基于高压缩比的降低天然气发动机气耗研究.pdf

3 0 内燃机与配件2 0 1 4 年第7 期 早 3 3 砷 8产品分析 r 7 a 7 a r 7 0 f j f j f f 叫 基于高压缩比的降低天然气发动机气耗研究 R e s e a r cht h eR e d u ct i蚰f 打G a sC o I 塔岫p t i仰o fN a t u r a l G 嬲E n g in eB a s e do nH ig hC o m p r e s s io nl h t io 张帆1张孔明1刘敬平2 金则兵1 北京绿能高科天然气应用技术研究院有限公司湖南大学 摘要 针对目前气体发动机气耗偏高 经济性差的现状 本文基于一台1 0 L 采用混合进 气的L N G 发动机研究了高压缩比下发动机气耗 研究结果表明 通过G T P 0 w E R 仿真分析 提高压缩比可以在整机的全部常用工况内实现降低气耗 关键词 G T P O w E RL N G 发动机高压缩比气耗 A b s t r a ct C o n t r a r yt os t a t u so ft h eh ig hg a sco n s u m p t io na n dp o o re co n o m ic f o rt h eg a se n g in e t h is p a p e rr e s e a r cht h eg a sco n s u m p t io no fe n g in eint h eo fh ig hco m p r e s s io nr a t iob a s e do n1 0 LL N Ge n g in e u s in gm ix e din t a k e T h er e s e a r chr e s u l t ss h o wt h a t t h m u g hG T P O W r E R s im u l a t io na n a l y s is B yin cr e a s in gt h eco m p r e s s io nr a t io a ch ie v in gt h ep u r p o s eo fl o w e rg a sco n s u m p t io nint h em n g eo fco m m o n l y u s e do p e r a t in gco n d it io n s K e yw o r d s G T P O W E R L N Ge n g in e H ig hco m p r e s s io nr a t io G a sco n s u m p t io n 随着国民经济的飞速发展 汽车保有量不断增 加 汽油和柴油日渐短缺 因此 寻求替代燃料和 改变燃料的结构日趋必要 由于这两个原因 天然 气越来越多的作为了新的燃料并开始投入了实际的 应用中 其主要目的有两个 一方面可以降低汽车 排放 减少废气污染 另一方面由于天然气更加的 便宜 降低成本 1 但是 发动机是一种复杂和 系统的机器 并不是简单的在其上面改用天然气就 能得到好的性能和低的排放 必须对天然气特性和 燃烧特性进行研究 同时 对发动机燃烧系统零部 件结构 供气系统 排放系统 点火系统及性能参 数优化等深入研究 但目前这些方面 车用L N G 发动机远没有到达汽油机和柴油机的研究水平 如 普遍存在动力性差 尤其表现为低速工况下 气 耗偏高 1 3 L 天然气相当于1 L 柴油 瞬时响应 性差及局部热负荷过高等问题 如何在传统的 L N G 发动机上 通过提高压缩比的来降低L N G 发 动机气耗是本文的主要研究目的 1 高压缩比 要说明一台发动机的技术参数 可以概略地用 功率与扭矩的大小来标示出来 然而影响功率 扭 矩输出的因素却很多 其中一个重要因素就是发动 机的压缩比 直接影响到发动机的动力性 燃油经 济性和排放等特性旧 3 5 1 现在的车辆都在标示着 它有一个高压缩比的发动机 同时也明显的显示它 是一部高性能的车子 能满足全方位性能需要 o 但是事实证明不是如此 目前绝大部分发动机主机 厂生产的气体发动机压缩比偏低 如表1 所示 表1不同机型的发动机压缩比 机型排量L额定功率k w最大扭矩N 压缩比 重汽W 1 6 1 5 1 01 7 09 5 01 l l 玉柴Y C 6 9 0 N 一3 01 02 1 41 2 2 01 1 5 1 潍柴w P l 0 N G 3 0 0 E 4 0 1 0 2 2 l1 2 3 01 2 l 其他条件不变的情况下 增大压缩比会提高发 动机的动力性 改善热效率 从而改善发动机的燃 油经济性 2 基于G T P O W E R 仿真分析 2 1 仿真对象参数 建立了1 0 