天然气发动机爆震检测及控制方法研究

天然气发动机爆震问题严重影响发动机的稳定性和安全性。爆震控制是天然气发动机控制系统的核心模块,相比柴油机控制系统,可参考经验非常少。相关的仿真结果显示高精度爆震控制能有效提升整机热效率;而天然气自主控制系统开发中缺乏爆震控制模块的技术,且后期台架性能试验中不具备自主标定爆震控制的能力,寻求供应商标定服务技术支持费用昂贵。综合种种因素,天然气发动机爆震控制技术研究显得非常有必要。对比分析了不同爆震信号的检测方式,爆震信号的处理、判断以及爆震控制的逻辑,简要阐述了爆震标定的流程。

某预燃室天然气发动机性能开发试验研究

为了实现发动机在稀薄燃烧状态下的稳定运行,在某一台预燃室天然气发动机上进行了性能开发试验,对于影响发动机运行状态的主要技术参数进行了范围性对比试验,并确定了最佳的主要技术参数配置。此天然气发动机采用进气道多点喷射、预燃燃气电喷控制等技术,使发动机各项指标均达到国际先进水平,具有先进的排放指标,并采用高效涡轮增压、高效两级中冷,合理地设计活塞和燃烧室,以控制发动机的排放,使排放达到现阶段IMO指标。

AVL Excite-Timing Drive软件在齿轮传动系统开发中的应用

针对某款新开发的柴油机进行分析,利用AVL Excite-Timing Drive软件建立齿轮传动系统(简称齿轮系)的多体动力学模型,并耦合配气机构多阀系进行仿真计算,分析在传动过程中各齿轮啮合的平稳性,并依据齿轮的敲击次数和敲击能量对油泵等零部件进行选型。同时根据齿轮在径向平面上的位移,得到齿轮的轴心轨迹,依据轴心轨迹给出了齿轮的油道布置建议。

火花点火式沼气发动机高效燃烧的研究

国内对火花点火式沼气发动机的研究甚少，生产的沼气发动机在运行中出现热负荷高、可靠性与经济性差的问题．本文从分析沼气燃烧特点出发，提出了改善火花点火式沼气发动机性能的快速燃烧方法，并开发出具有风扇形燃烧室的新型快速燃烧系统。

2190T天然气发动机进气和燃烧系统的改进研究

介绍了通过改进进气系统和燃烧系统，提高２１９０Ｔ天然气发动机性能的研究结果。为了解决２１９０Ｔ天然气发动机两缸工作不均匀的问题，研究成功了稳压进气管，从而有效地消除了两缸空燃比和排气温度差异过大的缺陷。为提高整机性能，解决２１９０Ｔ天然气发动机燃烧速度低，后燃严重和排气温度过高等问题，研究成功了新型两级点火燃烧系统，大大提高了燃烧速度，从而显著地改善了发动机的动力性、燃料经济性和排放指标。新型两级点火燃烧系统，结构简单，工作可靠，维修方便，便于推广应用。

一类大功率气体燃料发动机电控喷射装置的设计

针对大功率气体燃料发动机扫气不充分、空燃比控制精度低和响应慢等问题,提出了一种应用动圈式电磁直线执行器和菌型阀结构的气体燃料电控喷射装置,实现气体燃料的多点顺序间歇喷射以改善发动机的性能。讨论了设计方案和主要设计参数的确定原则,完成了设计并研制了样件。开发了电控喷射装置控制器,并对样件进行了性能测试。试验表明,电控喷射装置的技术方案可以满足发动机的大流量、高响应等要求。

气体燃料喷射装置的稳态流动特性研究

为了揭示气体燃料喷射装置的喷射规律,建立两种采用不同方式开启菌形阀的喷射装置仿真模型和两种采用不同密封方式的流闭型喷射装置仿真模型,通过Fluent软件进行三维稳态计算,从出流速度分布、滞止压力损失、菌形阀受到的侧向力以及背压力等方面对比分析稳态流动特性;使用有效喷射压力概念,实现对气体燃料喷射装置喷射效率的评价。研究结果表明,在一定压差条件下,流闭型喷射装置的出口稳定流速高于流开型喷射装置的出口稳定流速,流闭型喷射装置的喷射效率达56.0%,而流开型喷射效率仅有50.3%,流闭型气体燃料喷射装置稳态流动特性优于流开型喷射装置的稳态流动特性;采用平面密封方式的流闭型喷射装置喷射效率为55.2%。

