率和扭矩等数据,利用发动机性能模拟软件GT-Power建立了较为精确的汽油发动机仿真模型;建立了乙烷,丁烷的燃料库,并利用验证后的汽油发动机模型进行了CNG发动机性能模拟计算;针对CNG发动机动力性能的不足,分析了压缩比、进排气系统、配气相位等对发动机动力性能的影响,并提出了相应的改进方案。由于天然气组分不同,燃料的密度、理论空燃比、低热值和燃烧势均发生变化,研究结果表明,发动机缸内工质的最高燃烧压力,最高燃烧温度,充气效率,功率,扭矩随着天然气中甲烷含量的降低,乙烷,丙烷,丁烷含量的增加而增加,本文建立的燃料库使计算精度得到了提高。通过对发动机压缩比等参数的优化,使该CNG发动机的动力性能在大部分的转速范围内都得到了不同程度的提高,其中最大功率由原来的6.42kW提升为6.64kW,最大扭矩由原来的8.87N·m提升为9.47N·m,分别提升了3.31%,6.33%。同时,发动机的燃油经济性也得到了改善,最大降幅达到了3.62%。本文的研究成果可以为部分新机型的开发提供一定的参考,具有一定的实际应用价值。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 天然气发动机的发展状况
• 1.2.1 天然气作为发动机代用燃料的优势
• 1.2.2 天然气发动机的分类
• 1.2.3 国内外天然气发动机研究现状及发展趋势
• 1.3 内燃机数值模拟研究应用情况
• 1.3.1 计算机模拟的优点
• 1.3.2 内燃机数值模拟国内外研究及应用
• 1.4 本文的主要研究内容
• 第二章 天然气发动机的动力性分析及提高措施
• 2.1 天然气发动机动力性分析
• 2.2 提高天然气发动机动力性的措施
• 2.3 本章小结
• 第三章 发动机仿真模型的建立与标定
• 3.1 GT-Power 软件简介
• 3.2 发动机仿真模型的建立
• 3.3 建模方法及参数的设置
• 3.4 发动机仿真模型的标定
• 3.5 本章小结
• 第四章 天然气燃料库的建立
• 4.1 乙烷燃料库的建立
• 4.1.1 焓拟合曲线系数的确定
• 4.1.2 导热系数的确定
• 4.1.3 黏度的确定
• 4.2 丁烷燃料库的建立
• 4.2.1 焓拟合曲线系数的确定
• 4.2.2 导热系数的确定
• 4.2.3 黏度的确定
• 4.3 不同组分的天然气对发动机性能的影响
• 4.4 本章小结
• 第五章 天然气发动机参数优化仿真研究
• 5.1 优化方法
• 5.2 天然气发动机变参数分析
• 5.2.1 压缩比对发动机性能的影响
• 5.2.2 进气管长度、直径对发动机性能的影响
• 5.2.3 排气管长度、直径对发动机性能的影响
• 5.2.4 配气相位对发动机性能的影响
• 5.3 天然气发动机参数优化仿真研究
• 5.3.1 压缩比的优化
• 5.3.2 进、排气管的优化
• 5.3.3 配气相位的优化
• 5.3.4 优化结果
• 5.4 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 全文工作总结
• 6.2 工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 在学期间发表的论著及取得的科研成果