D6114发动机燃用代用燃料的性能优化及仿真研究

汽车正面临着日益严峻的环保压力和能源安全问题,寻找汽车的代用燃料已成为人们的当务之急。天然气是一种高效、清洁、价廉的工业、民用燃料及重要的化工原料,其主要成分是甲烷。天然气作为发动机的代用燃料,对改善和优化我国的能源结构、减少发动机的排放污染具有重要的作用。二甲醚(DME)和生物柴油是一种非常适合柴油机使用的优质、清洁的代用燃料,可以有效的缓解我国对石油基燃料的依赖。本文针对天然气发动机进行工作过程仿真,优化其配气相位,并研究了DME和生物柴油混合燃料对发动机性能和排放的影响。本文主要内容包括: 1.研究了车用增压天然气发动机在外特性下、负荷特性下的性能表现,由试验结果可知,发动机的动力性基本可以达到原柴油机的水平,且由于没有冒烟极限的限制,故天然气发动机的中低速转矩较大,这特别适合城市公交车的需要。 2.利用GT-Power性能仿真软件,建立发动机模型以仿真发动机工作过程。建立中冷器模型,使得中冷器进出口的温度降和压力降符合试验结果;建立涡轮增压器模型,使得涡轮增压器提供给发动机的空气流量与试验结果相吻合;建立节气门模型控制发动机进气流量;建立进排气管模型;建立进排气阀模型以确定配气相位;建立气缸内湍流燃烧、传热、气体流动模型;建立机械损失模型以考虑各种摩擦和驱动附件所导致的发动机动力损失。计算发动机在外特性、负荷特性下的性能输出,通过仿真结果与试验结果的比较验证所建立模型的正确性。 3.在原柴油机配气机构的基础上,优化凸轮型线,减少气阀叠开角。凸轮的缓冲段采用等加速-等速运动规律,基本段为多项动力凸轮。通过调整挺柱升程函数中的待定系数,在不改变凸轮材料、挺柱、推杆、摇臂尺寸及材料的条件下,满足凸轮在最小曲率半径、润滑特性、接触应力等方面的限制,保证凸轮机构在发动机转速范围内不发生飞脱现象,并保证所设计的凸轮型线具有一定的丰满系数。为了研究新设计的凸轮型线对发动机性能的影响,利用前面所建立的发动机模型,输入新设计的凸轮型线进行发动机工作过程仿真,仿真结果表明新设计的凸轮型线有助于改善发动机中等转速区域的经济性和动力性。 4.基于DME发动机,研究了DME中添加不同比例不同种类的生物柴油对发动机性能及排放的影响。研究结果表明,随着DME中生物柴油添加比例的增大,