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新能源汽车
天然气发动机空燃比和点火提前角模拟优化研究
张海涛(中交第一公路工程局有限公司,北京100040
摘要为了提高天然气一汽油两用燃料发动机燃用天然气时的动力性,利用先进的发动机性能仿真
软件 AVL BOOST对于样机全负荷时中高转速范围内的部分工况点进行空燃比和点火提前角的模拟优化计算;
确定了与之对应的最佳空燃比和点火提前角。在不改变发动机结构参数的情况下,通过优化空燃比和点火提前
角可以实现在不降低经济性的前提下,提高天然气ー汽油两用燃料发动机燃用天然气时的动力性
Abstract) In order to improve the CNG/gasoline dual fuel engine's dynamical characteristic
by using the advanced engine " s performance simulation software-avl BOOST,, the CNG engines air
fuel ratio ignition advance angle are simulated and optimized for some work conditions when worked
in full load and medium to high speed. By simulating and optimizing, the engine s optimal air-fuel ra-
tio &ignition advance angle are obtained. The results show that, under the precondition that the en
gine 's structural parameters not changed, by optimizing the engines air-fuel ratio &ignition advance
angle, the desired goal that the CNG/gasoline dual fuel engine s dynamical characteristic is improved
meanwhile the fuel economy not decreased
【关键词】天然气发动机汽车空燃比点火提前角
doi:10.3969/jjsn.10074554.2012.07.06
上天然气和空气的混合气热值比汽油和空气的混
合气热值低,气体燃料的气缸容积效率比液体燃料
低,以上因素导致了汽车燃用天然气时,发动机动力
随着世界范围内汽车保有量的不断增加,由
性下降。因此,恢复天然气发动机的动力性是研究
的重点。目前在不改变发动机结构参数的情况下
此造成的石油资源短缺和环境污染问题越来越严
为恢复天然气发动机的动力性可以采取的有效揹
峻。为汽车寻找代用燃料,促进多元化的汽车能
施是利用电控喷气技术和电控点火系统来精确控
源结构已成为世界各国努力的方向。
制空燃比和点火提前角,为发动机不同工况提供最
由于目前加气站分布不够广泛,为了满足汽车
佳的空燃比和点火提前角,使发动机的动力性得到
的续驶里程,现在的天然气汽车大部分是由原来的
定程度的提高。
汽油车或柴油车改装的天然气一汽油双用燃料或
本文针对天然气汽车动力不足的缺点,利用所
天然气柴油双燃料汽车。经改装的两用燃料或建立的仿真模型为该发动机的全负荷、中高转速范
双燃料汽车,为兼顾燃油和燃气两种条件,对原发动围内的部分工况点进行了空燃比和点火提前角的
机的燃烧室和进气道等结构参数均未改动。这样模拟优化计算,确定了与之对应的最佳空燃比和点
由于燃料供给方式的变化和匹配的不合理性,再加火提前角。该优化结果可构成相应工况的空燃比
收稿日期:2011-10-24
上海汽车2012.07
和点火提前角的脉谱图,作为电控系统的控制参数。
表2发动机空气滤清器主要参数
项目
数值
2.43
1样机型式及参数
总容积/L
人口容积/L
0.56
出口容积/L
0.72
本文以某天然气一汽油两用燃料发动机为研
空气流量/(m3/s
目标压损/Pa
365
究对象,为建立发动机模型,通过测绘及台架试验
获取了发动机总成及相关零部件的主要结构及性
表3袋动机缸盖主要结构参数
能参数,如表1~4所示。
?气门数
四气门(两进两排)
进气门盘部直径/mm
29
表1样机型式、主要参数表
排气『]盘部直径/mm
进气道直径/mm
型式、参数
①31.5
型式
直列四缸、四冲程
排气道直径/mm
径/mm
74
75.5
表4发动机三元催化转换器主要参数
总排量/L
1.301
值
压缩比
9,5:1
总容积/L
2.67
发火次序
1-3.4-2
入口容积/L
0.64
出口容积/L
0.64
空气流量/(m3/s)
0.1
2发动机模型的建立
目标压损/Pa
22000
关边界条件,在发动机性能仿真软件 AVL BOOST
根据以上获取的发动机主要参数及确定的相中建立发动机模型如图1所示。
SB2
PL3
MPS
R2
14
MPI
MP4
13
14
SRI)
15
16
R6
R8
13
SBI-SB2-系统边界;1-32ー气体管路;PI1,2-稳压箱;CLI-空气滤清器;J1l-J3-管路连接元件;R1-R12
节流元件;R3-节气门;I-14-喷气嘴;CI-C4-气缸;CAT]-催化转换器;RPI3-消声器
注:MP1-MP8-一测点(在模型中布置测点目的是了解测点处的压力、温度、流量等情况)。
图1发动机模型
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23?