【摘要】：內(nèi)燃機(jī)的缸內(nèi)熱-功轉(zhuǎn)換效率在一定范圍內(nèi)隨壓縮比的增加而增加,例如壓縮比在11:1左右,每提高一個(gè)單位,熱效率可提高2至3個(gè)百分點(diǎn)。對(duì)于采用火花點(diǎn)火、預(yù)混燃燒方式的發(fā)動(dòng)機(jī),例如汽油機(jī)與絕大部分氣體機(jī),低速、大負(fù)荷條件下由于受爆震限制,其設(shè)計(jì)的壓縮比通常都較低,如果燃料的辛烷值能得以提高,就可相應(yīng)地提升發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮比從而改善其燃油經(jīng)濟(jì)性。本文利用發(fā)動(dòng)機(jī)性能試驗(yàn)臺(tái)架以及燃燒分析儀等相關(guān)試驗(yàn)設(shè)備,對(duì)一臺(tái)增壓中冷、火花塞點(diǎn)火、進(jìn)氣總管單點(diǎn)噴射、預(yù)混燃燒的天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行性能優(yōu)化研究。本研究首先對(duì)天然氣進(jìn)行提純,使燃料的辛烷值比市場(chǎng)上的液化天然氣有很大提高。進(jìn)而提高天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮比,提高發(fā)動(dòng)機(jī)的熱效率,達(dá)到改善動(dòng)力性、提高經(jīng)濟(jì)性的目的。臺(tái)架試驗(yàn)得出壓縮比的最佳結(jié)果后,對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行整車實(shí)際工況的驗(yàn)證試驗(yàn)。在一臺(tái)搭載相同發(fā)動(dòng)機(jī)的整車上,改裝最佳壓縮比CR13.6(Compression Ratio)活塞,使用液態(tài)甲烷作為燃料,對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)在臺(tái)架穩(wěn)態(tài)試驗(yàn)的結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證。此次研究將發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮比從原機(jī)的11.6逐步提高至12.6、13.6、14.6、15.6,然后分別測(cè)試發(fā)動(dòng)機(jī)的各項(xiàng)性能,包括發(fā)動(dòng)機(jī)整個(gè)工作循環(huán)的缸內(nèi)燃燒過(guò)程、各項(xiàng)狀態(tài)參數(shù)(如進(jìn)排氣壓力等)和性能參數(shù)(功率、轉(zhuǎn)矩、比氣耗等)。分析壓縮比、點(diǎn)火提前角、過(guò)量空氣系數(shù)等對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性、排放性能的影響。通過(guò)分析臺(tái)架以及整車試驗(yàn)研究結(jié)果可知,在不改變其他機(jī)械結(jié)構(gòu)及相關(guān)控制參數(shù)的前提下,提高壓縮比對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性幾乎沒(méi)有影響。提高壓縮比后,發(fā)動(dòng)機(jī)的NOx排放有所惡化。發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)濟(jì)性隨著壓縮比的提高有較大的優(yōu)化,壓在縮比13.6時(shí)達(dá)到最佳效果。同壓縮比為11.6相比,比氣耗在不同轉(zhuǎn)速工況下,有4%~6%的下降。當(dāng)壓縮比進(jìn)一步提高時(shí),由于缸內(nèi)燃燒情況惡化,特別是使用非液態(tài)甲烷時(shí),爆震趨勢(shì)愈發(fā)明顯,導(dǎo)致經(jīng)濟(jì)性下降。
[Abstract]:The in-cylinder heat to power conversion efficiency of the internal combustion engine increases with the increase of compression ratio in a certain range. For example, the compression ratio is about 11:1, for each unit of increase, the thermal efficiency can be increased by 2 to 3 percentage points. For engines with spark ignition and premixed combustion, such as gasoline engines and most gas engines, the compression ratio is usually lower at low speed and under high load due to detonation restrictions. If the octane number of the fuel can be increased, the compression ratio of the engine can be raised accordingly and the fuel economy can be improved. In this paper, the performance optimization of a turbocharged intercooled, spark plug ignition, inlet manifold single point injection, premixed combustion natural gas engine is studied by using engine performance test bench and combustion analyzer. In this study, the octane number of the fuel is greatly improved than that of the liquefied natural gas in the market. Furthermore, the compression ratio of natural gas engine is improved, the thermal efficiency of engine is improved, the power performance is improved and the economy is improved. After the best result of compression ratio is obtained by bench test, the actual working condition of the engine is verified. In a whole vehicle with the same engine, the optimum compression ratio CR13.6 (Compression Ratio) piston is modified, and liquid methane is used as fuel to verify the results of engine steady state test. In this study, the compression ratio of the engine was gradually increased from 11.6 in the original engine to 12.6C13. 6 / 14.6 / 15.6. then the performance of the engine was tested separately, including the combustion process in the cylinder of the whole working cycle of the engine. State parameters (such as inlet and exhaust pressure) and performance parameters (power, torque, specific gas consumption, etc.). The effects of compression ratio, ignition advance angle and excess air coefficient on engine power, economy and emission performance are analyzed. Through the analysis of the test results of the bench and the whole vehicle, it can be seen that without changing other mechanical structures and related control parameters, the increase of compression ratio has little effect on the engine's dynamic performance. When the compression ratio is increased, the NOx emission of the engine becomes worse. The engine economy is optimized with the increase of compression ratio, and the best effect is achieved when the compression ratio is 13.6. Compared with the compression ratio of 11.6, the specific gas consumption decreased by 4% or 6% under different rotational speed conditions. When the compression ratio is further increased, the combustion situation in the cylinder deteriorates, especially when the non-liquid methane is used, the knock trend becomes more obvious, which leads to the decrease of the economy.
【學(xué)位授予單位】：湖南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TK431

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本文編號(hào)：2210400