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本文在某新型轿车用小排量汽油机的基础上,成功开发了电控喷射单一燃料压缩天然气发动机。并通过试验对比分析了其与汽油机在动力性和经济性上的区别。另外还研究了点火时刻对天然气发动机燃烧过程的影响以及天然气发动机的稀燃特性,并运用GT-power进行了相关的数值模拟计算。试验研究了该电控喷射单一燃料CNG发动机的整体性能,发动机功率在5700r/min附近达到60.1kW,升功率达到45kW/L,扭矩在4500r/min附近达到最大,最大扭矩为109Nm。通过与汽油机进行对比发现,CNG发动机的功率较汽油机平均降低了5.82kW,最大功率仅仅降低了7.35%;气耗率下降较为明显,平均降低了约17.7%。在整个转速范围内,CNG发动机的燃料转化效率(FCE)保持在30%以上,平均比汽油机高出了9.68%,而在高转速区域,转换效率更加明显。随着点火时刻的提前,发动机的平均有效压力(BMEP)逐渐增大,而燃料消耗量(BSFC)逐渐减小。缸内压力和放热率增加,相应的峰值向上止点偏移,而此时,火焰发展期越来越长,快速燃烧期越来越短,后燃期基本上没有变化。点火时刻对CO的排量影响不大,HC和NOX的排放量随着点火时刻的提前而增大。试验研究了天然气发动机的稀燃特性。研究表明,随着λ的增大,BMEP和FCE先增大后减小,BSFC先减小后增大。在λ=1.0～1.1时,该发动机的BMEP最大,BSFC最小,FCE更是达到了31%以上。这说明CNG发动机在混合气较稀的情况下仍能实现较高的燃料转换。随着λ增大,最高燃烧压力和最大放热率先增大后减小。在λ>1.4时,其峰值已经变得很小。火焰发展期略有减小,而快速燃烧期增长的幅度比较大。在尾气排放方面,CO和HC随λ的增大先减小后增大,NOx则先增大后减小。在λ=1.0～1.1时,CO和HC排放达到最小,NOx排放达到最大值。本文还运用GT-Power建立了天然气发动机的计算模型,并对该发动机的整体性能,点火时刻对发动机的影响,发动机的稀燃特性进行了分析计算,并与试验结果进行了对比。另外,还进行了压缩比对发动机性能影响和优化配气相位的研究。结果表明,提高压缩比和采用可变配气相位都能明显提高发动机的动力性和经济性。