基于AVL-BOOST的天然气发动机性能优化仿真

采用AVL-BOOST软件建立了天然气发动机的数学模型,验证了模型的有效性,通过变参数研究,分析了压缩比、点火提前角对发动机动力性和经济性的影响。研究结果表明,随着压缩比的增大,发动机的有效功率和最高爆发压力均呈上升趋势,压缩比在10～13的范围内,最高压力升高率始终在爆震警戒线以下,在点火提前角为27°～36°CA范围内,发动机的有效功率随着点火提前角的增大而增加,同时发动机的燃油经济性得到改善。     

基于AVL-BOOST的天然气发动机性能优化仿真

采用AVL-BOOST软件建立了天然气发动机的数学模型,验证了模型的有效性,通过变参数研究,分析了压缩比、点火提前角对发动机动力性和经济性的影响。研究结果表明,随着压缩比的增大,发动机的有效功率和最高爆发压力均呈上升趋势,压缩比在10～13的范围内,最高压力升高率始终在爆震警戒线以下,在点火提前角为27°～36°CA范围内,发动机的有效功率随着点火提前角的增大而增加,同时发动机的燃油经济性得到改善。     

基于某型柴油机的天然气发动机性能优化仿真研究

针对基于某型柴油机改造的天然气发动机进行了性能仿真计算研究。通过建立天然气发动机仿真模型,对其结构参数进行了优化计算,并进行了增压器匹配计算。仿真计算得到了优化后的天然气发动机的性能参数,验证了该型柴油机改造为天然气发动机的可行性,并为基于柴油机改造的天然气发动机的性能提升与试验提供了理论依据。     

基于GT-SUITE的柴油机VVA系统设计及优化

开发了一种可用于柴油机可变气门执行系统,即VVA系统（Variable Valve Actuation）。在概念设计阶段使用GT-suite软件对柴油机VVA系统进行原理验证及模型搭建,通过多体动力学仿真,预测系统的运动学规律及动力学特性,并对系统可能出现的失效进行了优化。系统成功实现了气门二次开启及开启持续期可变功能,节省了大量系统零部件的详细设计时间,论证了柴油机搭载VVA系统的可行性。     

天然气发动机燃烧制动性能仿真研究

利用GT-Power仿真软件建立某一型号发动机模型,研究点火时刻、转速和减压气门运行参数对发动机燃烧制动性能的影响。研究结果表明:随着点火时刻的提前,发动机制动功率呈线性增加;点火时刻一定时,发动机转速越高制动功率越大,减压气门升程越高制动功率也越大。当转速一定时,每个减压气门升程都对应一个最佳气门提前角使得制动功率的峰值最大,且最佳气门提前角随着气门升程的增大而减小;当升程一定时,每个转速都对应一个最佳气门提前角使得制动功率的峰值最大,且最佳气门提前角随着转速增大而增大。当气门升程为4mm、转速为2 400r/min时,最大制动功率可达137kW,可达发动机标定功率的1.7倍。     

天然气发动机燃烧室对性能的影响及优化

采用AVL Fire软件开展了天然气发动机燃烧室的优化设计,通过对燃烧室型线的敏感性分析,获得了两个燃烧室优化设计方案.对放热率、湍动能及速度场分析后发现:缩小碗口直径有利于增强燃烧室内气体的滚流与涡流运动,从而提升湍动能与气体运动速度,加快燃烧放热过程;然而燃烧室优化方案I中小凸台的存在增加了进气能量的耗散,点火时刻湍动能较低,使其火焰发展期并没有缩短,不过快速燃烧期在挤流运动的作用下得以加快.开展的发动机台架试验结果表明:燃烧室优化方案Ⅱ实现了有效燃气消耗率下降2.9%以及分管排温平均降低18.3,℃的改善效果.通过优化标定,燃烧室优化方案Ⅱ在达到相同氮氧排放的情况下,有效燃气消耗率较原燃烧室方案改善了1.5%.     