甲烷/乙烷-空气预混层流燃烧特性试验和数值模拟研究

利用高速纹影摄像法在定容燃烧弹内研究了不同初始压力、初始温度、当量比和甲烷含量条件下甲烷/乙烷-空气预混层流燃烧特性,得到了马克斯坦常数和层流火焰燃烧速率等数据,并进行了化学特性分析。研究结果表明:层流火焰燃烧速率随初始压力的增加而减小,随着初始温度的增加而增加,最大值在当量比约为1.1取得,甲烷含量增加层流火焰速率略微减小;马克斯坦常数随初始压力的增加而减小,随着当量比的增加而增加;数值模拟得到的一维自由传播火焰的层流火焰速率与试验结果吻合良好。

褐煤水煤浆气化分析

褐煤水煤浆气化是一种高效褐煤加工技术,用途广泛,尤其在制氢、制甲醇、合成氨领域优势明显,市场前景广阔。而水煤浆浓度对气化效率及系统总成本有着显著影响,水煤浆浓度越高,气化效率越高,系统总成本大大降低,如何制得高浓度水煤浆成为当前研究的重点。

进气温度对正庚烷HCCI燃烧特性影响研究

在一台燃烧边界条件可控的快速压缩机上对均质压燃燃烧方式(HCCI)下进气温度对燃烧特性的影响进行了研究。以正庚烷燃料为研究对象,在不同的进气温度条件下,通过对燃烧始点、燃烧持续期、燃烧放热率等参数的分析,得出了进气温度对HCCI燃烧特性的影响规律。试验结果表明:随着进气温度的升高,燃烧始点提前,燃烧持续期缩短,最高燃烧温度升高,放热率最大值增加。

预混式燃气机混合燃气流量估计技术改进

主流预混式燃气发动机空燃比控制依赖混合燃气流量估计。为克服既有估计技术弊端,参考控制阀流量基本模型,将估计位置前移至节气门处,使混合燃气流量估计值更加准确、及时地反映转速或负荷调节需要。分析节气门工作条件和流经介质,依据控制阀标准定义简明的广义系数,并提出变量优选和数据拟合的广义系数标定方法,完善节气门混合燃气流量估计模型应用模式。通过预混式燃气发动机实测数据分析计算,验证节气门流量模型估计精度。通过在转速波动期间两种模型估计的混合燃气流量对比表明,节气门流量模型估计值与节气门开度是同步变化的,并超前于进气门均值模型估计值。

喷射持续期对大功率气体机影响规律分析

研究了大功率气体机采用进气道多点顺序喷射方式时,喷射持续期对缸内混合气形成及燃烧性能的影响规律。通过数值解析的方法研究了采用单管结构及双管结构进气对混合气形成过程的影响,在此基础上确定了采用双管结构喷射燃气。在发动机标定工况,保证其它条件一致的条件下,通过数值解析及燃烧测试分析的方法对比了5种不同喷射持续期对缸内混合气形成及循环变动率的影响规律。这5种喷射持续期的喷射起始时刻均为进气上止点后40°,此时排气门接近全关,不存在燃气直接进入排气管的情况;另外活塞运动速度快,进气具有较强的扰动能量,有助于促进燃气与空气的混合。数值解析及实验测试结果表明,对于研究用发动机在实验工况下,当喷射持续期从5 ms增加到10 ms时,由于能够充分利用进气扰动的能量改善混合气的形成,有效降低了循环变动率;随着喷射持续期的继续增加,当喷射持续期为12 ms或15 ms时,后期喷射的燃气由于此时进气流速降低无法进入缸内,部分燃气滞留进气道,减少了可燃混合气的燃气,形成的混合气偏稀,反而不利于缸内燃烧过程的进行。

基于Fluent的LNG船舶天然气焚烧装置数值模拟

基于Fluent计算软件,对某型天然气焚烧装置(gascombustion unit,GCU)进行数值模拟研究,分别在最高工况和最低工况下,以100%、70%、30%等3种CH4体积分数进行仿真模拟,对燃烧后温度场、速度场和CH4体积分数分布进行数值模拟。模拟结果表明:在最大工况下,随着蒸发气(boil of gas,BOG)中可燃物组分的降低,排气温度降低,高温区段变短,CH4扩散区域变小,火焰长度变短,宽度无明显变化;在最小工况下,火焰不再聚拢成型,随着BOG中可燃物组分的降低,排气温度降低,高温区域无明显变化。

