【摘要】：天然氣噴射閥作為天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)燃?xì)夤┙o系統(tǒng)中的關(guān)鍵執(zhí)行部件,其性能的優(yōu)劣對(duì)噴氣定時(shí)、噴射持續(xù)期、噴射質(zhì)量流率等噴射特性具有顯著的影響,噴射閥響應(yīng)特性決定了噴氣定時(shí)、噴射持續(xù)期等的控制精度以及燃?xì)夤┙o的動(dòng)態(tài)響應(yīng),噴射閥燃?xì)饬鲃?dòng)特性對(duì)燃?xì)赓|(zhì)量流率、出口天然氣混合程度等將產(chǎn)生重要影響,進(jìn)而影響天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)的經(jīng)濟(jì)性、動(dòng)力性等。因此,本文開(kāi)展天然氣噴射閥結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及工作特性研究,對(duì)天然氣噴射閥的設(shè)計(jì)及系統(tǒng)匹配具有重要意義。首先,對(duì)天然氣噴射閥的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了概念設(shè)計(jì),根據(jù)天然氣噴射閥的設(shè)計(jì)目標(biāo)及其工作邊界條件,通過(guò)氣動(dòng)理論推導(dǎo)確定了閥芯與閥座環(huán)帶相關(guān)結(jié)構(gòu)參數(shù),同時(shí)結(jié)合相關(guān)的電磁理論公式對(duì)電磁驅(qū)動(dòng)組件的結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行了確定,并依照閥內(nèi)各組件所確定的結(jié)構(gòu)參數(shù),利用Ansoft Maxwell與ANSYS Simplorer軟件分別建立靜態(tài)電磁仿真模型、瞬態(tài)聯(lián)合仿真模型,利用ICEM CFD與FLUENT軟件建立流體仿真模型。其次,針對(duì)噴射閥的響應(yīng)特性,著重分析了電磁組件的結(jié)構(gòu)參數(shù)、相關(guān)的驅(qū)動(dòng)電路參數(shù)以及機(jī)械參數(shù)對(duì)閥芯靜態(tài)電磁力特性、響應(yīng)特性的影響,確定了電磁組件相關(guān)參數(shù)的具體數(shù)值,保證噴射閥具有良好的響應(yīng)特性;針對(duì)噴射閥內(nèi)部燃?xì)獾牧鲃?dòng)特性,分析了閥內(nèi)流域中心截面上壓力場(chǎng)、流速場(chǎng)的基本分布,對(duì)比了閥芯不同開(kāi)度下壓力場(chǎng)、流速場(chǎng)變化情況;探究了閥座出口處的天然氣質(zhì)量流率在不同的入口壓力、入口溫度與閥芯不同響應(yīng)速度下的變化規(guī)律,著重分析了閥芯維持階段以及閥芯響應(yīng)各時(shí)刻對(duì)應(yīng)的質(zhì)量流率在不同條件下的變化,并擬合出了閥座出口在單位時(shí)間內(nèi)的平均質(zhì)量流率隨閥芯持續(xù)期在不同條件下的變化公式,結(jié)果表明存在某一確定的閥芯開(kāi)度,其作為閥座出口質(zhì)量流率變化斜率在不同閥芯開(kāi)度下的轉(zhuǎn)折點(diǎn),綜合考慮閥座出口質(zhì)量流率大小與盡量避免閥座出氣環(huán)帶節(jié)流狀況,將此閥芯開(kāi)度作為閥芯的最大升程;最后,研究了閥體內(nèi)部及閥座出口處天然氣湍流的基本分布,對(duì)比了閥芯不同開(kāi)度下的閥體內(nèi)部及閥座出口處湍流的變化情況,并探究了出口處平均湍流強(qiáng)度與入口壓力、入口溫度之間的變化規(guī)律,結(jié)果表明湍流強(qiáng)度與天然氣入口壓力、入口溫度均成正相關(guān)。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工程大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TK433
【圖文】：