天然气发动机掺氢20%时瞬态排放性能研究

对天然气发动机掺氢20%(体积比)的瞬态性能进行了研究.主要研究包括不同催化器ETC循环排放的对比、不同加速加浓因子的排放对比以及20%天然气掺氢发动机(HCNG)与纯天然气发动机的排放对比.试验结果表明:三种催化器都能使天然气掺氢发动机排放达到环境友好型汽车标准.随着加速加浓因子的增大,发动机扭矩跟随性越好,但会造成各种排放同时上升,特别是Nox上升幅度很大.三种氧化型催化转化器转化效率大小排序为:ECOCATⅡ型>国产催化器>ECOCATⅠ型.对于这三种催化器来说,随着催化效率的提高,排气阻力加大,发动机动力性下降,燃料消耗率上升.掺入20%氢气后,在不带催化器的情况下,Nox、CO、NMHC、CH4排放和燃料消耗率相对于原天然气发动机分别下降51%、36%、60%、47%和7%.     

基于DOE的天然气发动机参数优化

在GT-Power软件中建立一个增压天然气发动机仿真模型,通过模拟数据与试验数据的对比来验证模型的准确性。利用GT-Power中的DOE模块在额定功率和额定转速下的工况下对增压天然气发动机性能进行了优化。其中以负荷、点火提前角、压缩比、进气门开启时刻、排气门开启时刻为影响因素,以最高爆发压力为约束条件,以发动机最大扭矩、最小燃气消耗量和NOx最小排放量为目标变量进行优化计算。结果表明:发动机采用优化参数后,最大扭矩、燃气消耗率等性能指标得到了改善,NOx排放量降低。     

天然气发动机进气道改进设计与性能仿真计算

利用仿真和试验相结合的手段,研究柴油机改制成气体机后其气道的改进方案及对发动机缸内流动的影响,并以此确定优化方案。试验结果表明,将螺旋气道改为切向气道之后,其流通性能变好,缸内气体湍动能增加,能够满足点燃式天然气发动机对缸内流动的需求,改善燃烧过程和发动机性能。     

大功率天然气发动机突加载工况瞬态性能研究与改进设计

针对12V190型天然气发动机定转速突加载响应性能较差,不能满足油田工作要求的问题,利用GT-Power软件建立了一维仿真模型,研究了增压器转动惯量、进排气管容积、增压系统型式、发动机负载转动惯量对该天然气发动机突加载响应性能的影响。根据研究结果对该发动机增压系统进行了改进设计,同时提高了发动机负载转动惯量,使其瞬态响应性能有所提高,满足油田钻井作业的要求。     

天然气发动机增压器性能分析与匹配优化研究

针对目前天然气发动机增压器低速扭矩不足,低速和部分负荷下经济性差,瞬态响应迟钝的不良现状,基于一台10L采用混合进气的天然气发动机,研究分析了其废气涡轮增压器性能,并结合试验数据分析结果,采用软件分析手段,提出了优化匹配方案。     

某汽车发动机中低速性能优化仿真

针对某小排量四缸汽油发动机中低速性能差问题,通过仿真软件进行分析计算,提出解决发动机中低速性能差的实施方案,达到提高发动机中低速性能的目的。本文主要进行发动机进气歧管、正时的优化分析计算,阐述进气歧管、正时优化的内容及其结果。     

压缩天然气发动机的设计及性能研究

为提升压缩天然气(CNG)发动机的综合性能,从考察、研究压缩天然气理化特性的角度出发,选择在一款柴油机原型机上改装天然气发动机,为天然气发动机设计燃料供给系统、进气系统、点火系统、燃烧系统以及后处理系统,以满足压缩天然气在发动机上的相关燃用要求。对改装设计的压缩天然气发动机开展台架试验研究,分析压缩天然气发动机的负荷特性、速度特性以及万有特性,并综合评价改装后的压缩天然气发动机性能表现。研究结果表明:相比于柴油机原机,改装设计的压缩天然气发动机最大转矩提高约22%,动力性增强;同时最小等热值有效燃油消耗率下降约2%,经济性获得改善;且压缩天然气发动机的升功率和比功率提升,发动机强化程度提高。     

多缸发动机进气瞬态过程的计算机仿真

通过实例的多缸发动机进气管总管某一截面上气流参数来计算多缸机进气管各歧管气流瞬态参数，并实现了对进气管内气体的流动的动态仿真直观地描述了多缸发动机进气管内气体流动的瞬态过程，为换气过程的研究提供有效的方法。     