一种大功率发动机气体燃料电控喷射装置的流量特性研究

为了揭示大功率发动机气体燃料电控喷射装置的流量特性,建立气体燃料喷射量和气门总开启时间的关系。该文建立了气体燃料喷射装置的流动数值模拟计算模型,计算了稳态和非稳态下的流量特性并进行了实验验证。研究结果表明,气门最大升程、阀盘直径、压差以及气门开启时间等主要设计及控制参数对喷射装置的流量特性影响较大,分析了不同参数对流量特性的影响规律,为气体燃料电控喷射装置的工程应用打下了良好的基础。

喷射装置导管对大缸径气体燃料发动机缸内混合效果的影响

在喷射装置出口加装导管,将燃气分别导向大缸径多点电喷气体燃料发动机的螺旋进气道和切向进气道,建立了联合喷射装置内部流动区域的发动机瞬态CFD计算模型,分析了导管位置对缸内掺混过程的影响。研究结果表明:对于该切向气道、螺旋气道的组合进气道,进气冲程在缸内靠近缸盖截面上产生了干涉涡流,对于螺旋气道喷射方案,燃气向气缸中心靠近,压缩末了时刻燃气集中在缸盖附近;而对于切向气道喷射方案,燃气冲向活塞顶,压缩末了时刻燃气集中在活塞顶附近。点火时刻的混合效果从优到劣依次为螺旋气道喷射方案、无导管喷射方案、切向气道喷射方案。

电控燃料喷射大功率气体发动机的试验研究

针对大功率气体发动机的进气管回火和扫气过程燃料流失等问题,建立一种气体燃料电控喷射装置,进而实现大功率气体发动机的燃料多点顺序间歇供给。搭建发动机试验平台进行发动机启动、怠速稳定性、各缸均匀性调整以及增减负荷的试验。结果表明,气体燃料电控喷射装置可以有效地实现燃气量的实时独立调节,发动机运行平稳,验证了技术的可行性。通过应用气体燃料电控喷射装置,增大发动机扫气重叠角和提高压缩比,可进一步改善发动机性能。

天然气发动机供气系统的开发研究

为利用分层进气实现天然气压缩燃烧,设计开发了由高、低压气路组成的供气系统:缸内高压供气的关键是实现输出压力稳定(0-12MPa)并呈线性输出;进气道低压供气(0-0.4MPa)要求燃料混合均匀减小浓度分层,为此对高压气路中的高压减压器和高压喷射阀进行改型设计,标定试验表明天然气输出压力稳定,基本呈线性输出,简化了控制环节;对低压气路的喷流形成过程进行可视化研究,为确定喷射参数提供了理论依据。整套供气系统实现了天然气供给压力、定时、数量的柔性控制,为进一步研究天然气压燃机理提供了便利条件。

天然气掺氢发动机试验用混合气配比系统研制

为满足天然气掺氢发动机试验要求,开发应用于发动机台架试验的定掺氢比混合气配制系统。首先对定压配比系统结构组成及误差进行了分析,提出了适合天然气掺氢发动机试验用的在线混合系统,并对其组成、掺氢比控制方法及系统误差进行了分析,证明该系统能够满足发动机掺氢比试验要求。

385高压共轨柴油机连杆的有限元分析与优化

对385高压共轨柴油机的连杆进行了三维有限元分析,得到连杆的应力分布、应变和安全系数的情况,并对其进行结构优化。结果表明:在最大压缩工况时,最大应力点出现在连杆小头与杆身过渡处的凹槽内侧,最大应力值为253.98MPa,最大应变值为0.001 21,连杆的强度安全系数为3.15;在最大拉伸工况时,最大应力点出现在连杆小头内表面,最大应力值为89.41MPa,最大应变值为0.000 423 8。根据计算结果对连杆结构进行了优化,并得到了最优设计方案,优化后的连杆体积减少了3.4%,且连杆的强度符合要求。

双燃料发动机性能与排放的试验研究

研究了双燃料发动机与原柴油机动力性、经济性、排放性的不同及供油提前角对双燃料发动机性能的影响。台架试验结果表明,双燃料发动机没有出现排温升高和功率损失现象;常用的中等功率天然气掺烧率达75%左右;NO排放比原机降低,在中、大功率时双燃料发动机的烟度排放比原机有大幅度下降,相当于原机的20%左右。