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内燃机以扭矩大、热效率高、经济性能好等特点广泛应用于各大领域。而柴油机作为船舶心脏更是重要。当前,环境污染越来越严重,化石能源短缺,也促使船舶行业寻找替代能源。天燃气以其清洁、高效的特点受到人们关注,也加速柴油/天燃气双燃料发动机发展。目前,对双燃料发动机的研究主要是额定工况下的工作特性,对超负荷工况下发动机的运行情况研究较少,而船舶在运行过程中受到恶劣海况的影响有时会在超负荷工况下运行时,如果不能保证发动机动力性,将使船舶处于危险境地。本文主要对超负荷工况下发动机的燃烧性能进行研究,利用AVL-FIRE软件建立发动机的三维仿真模型,对不同柴油替代率、柴油喷射时刻、进气温度、过量空气系数情况下发动机的燃烧过程进行了仿真研究。研究结果表明:(1)随着替代率的增大,缸内温度、压力下降,达到峰值的时刻更靠后。当替代率从30%升高到80%时,气缸内最高压力下降了约9%,最高压力下降了约23%,峰值滞后了5°CA左右。缸内平均NO质量分数随着替代率增大而降低。综合比较,为保证动力性提高经济性,在超负荷工况时选择柴油替代率为50%更合适。(2)随着喷油喷射时刻滞后,缸内温度峰值有所降低,但峰值时刻滞后;缸内最高压力降低,相比于柴油喷射时刻为20°CABTDC时,5°CABTDC的最高压力下降了约11%,峰值滞后了约5°CA。为了改善发动机燃烧性能,在超负荷工况下,柴油喷射时刻为10°CABTDC时,可以将柴油喷射时刻稍微提前0-5°CA。(3)初始进气温度越高,燃烧时缸内时平均温度越高,缸内平均压力降低,火焰燃烧速度较快,产生NO含量增大。当进气温度由300K提高到360K时,缸内压力最大值下降了6.2%,最后缸内平均NO质量分数提高了40%。因此,在超负荷工况下,为了改善发动机的排放性能,可以降低进气温度20K。(4)随着过量空气系数越大,空气进气量增多,初始压力增大,燃烧过程中缸内平温度降低,缸内平均压力升高。虽然过量空气系数增大有利于燃料彻底燃烧,NO含量降低,但同时天然气质量分数降低,火焰传播稳定性降低,SOOT含量增大。因此在超负荷工况下,增大过量空气系数为2.2,以改善发动机燃烧和排放性能。