天然氣具有可壓縮、密度受壓力和溫度變化影響大的特點(diǎn),這就對(duì)氣體燃料發(fā)動(dòng)機(jī)多點(diǎn)噴射燃?xì)夤⿷?yīng)系統(tǒng)提出了挑戰(zhàn),要求燃?xì)夤⿷?yīng)系統(tǒng)能夠定時(shí)定量的向發(fā)動(dòng)機(jī)各氣缸供給燃?xì)�。天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)多點(diǎn)噴射燃?xì)夤⿷?yīng)系統(tǒng)直接影響發(fā)動(dòng)機(jī)的經(jīng)濟(jì)性、動(dòng)力性和排放性。對(duì)天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)多點(diǎn)噴射燃?xì)夤⿷?yīng)系統(tǒng)進(jìn)行研究,一方面可以優(yōu)化燃?xì)鈬娚溟y噴射過程中的閥前壓力衰減,提高燃?xì)鈬娚溟y的燃?xì)鈬娚淞?減輕閥噴射過程中的不一致性,從而減輕發(fā)動(dòng)機(jī)各個(gè)氣缸工作的不一致性。本文提出了一維三維耦合的仿真建模方法,針對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)不同工況下的閥前總壓變化、燃?xì)鈬娚淞恳约皻廛墐?nèi)的壓力波動(dòng)特性進(jìn)行研究,并提出改進(jìn)優(yōu)化方案。本文首先采用一維建模方法獲得了初步的燃?xì)鈬娚溟y模型,進(jìn)行了燃?xì)鈬娚溟y規(guī)律趨勢(shì)預(yù)測(cè),由于一維建模仿真難以提供準(zhǔn)確的動(dòng)態(tài)邊界條件,存在一定的局限性。而后根據(jù)其局限性,進(jìn)行了一維三維聯(lián)合仿真建模,進(jìn)行了多個(gè)噴射壓力、多個(gè)噴射脈寬下的聯(lián)合仿真計(jì)算,計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)吻合良好。其中,燃?xì)鈬娚淞坑?jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)的最大誤差控制在6%以內(nèi)。這樣,就獲得了準(zhǔn)確的燃?xì)鈬娚溟y模型。在得到上述準(zhǔn)確的燃?xì)鈬娚溟y模型之后,基于實(shí)際實(shí)驗(yàn)平臺(tái),建立等效的氣體燃料發(fā)動(dòng)機(jī)多點(diǎn)噴射燃?xì)夤苈废到y(tǒng)一維三維聯(lián)合仿真模型。其中,管路模型和閥模型等是Flowmaster一維模型,發(fā)動(dòng)機(jī)的氣軌模型是Fluent三維模型,兩個(gè)模型借助德國(guó)Fraunhofer科學(xué)計(jì)算和計(jì)算方法研究所開發(fā)的接口軟件——MPCCI實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)雙向的數(shù)據(jù)傳遞和耦合。這樣,同時(shí)兼顧系統(tǒng)整體的動(dòng)態(tài)特性和部件內(nèi)的詳細(xì)流動(dòng)機(jī)理,實(shí)現(xiàn)了“宏觀”和“微觀”角度的融合。并且模型計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)吻合良好。而后,基于上述的發(fā)動(dòng)機(jī)燃?xì)夤苈废到y(tǒng)模型動(dòng)態(tài)特性結(jié)算結(jié)果,同時(shí)結(jié)合氣軌內(nèi)的流場(chǎng)分析,總結(jié)出導(dǎo)致燃?xì)鈬娚淞科x正常值以及閥前壓力衰減過大的原因是氣軌內(nèi)的壓力波動(dòng)過大以及氣軌支路和本體之間存在較強(qiáng)的流動(dòng)分離,并且針對(duì)以上兩點(diǎn)提出了優(yōu)化改進(jìn)方法,即增大氣軌本體直徑以及在氣軌本體和氣軌支路設(shè)置過渡圓角,并且研究了不同本體直徑和不同過渡圓角直徑下,燃?xì)鈬娚溟y閥前壓力變化規(guī)律,確定氣軌和氣軌上游管路的最佳參數(shù)值,完成了發(fā)動(dòng)機(jī)燃?xì)夤苈废到y(tǒng)的優(yōu)化。
【學(xué)位單位】：哈爾濱工程大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TK431
【部分圖文】：

第 1 章 緒論限制這種技術(shù)的大規(guī)模推廣應(yīng)用。而且還需要考慮在進(jìn)氣過程中的迸氣均勻性，這樣就對(duì)單個(gè)燃?xì)鈬娚潆姶砰y流量提出了較高的要求，需要燃?xì)鈬娚潆姶砰y響應(yīng)迅速、流量穩(wěn)定、一致性好。需要詳細(xì)可靠的燃?xì)鈬娚潆姶砰y設(shè)計(jì)方案，確保燃?xì)鈬娚溟y工作的一致性和穩(wěn)定性。而對(duì)于非增壓發(fā)動(dòng)機(jī)而言，多點(diǎn)進(jìn)氣道噴射還是會(huì)較明顯的減小缸內(nèi)進(jìn)氣充量系數(shù)，無法滿足發(fā)動(dòng)機(jī)功率需求。