第1章緒論3方式，可以根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)不同的實(shí)際工況，靈活的調(diào)整進(jìn)氣總管內(nèi)天然氣與空氣的供給量、混合比例等，但混合過(guò)程中天然氣依舊占據(jù)一部分空氣充量，充氣效率依然較低。圖1.1進(jìn)氣總管混合器供氣方式原理示意圖2、進(jìn)氣道燃?xì)鈬娚涔夥绞竭M(jìn)氣道燃?xì)鈬娚涔夥绞揭卜Q準(zhǔn)缸內(nèi)混合方式，是一種較進(jìn)氣道混合器預(yù)混合供氣方式更進(jìn)一步的供氣方式，其供氣過(guò)程為：在天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)各個(gè)進(jìn)氣歧管處安裝有天然氣噴射裝置，整個(gè)供氣過(guò)程一般由多個(gè)小流量的天然氣噴射閥配合使用，依照各氣缸的發(fā)火順序，采用交替噴射的方式實(shí)現(xiàn)對(duì)各個(gè)氣缸的定時(shí)定量供氣，通�？梢詫⒋朔N供氣方式稱為電控多點(diǎn)噴射供氣方式[17]。具體工作過(guò)程為：根據(jù)天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)際工況，例如：轉(zhuǎn)速、負(fù)荷，由電控單元ECU采用電磁驅(qū)動(dòng)方式來(lái)控制各個(gè)進(jìn)氣歧管處天然氣噴射閥的開(kāi)閉，從而交替地向各個(gè)氣缸供給定量的天然氣。此種供氣方式減小了因氣閥重疊角造成的天然氣逸出、惡化排放及浪費(fèi)等情況；應(yīng)用電控單元ECU控制各個(gè)進(jìn)氣歧管的天然氣噴射閥，根據(jù)天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)際需求，組織混合氣的氣流流動(dòng)狀況，準(zhǔn)確控制天然氣噴射量、噴射定時(shí)以及進(jìn)、排氣閥同活塞運(yùn)動(dòng)的相位關(guān)系，能夠更準(zhǔn)確地控制對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)功率、效率及排放有顯著影響的空燃比指標(biāo)，合理改善了燃燒狀況，進(jìn)一步地改善了發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性及排放性，目前此種供氣方式在天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)中應(yīng)用最為廣泛。此外，盡管進(jìn)氣道燃?xì)鈬娚涔夥绞浇档土颂烊粴鈱?duì)空氣充量的影響程度，但天然氣的供給仍會(huì)導(dǎo)致一定的空氣充量下降。

哈爾濱工程大學(xué)碩士學(xué)位論文6天然氣噴射控制裝置實(shí)現(xiàn)天然氣的一定量噴射后，線圈斷電，閥芯在彈簧預(yù)緊力作用下返回燃?xì)馔飞系膶?dǎo)氣孔上方并將其再次密封，此時(shí)燃?xì)馔非袛嗲姨烊粴馔Ｖ箛娚洹D1.2直動(dòng)式天然氣噴射閥的結(jié)構(gòu)示意圖2、先導(dǎo)式天然氣噴射閥圖1.3為先導(dǎo)式天然氣噴射閥的結(jié)構(gòu)示意圖。相比于直動(dòng)式天然氣電磁閥通過(guò)電磁驅(qū)動(dòng)來(lái)直接控制閥座上密封閥芯的運(yùn)動(dòng)，從而直接決定天然氣是否噴射，先導(dǎo)式天然氣噴射閥采取控制先導(dǎo)閥芯的開(kāi)啟與關(guān)閉的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)先導(dǎo)孔的通斷，從而影響主閥芯上下燃?xì)馇皇业膲毫�，借助主閥芯上下燃?xì)鈮翰畹淖饔脤?shí)現(xiàn)主閥芯的開(kāi)啟與關(guān)閉，最終完成對(duì)天然氣的噴射控制[28-31]。其具體的工作過(guò)程是：線圈未通電時(shí)，輔助閥芯即動(dòng)鐵芯在彈簧的作用下壓緊先導(dǎo)孔面，并配合密封圈實(shí)現(xiàn)對(duì)先導(dǎo)孔的密封，此時(shí)燃?xì)庥蛇M(jìn)氣口進(jìn)入，首先通過(guò)節(jié)流孔流入活塞的上下腔室并充滿整個(gè)空間，此時(shí)活塞上下壓力差為零；線圈通電后，動(dòng)鐵芯被吸合并上移，先導(dǎo)孔被打開(kāi)，活塞上方腔室中的燃?xì)庋杆偻ㄟ^(guò)先導(dǎo)孔流入出口，上方腔室內(nèi)燃?xì)鈮毫ρ杆傧陆�，�?dāng)活塞上下腔室的壓力差達(dá)到一定值時(shí)，活塞在燃?xì)鈮翰畹淖饔孟孪蛏弦苿?dòng)，燃?xì)馔ǖ辣淮蜷_(kāi)，天然氣由進(jìn)氣口沿燃?xì)馔妨鞒龀鰵饪诓⒆罱K流入氣缸實(shí)現(xiàn)供氣；天然氣供給一定量后，線圈斷電，動(dòng)鐵芯在復(fù)位彈簧彈力的作用下重新返回先導(dǎo)孔上方并將其重新密封，燃?xì)馔ㄟ^(guò)旁通孔及節(jié)流孔迅速進(jìn)入活塞上方腔室，形成活塞上高下低的壓力差，在燃?xì)鈮毫Σ畹淖饔孟�，活塞回到初始位置重新切斷燃�(xì)馔�，燃�(xì)夤┙o結(jié)束。先導(dǎo)式天然氣噴射閥體積孝功率低、壓力波動(dòng)小，可用于高壓力或者大流量的場(chǎng)合。

