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随着汽车工业的发展,研发节能、环保的汽车发动机成为目前汽车工业发展的主流方向,天然气发动机被认为是解决能源与环境问题的首选代用燃料发动机方案。本文根据我国和国外天然气发动机技术应用的经验,结合玉柴承担的国家863课题“重型商用车CNG发动机产品开发”,在YC6G系列柴油机基础上,通过燃气化改进设计、燃气控制系统集成开发、性能模拟优化计算和燃烧分析、电控标定,开发出满足国IV排放的电控天然气发动机。本文首先综述了本课题背景、天然气汽车的发展历程,详细地研究了国内外天然气发动机发展的技术路线和技术特点。在分析国内外的天然气发动机技术的基础上,提出了满足国IV排放的电控天然气发动机开发方案;以YC6G柴油机为基础机型,对燃气供给系统、燃烧系统(包括缸盖、燃烧室)、进排气系统(包括进、排气相位)、气缸盖、活塞以及增压中冷系统进行相应的变型设计;采用稀薄燃烧、增压中冷、低涡流燃烧系统、单缸高能独立点火、电控调压燃料闭环控制和氧化型催化器等技术,改善天然气发动机的动力性能并发挥其排放和经济性优势。在本文中,对缸内燃烧进行一维的数值模拟分析,研究进排气相位、涡流比、燃烧室对发动机各参数的影响;对天然气发动机的工作过程进行三维数值计算,对缸内流动等内容进行系统研究,预测可靠性的薄弱环节,提出改进措施。本文提出了天然气发动机电控系统匹配的基本方法和标定步骤。对天然气燃气系统零部件进行了性能和匹配测试,对天然气发动机的动力性、经济性、排放性能以及可靠性进行了全面试验,结果表明:开发的YC6G260N-40电控天然气发动机的性能和可靠性达到产品设计要求,排放满足国IV标准。本文探索和总结的天然气发动机开发流程、方法和经验,可为今后代用燃料发动机的开发提供参考。