【摘 要】
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天然气是兼具高热值、燃烧产物低污染、性能安全可靠等诸多优点的低碳燃料,被认为是全球能源革命中的重要角色。双燃料发动机在低负荷的热效率低和甲烷残留引起的碳氢超限问题,制约了发动机天然气替代率的上限。本文以一台由柴油机改造的天然气/柴油双燃料发动机为研究对象,基于过量空气系数耦合喷油正时的优化策略,应用三维热流体分析软件Converge建立燃烧仿真模型,研究在中等转速、低负荷工况下替代率、过量空气系数
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天然气是兼具高热值、燃烧产物低污染、性能安全可靠等诸多优点的低碳燃料,被认为是全球能源革命中的重要角色。双燃料发动机在低负荷的热效率低和甲烷残留引起的碳氢超限问题,制约了发动机天然气替代率的上限。本文以一台由柴油机改造的天然气/柴油双燃料发动机为研究对象,基于过量空气系数耦合喷油正时的优化策略,应用三维热流体分析软件Converge建立燃烧仿真模型,研究在中等转速、低负荷工况下替代率、过量空气系数、喷油正时对双燃料发动机的燃烧与排放的影响。研究的主要内容和结果如下:（1）基于Converge软件构建双燃料发动机的缸内燃烧仿真模型。以燃烧室几何参数与发动机工作特性为基准,建立燃烧室的五分之一扇形体的几何模型;选择合适喷油、燃烧等计算模型构建双燃料发动机缸内燃烧仿真模型,并利用试验采集的缸压变化、瞬时放热率等性能指标验证仿真模型。（2）研究天然气替代率对双燃料发动机的燃烧与排放的影响。在1600 r/min,27.1 N.m,供给恒定总能量,调节柴油、天然气喷射量来改变天然气替代率。通过对气缸压力变化、瞬时放热率、缸内温度分布等指标的分析,结果表明:峰值放热率经历先升高后降低的变化过程,放热率峰值在40%替代率时达到最大值;燃烧低温区域占比表现出递增趋向。（3）研究过量空气系数对双燃料发动机的燃烧与排放的影响。在40%替代率,喷射恒定质量的柴油、天然气,利用节气门控制进气量减小?a。通过对缸压变化、瞬时放热率、缸内污染物浓度分布等指标的分析,结果表明:缸压峰值呈现降低的走势,同时峰值相位推迟。未燃甲烷排放降低,而NOx、CO排放增多。（4）研究喷油正时对双燃料发动机的燃烧与排放的影响。在40%替代率、?a=2.5工况点,控制喷油时刻以每次2°CA的间隔提前到27°CA BTDC。通过对缸压变化、瞬时放热率、缸内污染物浓度分布等指标的分析,结果表明:峰值缸压随之升高,峰值相位提前。柴油着火延迟期增加,着火起始点与燃烧重心前移。虽然NOx排放逐渐提高,但未燃甲烷、CO排放均得到改善。在上止点前27°CA喷油,发动机能达到柴油模式的目标功率。
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