1.1研究目的

随着现代汽车工业的迅猛发展,世界汽车保有量正在急剧增长,促进了经济发展和社会进步,但同时也加剧了日益严重的能源紧缺和环境污染,促使世界各国制定各种严格的车辆排放法规来规范汽车生产和使用,同时开始大力开发各种汽车代用燃料。在各种代用燃料中天然气因其清洁、储量大热值高、排污低、使用经济性好面备受关注被应用于汽车的替代燃料。近几年，随着我国政府对新能源汽车的重视，新能源在汽车行业的应用越来越广泛，其中技术最成熟，应用最广泛的是以天然气为主要燃料的新能源汽车。天然气是继煤炭和石油之后的第三太能源，也是三大基础能源中唯一的清洁能源。截止到2014年底，全球探明的天然气储量达到了187 I万亿立方米．我国探明的天然气储量为3．5万亿立方米。而我国2014年消耗的天然气量接近1820亿立方米，其中汽车行业的耗气量约为368亿立方米。替代能

源在汽车行业的广泛应用，对缓解对石油资源的依赖，降低汽车尾气的排放也有积极作用。天然气发动机的广泛应用能够有效缓解我国面临的能源危机和汽车尾气污染问题，此外由于天然气储量丰富、排放性能好、经济性好等优点，是理想的发动机替代能源。天然气在汽车行业广泛的应用和天然气发动机技术的进步，天然气发动机的种类也越来越多，发动机的工作效率和排放性都有所提高，同时还降低了燃料的消耗率，提高了经济性柴油引燃缸内直喷天然气发动机技术的发展能够提高天然气发动机的工作效率和动力性、经济性、以及排放性，具有广阔的应用前景。

1.2天然气发动机启动过程技术发展现状

国外对于天然气缸内高压直喷技术的研究进行的时间比较早，研究的较为深入。对该技术研究最典型的是加拿大的Columbia University和加拿大西港公司。早在1997年加拿大西港创新公司便推出第一台缸径为123ramX 127mm，排量为9L，采用高压缸内直喷发动机。挪威Trondheim大学135在Wattrila柴油机的基础上对缸内直喷双燃料天然气发动机的性能进行了试验研究。经研宄发现，采用HPD技术的双燃料发动机能够达到原柴油机相同的热效率、动力性和功率输出，以及运行的平稳性。而作为引燃的柴油量最低仅为2％。芬兰Wartrila柴油机公司已经将该种高压直喷式双燃料发投入大批量生产。美国卡特彼勒公司口发动机研究所也对该技术进行过相关研究，在一台原有的3500系列柴油机基础上，采用天然气缸内直喷、电热塞辅助点火等技术开发出缸内直喷天然气发动机，燃烧系统使用的是液压电控组合喷射器(HEUI)实现燃料的供给，并且能够根据不同的工况条件，对天然气实现喷射定时和喷射量进行控制。该款高压直喷式电热塞辅助点火天然气发动机由美国的底特律柴油机公司于1993年投入到商业化生产中。美国的BKM公司经过研究开发出了SERVOJET电控共轨蓄压式喷油系统，实现了单一喷油器的微量引燃柴油喷射系统，实现了每循环引燃柴油量为1％的微量喷射，并且能够精确控制喷射量。此外，采用该系统无需改变原机的缸盖和采用两套供油系统的喷射器。此外，美国的AFS公司和clear Air partner公司联合开发了多点喷射的柴油天然气双燃料控制系统，并成功应用在卡特彼勒3 176B重型发动机上，其技术核心是在不改变发动机压缩比的情况下，通过电子控制两种燃料的喷射，并根据工况实现100％柴油供给，以及天然气60％～90％的替代率。

相比于国外，我国对高压缸内直喷技术的研究的时间比国外要晚一些，对该项技术的研究也相对较少。不过，随着与国外的合作，近些年国内在缸内高压直喷技术研究方面发展较快，相关院校和企业等都对其进行相应的研究，而我国的潍柴公司在这方面研究较为深入。中国汽车工程研究院邹博文，李静波，李开国等人以某台采用低压喷射和火花点火技术路线的缸内直喷点燃式天然气发动机为基础，采用仿真和试验的方法对发动机的结构设计和性能进行了研究。并研究结果为，通过仿真完成了燃烧室、喷嘴的布置方案：并将缸内直喷发动机台架试验结果与原机、进气道喷射天然气发动机试验结果进行对比，得出在中低转速时，缸内直喷天然气发动机的动力性与原汽油机的相同。

综上所述，国内外也通过实验的方法对天然气发动机性能方面进行了相关研究，国内相关高校也采用仿真的方法对燃烧过程进行了少量研究，但是研究内容主要集中在引燃柴油量和喷射时刻对缸内燃烧的温度和压力，以及放热率的影响，在引燃柴油和天然气的喷射过程对混合气形成方面研究较少。

2. 研究的基本内容与方案

2.1研究目标