LL N G 发动机的G T P 0 w E R 仿真 张帆张孔明刘敬平金则兵 基于高压缩比的降低天然气发动机气耗研究 3 1 模型 基本参数如表2 所示 表2 1 0 LL N G 发动机参数 缸径 m m 1 2 6 行程 m m 1 3 0 压缩比 1 1 1 气缸容积 L 9 7 2 6 进气方式增压中冷 2 3 边界条件设定 燃烧模型采用了双区v ib e 模型 参数如表3 所示 由于缺乏相关试验数据 在不同压缩比下保 持v ib e 模型参数不变 表3 双区v ib e 模型的参数设置 发动机转速 r m in 着火始点 d e g 燃烧持续期 d e g 形状系数 2 2 0 0 5 04 2 42 2 0 1 9 0 0 4 74 1 82 3 0 1 6 0 0 3 84 1 2 2 3 6 1 4 0 0一1 84 0 82 3 8 1 2 0 01 64 0 62 3 9 1 0 0 5 0 4 0 02 4 0 8 0 08 43 9 62 4 1 图1 和表4 所示为1 0 LL N G 发动机在压缩比为 1 l 1 下试验标定气耗和仿真结果对比 有此可 见 仿真与试验结果总体趋势较为一致 具有一定 可信度 1 r S I m u I a t l o n E m r l m e r 让 图1 仿真和标定结果对比 表4 油耗标定结果 发动机转速仿真试验误差 L m l n g k w h k w h g k W 2 2 0 01 9 1 1 52 0 2 1 7 5 4 1 9 0 01 8 8 4 71 9 5 5 8 3 6 1 6 0 01 8 4 7 01 9 2 2 3 3 9 1 4 0 01 8 5 8 91 9 4 4 3 4 4 1 2 0 01 9 1 1 41 9 7 2 3 3 1 1 0 0 02 0 6 6 22 0 7 1 6一O 3 8 0 02 2 5 7 02 1 4 9 35 O 3 仿真及结果分析 保持其他边界 初始条件不变 分别将发动机 压缩比设为9 1 0 1 1 1 2 1 3 每个压缩比计算 7 个满负荷工况 发动机转速分别为2 2 0 0 r m in 1 9 0 0r m in 1 6 0 0r m in 1 4 0 0r m in 1 2 0 0r m in 1 0 0 0r m in 8 0 0 r m in 与试验工况保持一致 仿真结果如图2 和表5 所示 2 4 0 2 3 0 22 2 0 l 专2 1o 箩2 o o 甥19 0 1 8 0 7 0 图2 压缩比对油耗仿真 表5 不同压缩比气耗对比 发动机转速压缩比为9压缩比为1 0压缩比为1 l压缩比为1 2压缩比为1 3 r m in g k w h k w h g k W h k w h g k W h 8 0 02 3 2 0 72 2 73 82 2 4 7 02 2 l2 72 1 8 9 9 1 0 0 02 1 3 5 12 0 90 82 0 55 72 0 2 7 62 0 0 4 6 1 2 0 0 1 9 8 2 11 9 38 71 9 0 4 31 8 76 6 l8 5 3 7 1 4 0 01 9 3 4 51 8 89 21 8 53 21 8 24 01 7 9 9 8 1 6 0 01 9 28 31 8 80 41 8 42 21 8 l0 61 7 85 2 1 9 0 01 9 75 31 9 22 41 8 79 2 1 8 4 4 4 1 8 15 4 2 2 0 02 0 0 9 91 9 55 21 9 06 21 8 6 9 31 8 36 3 仿真结果表明 随着发动机压缩比的提升 发 动机气耗不断降低 其中 中 高转速工况区域的 改善更为显著 4 结束语 1 通过G T P O w E R 模拟仿真 在保持其 他参数不变的前提下 随着发动机压缩比的逐渐提 升 发动机气耗不断降低 天然气发动机燃油经济 性得到改善 特别是中 高转速工况区域更为显著 2 提高发动机的压缩比的方式有很多种 如提纯天然气甲烷成分 优化设计活塞结构 优化 点火提前角及优化燃烧室结构等方式 这将是下一 步研究的重点 参考文献 1 孙济美 天然气和液化石油气汽车 M 北京 北 京理工大学 2 0 0 1 1 5 l 1 6 8 2 李德刚 黄震 乔信起 罗马吉等 压缩比 c0 2 和 L P G 对二甲醚燃料均质压燃燃烧的影响 J 燃烧科 学与技术 2 0 0 5 1 l 卷 0 4 期 3 4 5 3 4 9 3 吴岳伟 天然气发动机压缩比 点火时刻及配气相位 优化研究 D 重庆 重庆交通大学 2 0 1 1 2 7 3 2 4 B o g g sD H il b e r tH S ch e ch t e rM T h e