基于GTPower的天然气发动机动力性能恢复研究

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1、第2期(总第199期)车用发动机No．2(SerialNo．199)2012年4月VEHICLEENGINEApr．2012基于GT—Power的天然气发动机动力性能恢复研究孙晓娜，张红光，杨凯(1．北京工业大学环境与能源工程学院，北京100124；2．承德石油高等专科学校，河北承德067000)摘要：利用GT—Power软件建立了4缸火花点火天然气发动机的一维仿真模型，并与试验结果进行了对比，仿真与试验结果一致性较好，证明了模型的准确性。在此基础上为天然气发动机匹配了涡轮增压及中冷系统，计算结果显示，增压后天然气发动机的动力性能明显提高，最大功率和扭矩较

2、原汽油机分别提高了23和9，中低转速的有效燃气消耗率明显下降。进行了点火提前角的优化计算，得出了节气门全开条件下的MBT角一转速一空燃比三维MAP图。关键词：天然气发动机；动力性能；涡轮增压；点火提前角；匹配中图分类号：TK432文献标志码：B文章编号：1001—2222(2012)02—0046—05随着石油资源的大量消耗和环境污染的加剧，性能。新能源的开发和利用愈加受到重视，而发展新能源1天然气发动机模型的建立及校核汽车成为哥本哈根联合国气候变化大会之后汽车工业发展的必然趋势。天然气以其资源丰富、价格便1．1模型的建立宜、燃烧完全、排放优良等诸多优点成

3、为替代石油燃本研究所采用的天然气发动机由汽油机改装而料的绿色燃料之一。天然气(CNG)发动机自20世成，原机为四行程、直列4缸、水冷、顶置凸轮轴、闭纪9O年代后受到各国政府的重视，许多大中城市都环多点燃油喷射发动机，主要参数见表1。在原机把发展天然气公交车作为治理大气污染的重要举措的基础上加装了1套完整的天然气供给系统并开发之一。以天然气作为替代燃料的清洁环保型公交车了电控单元。改装后的天然气发动机为节气门后单点喷射，采用2个天然气喷射阀在节气门后以已在北京、成都、重庆等城市广泛应用，大大减轻了0．25MPa恒压交替喷射。燃料喷射量和点火时刻城市的环境污染

4、]。天然气作为替代燃料已广泛应均在线可调，以便精确控制混合气的空燃比和实现用于中国的运输部门，与传统的汽油和柴油发动机最佳点火。相比具有更低的温室气体排放，在一定时期和地区范围内将会减少对石油燃料的依赖_2]。但是由于天表1原汽油机主要技术参数然气为气体燃料，它的体积在进气过程中占有较大排量／L1．012最大功率／kw39的比例，导致进入气缸的空气量减少，充气系数降压缩比8．8：1最大功率转速／r·min5300低，造成发动机动力性能下降口]。缸径／mm65．5最大扭矩／N·m78废气涡轮增压技术是提高发动机充量系数的有行程／mm74效途径之一。天然气的辛

5、烷值达到130，具有良好首先，根据该发动机的实际结构及主要技术参的抗爆性，因此，合理的压缩比配合合理的增压压数，利用GT—Power软件建立了自然吸气天然气发力，采用稀薄燃烧技术，既可以有效地增加进气充动机的一维仿真模型。模型主要由进气系统、气缸、量，提高发动机热效率，在一定程度上恢复发动机的排气系统和曲轴驱动装置组成。建模过程中，边界动力性能，又能降低热负荷，有效抑制爆燃的发生。条件按照试验过程中测量的结果进行设置，进气道本研究利用GT—Power软件对CNG发动机的工作在不同气门升程处的流量系数及涡流强度采用稳流过程进行了仿真研究，为其进行了废气涡轮增

6、压器气道试验台的测量值，测量结果见表2。在气缸模的匹配，在一定程度上恢复天然气发动机的动力型中主要包括气缸的燃烧室结构，对燃烧室的点云收稿日期：2011-10—12；修回日期：2012-03—19基金项目：北京工业大学第九届研究生科技基金(ykj一2011-4873)作者简介：孙晓娜(1978一)，女，硕士研究生，主要研究方向为内燃机数值模拟；sbrsxn@126．com。2012年4月孙晓娜，等：基于GT—Power的天然气发动机动力性能恢复研究进行了三维逆向造型，以对火焰的几何结构进行准确的定义。传热模型采用Woschni模型。表2进气道流量系数与涡流

7、强度L／mmCDNRL／mmCDNR10．000．0O50．44O．3820．180．3460．480．3930．280．3270．490．4440．370．3680．500．48图3缸内气体压力仿真值与试验值对比1．2模型的校核为了保证模型能真实反映发动机的实际工作情2天然气发动机与原汽油机性能对比分析况并有效预测发动机的性能，对多个工况下模型的在建立了正确的天然气发动机仿真模型的基础仿真结果与试验结果进行了对比。图1示出了按照上，对天然气发动机的外特性进行了仿真计算。为试验条件进行的外特性下天然气发动机输出功率的了便于与燃用汽油时发动机的经济性进行比较

8、，根仿真值与试验值的对比。由图1可知，仿真值与试据有效燃油消耗率以