第1章緒論7圖1.3先導(dǎo)式天然氣噴射閥的結(jié)構(gòu)示意圖3、分布直動(dòng)式天然氣噴射閥分布直動(dòng)式天然氣噴射閥可看成是一種將直動(dòng)式和先導(dǎo)式二者思想相融合而形成的一種天然氣閥，圖1.4為分布直動(dòng)式天然氣噴射閥的結(jié)構(gòu)示意圖。在實(shí)際應(yīng)用中，主閥芯的運(yùn)動(dòng)同時(shí)借助了電磁力、天然氣介質(zhì)的壓差力的作用，改善了主閥芯的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性，但相比于直動(dòng)式天然氣噴射閥和先導(dǎo)式天然氣噴射閥，分布直動(dòng)式天然氣噴射閥的結(jié)構(gòu)最為復(fù)雜、功率較大、成本相對(duì)高[32-33]。其具體的工作過(guò)程是：線圈未通電時(shí)，天然氣由進(jìn)氣口流入，通過(guò)節(jié)流孔流入主閥芯上方腔室并充滿整個(gè)空間；線圈通電后，動(dòng)鐵芯被吸合并向上運(yùn)動(dòng)，動(dòng)鐵芯向上移動(dòng)一小段距離后，動(dòng)鐵芯與主閥芯表面接觸并帶動(dòng)主閥芯一同向上運(yùn)動(dòng)，此過(guò)程原本由動(dòng)鐵芯密封的卸壓孔打開(kāi)，主閥芯上方腔室的燃?xì)饨?jīng)由卸壓孔流入燃?xì)獬隹�，主閥芯在上移過(guò)程中，上下腔室壓差減小，所受燃?xì)鈮翰钭枇档停鏖y芯響應(yīng)速度提高，主閥芯上移后燃?xì)馔ǖ澜油�，天然氣由氣閥進(jìn)氣口流入、隨后流出閥體，最終流入氣缸。天然氣噴射一定量后，線圈斷電，動(dòng)鐵芯在復(fù)位彈簧的作用下重新密封卸壓孔，天然氣流入主閥芯上方腔室重新建立高壓，主閥芯在彈簧和天然氣上下壓差的作用下回到初始位置，燃?xì)馔繁磺袛�，天然氣供給結(jié)束。分布直動(dòng)式天然氣噴射閥內(nèi)部還安裝有信號(hào)反饋器，用以輸入控制分布直動(dòng)式天然氣電磁閥的開(kāi)閉信號(hào)。此種結(jié)構(gòu)的分布直動(dòng)式天然氣噴射閥采用不銹鋼活塞，改進(jìn)了閥自身承壓

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 黃猛;王國(guó)仰;劉康;陸辰;王志明;;天然氣-柴油雙燃料船用發(fā)動(dòng)機(jī)燃?xì)鈬娚湎到y(tǒng)及推進(jìn)特性研究[J];中國(guó)造船;2015年02期

2 黃家義;龔建政;胡偉;高申德;;天然氣缸內(nèi)高壓直噴發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)[J];機(jī)電工程技術(shù);2015年02期

3 雷偉;甘少煒;周國(guó)強(qiáng);汪立志;;船用天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展[J];船海工程;2014年06期

4 胡猛;卜安珍;周望靜;趙洪云;吳瓊;王子生;;高速電磁閥材料磁性能分析與應(yīng)用[J];現(xiàn)代車用動(dòng)力;2014年03期

5 杜祥琬;;能源革命:為了可持續(xù)發(fā)展的未來(lái)[J];中國(guó)人口.資源與環(huán)境;2014年07期

6 金蘇友;;高性能氣體減壓器探討[J];工業(yè)儀表與自動(dòng)化裝置;2013年02期

7 李樹(shù)勛;周世豪;張興;李確;;高壓先導(dǎo)軸流式天然氣減壓閥性能優(yōu)化研究[J];液壓與氣動(dòng);2013年04期

8 奚偉;;天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)電控系統(tǒng)的市場(chǎng)研究[J];柴油機(jī)設(shè)計(jì)與制造;2013年01期

9 賀國(guó);文學(xué)棟;史小營(yíng);;柴油機(jī)氣體減壓閥內(nèi)部流場(chǎng)及結(jié)露機(jī)理研究[J];華中科技大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2012年01期

10 黨永浩;;天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)燃?xì)夤┙o系統(tǒng)綜述[J];鐵道機(jī)車車輛;2011年S1期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

1 李樹(shù)生;高性能大功率天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒系統(tǒng)開(kāi)發(fā)研究[D];山東大學(xué);2013年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前5條

1 李揚(yáng);高速?gòu)?qiáng)力電磁鐵的設(shè)計(jì)與仿真[D];清華大學(xué);2012年

2 陳婷;柴油機(jī)高壓共軌電磁閥特性仿真及驅(qū)動(dòng)電路研究[D];北京交通大學(xué);2009年

3 牛洪成;基于CAN總線技術(shù)的燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)的研究[D];山東大學(xué);2009年

4 卞軼e

本文編號(hào)：2787236