哈爾濱工程大學(xué)碩士學(xué)位論文4圖 1.2 高壓缸內(nèi)噴射（HPDI）示意圖1.2 多點(diǎn)噴射燃?xì)夤⿷?yīng)系統(tǒng)特性分析對(duì)于天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)多點(diǎn)燃?xì)鈬娚湎到y(tǒng)而言，整個(gè)燃?xì)夤⿷?yīng)系統(tǒng)主要由氣瓶組、減壓閥、加熱裝置、供氣管道、電磁閥、發(fā)動(dòng)機(jī)氣軌以及燃?xì)鈬娚潆姶砰y等組成。高壓燃?xì)饨?jīng)過帶加熱裝置的減壓器之后，減壓到大約 7~8barA（A 代表絕對(duì)壓力），然后經(jīng)過長(zhǎng)的供氣管路以及其他流體元件到達(dá)發(fā)動(dòng)機(jī)氣軌，發(fā)動(dòng)機(jī)氣軌支路直接與燃?xì)鈬娚潆姶砰y相通，為電磁閥提供燃?xì)�。其中，發(fā)動(dòng)機(jī)氣軌起穩(wěn)壓作用，目的是為燃?xì)鈬娚溟y提供穩(wěn)定的閥前壓力。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī) ECU 發(fā)出控制信號(hào)，電磁鐵通電，而后燃?xì)鈬娚溟y內(nèi)的鐵芯被電磁鐵吸引，燃?xì)鈬娚溟y開啟，燃?xì)鈬娙氚l(fā)動(dòng)機(jī)氣缸。在燃?xì)鈬娚溟y的開啟和關(guān)閉過程中，由完全開啟到完全關(guān)閉狀態(tài)或者是由完全關(guān)閉到完全開啟狀態(tài)，總是耗費(fèi)一定時(shí)間，也就是電磁閥這兩種狀態(tài)轉(zhuǎn)換的時(shí)間，稱為電磁閥的動(dòng)作時(shí)間。電磁閥的動(dòng)作時(shí)間與電磁閥結(jié)構(gòu)、流體介質(zhì)壓力以及流體種類等因素均有關(guān)系。如果按照出口質(zhì)量流量的變化，根據(jù)質(zhì)量流量曲線，可以將燃?xì)鈬娚溟y的噴射過程分為流量增長(zhǎng)期、噴射穩(wěn)定期、噴射末期三段[8]。燃?xì)鈬娚溟y的流量特性不僅僅與閥的設(shè)計(jì)有關(guān)，還與其上游配套的管路系統(tǒng)各部件性能參數(shù)有很大關(guān)系，下面列舉幾個(gè)重要的供氣系統(tǒng)部件特性：（1）輸氣管道流量特性對(duì)于多點(diǎn)噴射燃?xì)夤⿷?yīng)系統(tǒng)而言，輸氣管道是最基礎(chǔ)的元件，也是決定整個(gè)供氣系統(tǒng)特性的重要部件之一。通過輸氣管道將氣源、閥、氣軌、減壓器等部件連接起來，輸氣管道的結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)供氣系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性有時(shí)候具有決定性

氣管道與外界換熱還是管道絕熱對(duì)輸氣系統(tǒng)性能的影響，才能進(jìn)一步優(yōu)化輸氣系統(tǒng)的性能[9]。（2）發(fā)動(dòng)機(jī)氣軌壓力分布多點(diǎn)噴射系統(tǒng)中的發(fā)動(dòng)機(jī)氣軌是一個(gè)核心部件，發(fā)動(dòng)機(jī)氣軌上承燃?xì)夤苈废到y(tǒng)上游的氣源、大部分管道、閥件、減壓器等，下端連通發(fā)動(dòng)機(jī)各氣缸進(jìn)氣歧管的燃?xì)鈬娚溟y。發(fā)動(dòng)機(jī)氣軌內(nèi)部?jī)?chǔ)存一定量的高壓燃?xì)�，以供給發(fā)動(dòng)機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的需要。氣軌的穩(wěn)壓特性對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)工作性能有重要影響。在發(fā)動(dòng)機(jī)各氣缸的工作過程中，各氣缸對(duì)應(yīng)的燃?xì)鈬娚溟y依次噴氣，這樣無可避免的就會(huì)對(duì)氣軌內(nèi)的壓力分布產(chǎn)生強(qiáng)烈干擾，氣軌的容積是否合理對(duì)于能否維持一個(gè)穩(wěn)定的閥前噴射壓力有很大影響。氣軌容積過小就會(huì)使得燃?xì)鈬娚溟y閥前壓力不穩(wěn)，各個(gè)燃?xì)鈬娚溟y的噴氣量不一致性增強(qiáng)；氣軌容積過大會(huì)使得發(fā)動(dòng)機(jī)氣軌的充氣時(shí)間過長(zhǎng)，軌壓建立時(shí)間嚴(yán)重滯后，嚴(yán)重影響發(fā)動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)性能[10]。所以，應(yīng)在滿足發(fā)動(dòng)機(jī)氣軌穩(wěn)壓性能滿足要求的同時(shí)，盡可能減小發(fā)動(dòng)機(jī)氣軌的容積，縮短軌壓建立時(shí)間。
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本文編號(hào)：2835579