2023年全國碩士研究生考試考研英語一試題真題(含答案詳解+作文范文)_第1頁
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文檔簡介

1、小型工業機車上天然氣發動機小型工業機車上天然氣發動機和柴油機的對比和柴油機的對比摘要摘要本文論述了將VMMoti公司生產的排量為2.8L的四缸渦輪增壓柴油機改造為以壓縮天然氣為燃料的發動機的過程。改造的主要目標是保證發動機最佳動力性能,將工程成本降至最低。試驗和一維循環模擬促進了這種新型發動機的發展。第一個發動機模型已經建成并在動態試驗臺架上進行了精密的測試。發動機的仿真模擬作為一種優化工具得到應用,而以上的測試數據證實了發動機仿真模擬

2、的可靠性,并指明發動機進一步發展的方向。引言引言一些工業機車(如道路清掃車、叉車等)是由配備了機械燃油噴射系統的小排量的渦輪增壓直噴柴油機提供動力的。這些柴油機在減小自身總體積,保持較低燃油消耗率的情況下,轉速在25003000(轉分鐘)時一般能提供最大為4070kw的制動功率。然而,現在的技術很難使這種類型的柴油機達到未來尾氣排放的要求,將要用到的高壓燃油噴射系統、冷卻EGR技術、催化劑、微粒捕捉器等又會使發動機的生產成本增加。因此,

3、天然氣作為柴油替代品的研究成了令人矚目方向,這種替代品可以限制發動機的生產成本。與傳統的柴油機相比,壓縮天然氣發動機的最大優勢是污染物的低排放。由于混合氣中合理的碳氫比例及主要燃燒產物(CO2和H2O)的后處理,排放物中幾乎沒有微粒,含有少量NOx。CO2的排放也得到降低。所以,如果不考慮未燃HC中甲烷的存在,潛在的溫室氣體可以降低到25%。然而,測得甲烷的全球儲量要比石油豐富的多。將一臺柴油機改造成天然氣發動機所必需的條件可以總結如下

4、:?配備與柴油機不同的燃油計量系統;?增加點火系統;?增加一個三元催化轉換器和一個空燃比控制系統(有ECU和氧傳感器的閉環電路);?降低壓縮比。最新的文獻資料指出有必要為天然氣發動機設計一種新型的燃燒室。無需對氣缸蓋(一般較平)做改動,只在活塞頂上設置一個淺盤式凹坑并增加氣流擠壓高度可以使對燃燒室的改動達到最小并且能獲得理想的壓縮比。這種方案的缺點是燃燒室不夠緊湊,即體面比比較大。另外,如果不對進氣口進行改造,像稀薄燃燒等一些先進的燃燒

5、技術將不能在這種發動機上得到應用?;钊闹亓恳话銜p輕,因此曲軸不再平衡,所以要對發動機底部部件的設計進行修改。當發動機的轉速提高,例如從3000(轉分鐘)提高到4500(轉分鐘)時,這種修改有著特別重要的意義。在此次對發動機的改造中,氣門機構的配件也需要改進。如今,增壓柴油機得到普遍的應用,因此,我們可以選擇使用自然吸氣式柴油機或者渦輪增壓式柴油機。在一份最新的報告中Umierski和Hchtebrok證實了排量為1.9L的四缸渦輪增

6、壓直噴式高速柴油機在保留原來的可變噴嘴增壓器的基礎上可以改造成壓縮天然氣發動機。改造后的發動機可以達到與高速直噴發動機同樣大的轉矩和燃油消耗率,卻有著較低的NOx和CO2的排放。這得益于采用了快速燃燒技術:改進燃燒室和進氣口形狀以加強氣流擾動,再加上高壓縮比(14.5)和高的進氣壓力,使得燃燒較稀的混合氣(相對空燃比為1.351.65)成為可能。本文作者已經在VM實驗室對一臺排量為2.8L的渦輪增壓的四缸直噴柴油機做過一些實驗。此類型柴

7、油機的特性將在下面的章節中進行介紹。使用原來的渦輪增壓器,保持進氣口幾何形狀不變,為柴油機加入壓縮天然氣,無論如何調節進氣壓力和點火提前角,發動機均出現點火失敗等問題,當相對空燃比低于1.3時還會出現敲缸現象。文獻【8】中的幾種結論的矛盾基本上源于以下兩個問題:氣缸孔太大;進氣口形狀對于稀薄燃燒沒有得到優化。因此,發動機只能以合適的化學計量比的混合物為燃料,并使增壓大幅降低。在這樣的條件下,相比傳統柴油機,排氣件是研發新一代發動機[13

8、]—[17]的標準成型工具。由GammaTechnologies(WestmontIL)編寫的軟件GTPower[18]已經得到應用。顯然,在模擬的結果用于設計之前數值模型的可靠性要經過評估。轉矩(D)轉矩(CNG)燃油消耗率(D)燃油消耗率(CNG)功率(D)功率(CNG)發動機轉速[rpm]圖示1:柴油機(用D表示)和壓縮天然氣發動機(用CNG表示)的實驗對比理論值試驗值發動機轉速[rpm]發動機轉速[rpm]制動燃油消耗率[kgk

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