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原文传递一种大功率气体燃料发动机电控喷射装置的研究

论文题名：	一种大功率气体燃料发动机电控喷射装置的研究
关键词：	气体燃料发动机;电控喷射装置;多点间歇供气方式;节能减排;环境保护;电磁直线执行器
摘要：	气体燃料发动机有着有害污染物和二氧化碳排放量相对少的优势，不仅在高效清洁利用能源，而且在有效利用工业可燃废气等方面均可以发挥重要作用，节能减排与环境保护推动着气体燃料发动机的技术进步与广泛应用。　　气体燃料电控喷射装置的应用，可实现多点顺序间歇供气方式在发动机各缸进气道前顺序间歇（一般在进气过程中）供入气体燃料，可以有效解决发动机进气道及进气管内回火、扫气阶段气体燃料流失等问题，改善发动机性能，适用于各类气体燃料，所需气体燃料的压力较低，特别适用于需要大流量、低压力的供气场合。为了实现在气体燃料发动机经济性、动力性及排放指标等方面达到国外先进水平，同时对各类不同成份、热值的可燃气体具有良好适应性的目标，必须深入研究作为关键技术的气体燃料电控喷射装置。论文提出了一类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，并通过理论分析、仿真计算以及与试验研究相结合的方法对其结构设计、流量特性、控制技术等进行了深入系统地研究，为其工程化应用以及大功率气体燃料发动机性能提升打下了良好的基础。　　论文的主要工作和研究成果包括以下几个方面: 　　 (1)分析了气体燃料电控喷射装置的国内外研究现状，提出了一类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，对喷射装置的结构、主要设计参数和控制器设计等进行了深入研究，最终研制出了气体燃料电控喷射装置样件并进行了试验验证。测试结果表明，喷射装置的过渡时间为5ms，最大气门升程可达4mm，工作稳定可靠，满足大功率气体燃料发动机对喷射装置的大流量、高响应等要求。　　 (2)建立了气体燃料喷射装置的流动数值模拟计算模型，分析了稳态和非稳态工况下的流量特性并进行了试验验证。明确了电控喷射装置的流量特性随着气门升程、气门外径、压差以及气门开启时间等主要设计及控制参数变化的规律，建立了可直接用于气体燃料喷射量调节控制的气体燃料喷射量和气门总开启时间的映射关系，为气体燃料电控喷射装置在发动机上的应用打下了良好的基础。　　 (3)确定了气体燃料喷射装置在发动机上的布置方案，并讨论了应用喷射装置后发动机性能改进的技术途径。设计了发动机整机控制器，提出了以发动机转速为目标的闭环控制以及模拟信号输入端口和PWM控制信号输出端口多路复用的技术方案。进一步针对应用电控喷射装置的发动机性能改善的技术途径进行了分析，并提出了发动机改进设计方案，分析了控制器综合设计应实现的功能，对发动机空燃比进行闭环控制，并给出了改进的发动机控制器方案。　　 (4)建立了气体燃料发动机应用电控喷射装置后的非稳态CFD计算模型，并在此基础上研究了喷射装置不同的控制参数和安装参数对气体燃料进气和混合气形成过程的影响。分析比较了不同的喷射装置安装位置下气体燃料进气过程的变化情况，并明确了喷射装置靠近燃烧室后对提高气体燃料进气充分程度的优势。确定了气体燃料电控喷射装置喷射脉宽的调节范围，探讨了通过增加气体燃料和进气空气的压力差值来增加喷射量的方法。　　 (5)完成了应用气体燃料喷射装置的大功率发动机的实机验证性试验。进行了包括发动机起动、怠速稳定性、各缸均匀性调整以及给定转速下增减不同负荷的试验，自行研制的电控喷射装置具备良好的控制特性、高响应速度和低落座速度等优势，能够将气体燃料定时、定量地喷射到发动机每一气缸靠近进气道的进气歧管内，实现多点顺序间歇的供气方式以及对各缸空燃比的实时、准确、独立的调节，验证了技术的可行性。
作者：	葛文庆
专业：	机械工程
导师：	常思勤
授予学位：	博士
授予学位单位：	南京理工大学
学位年度：	2012
正文语种：	中文