基于Matlab／Simulink的天然气发动机电控系统仿真

本文建立的天然气发动机模型是一个连续时间域的平均值发动机模型(MVEM),该模型主要包括节气门体子模型、进气歧管子模型、燃气通道子模型、扭矩输出子模型以及转速形成子模型这五部分。最后以实际发动机为仿真对象进行了仿真计算,对得出的结果进行了分析。本文提出的方法可避免大量的实物台架试验,缩短控制器的研制周期。     

基于当量燃烧的天然气发动机燃烧室优化研究

在一台采用废气再循环(exhaust gas recirculation,EGR)策略的当量燃烧天然气发动机上开展了不同挤气比、压缩比的活塞对燃烧、热效率和排放影响的对比试验研究。结果表明:在50%负荷与中低转速75%负荷下,增大EGR率拓展了爆震边界,使得主燃烧相位(CA50)提前,指示热效率提高;而在100%负荷及高转速75%负荷下,EGR率的增大对燃烧持续期的延长作用更为明显,且CA50后移,指示热效率降低。增大压缩比和适当增大挤气比有利于增强缸内湍流运动,加快天然气火焰传播速度,使CA50更靠近上止点,热功转换效率提高,最高指示热效率提高了0.24%,NO_x和CH₄排放分别升高了2.30g/(kW·h)、0.55g/(kW·h)。进一步增大挤气比会受到爆震的限制,最佳点火时刻推迟,燃烧定容度小,燃烧持续期延长,最高指示热效率下降了0.51%,NO_x和CH₄排放分别降低了2.20g/(kW·h)、0.44g/(kW·h),CO排放升高了0.36g/(kW·h),因此挤气比存在一个优化的范围。     

大功率天然气发动机性能开发

针对大功率天然气发动机动力性、经济性、排放性能等开发目标,对发动机增压系统、点火系统、控制系统等进行匹配优化,并对整机进行了台架性能测试,确定了增压器、点火提前角、充气效率、过量空气系数等发动机基本参数。     

四气门天然气发动机缸内瞬态流场数值模拟

采用K-ε双方程模型对四气门天然气发动机进气道及缸内的瞬态流场进行数值模拟,模拟了发动机进气、压缩及燃烧过程。结果表明：四气门发动机缸内涡流由外向内形成;缸内平均湍动能强度在进气冲程中总体呈先增大后减小的趋势,压缩冲程中耗散作用使湍动能降低,但挤流作用使气缸中部的湍动能升高;进气过程中存在流动分层,为改善小负荷时发动机性能,天然气应尽可能在进气冲程中、后期进入气缸;缸内涡流中心的位置和气流速度梯度对火焰径向传播的均匀性有很大影响。     

双燃料发动机天然气逃逸的仿真研究

以Z6170型柴油机改造后的进气总管喷射进气柴油/LNG双燃料发动机为研究对象,在Fluent软件环境中,运用动网格技术模拟气门重叠期天然气逃逸过程,定量分析转速、进气提前角和排气迟闭角对双燃料发动机气门重叠期天然气逃逸的影响。仿真结果表明:进气总管喷射进气双燃料发动机气门重叠期存在天然气逃逸现象;在其他条件相同的情况下,发动机转速升高,一个工作循环内气门重叠期CH_4逃逸量减少;气门重叠角大小对气门重叠期CH_4逃逸的影响最大,特别是进气提前角影响尤为突出。     

内河船舶液化天然气发动机-蓄电池混合动力系统性能仿真

为改善船舶天然气发动机动力系统调速性能,提高内河液化天然气(LNG)燃料动力船舶的操纵性及安全性,提出构建天然气发动机-蓄电池混合动力系统。分别针对LNG发动机动力系统及混合动力系统建立Matlab/Simulink仿真模型,并实现了船舶起动和变负荷过程。对两种仿真系统的仿真结果进行分析,结果表明:采用该混合动力系统的船舶变负荷过程航速变化区间变大,系统达到稳定时间缩短;采用设计的控制策略,天然气的消耗最多降低19.6%;NO_x、CO、HC排放分别最多降低22.1%、18.5%、23.6%。