滿足國V排放的稀燃天然氣發(fā)動機工作過程模擬

【摘要】：天然氣作為一種清潔型代用燃料受到人們的普遍關注，天然氣發(fā)動機因為良好的燃料經(jīng)濟性和低排放性能被應用于運輸車輛，但要滿足我國的國V排放標準需要對發(fā)動機各項性能參數(shù)進行優(yōu)化設計。本文將某型柴油機改裝為天然氣發(fā)動機，針對其動力性、經(jīng)濟性和排放性能的提高進行了一系列模擬仿真計算，仿真結果排放性能達到了國V排放標準。主要進行了以下工作： （1）搭建了柴油機的工作過程模型，在驗證模型的有效性后，在此基礎上搭建天然氣發(fā)動機的工作過程模型，對其壓縮比、空燃比以及點火提前角進行了優(yōu)化，得到了合適的壓縮比、空燃比和點火時刻MAP圖。 （2）對不同氣門重疊角進行計算，發(fā)現(xiàn)減小氣門重疊角對降低NOx和THC排放有利。然后采用正交試驗法對配氣相位進行計算，通過對動力性、經(jīng)濟性以及排放性的折中考慮最終選擇一組最佳配氣相位。 （3）對天然氣發(fā)動機匹配增壓器進行模擬計算。結果表明，原增壓器壓氣機對于改裝后的天然氣發(fā)動機流量偏大，外特性運行工況點大部分都在壓氣機的低效區(qū)域運行。通過計算匹配了新增壓器，使天然氣發(fā)動機的最大功率比采用原增壓器高3.9%，而且發(fā)動機的動力性能接近原柴油機水平。 （4）分析了不同負荷下EGR率對NOx、HC和CO排放的影響。分別針對無EGR和有EGR的發(fā)動機模型進行了十三工況排放計算，比較排放結果發(fā)現(xiàn)，添加EGR后發(fā)動機排放除CH4排放外均能達到國V排放標準，而對于CH4的達標可采用DOC進行后處理。 （5）建立EGR系統(tǒng)三維模型,通過對瞬態(tài)計算得到進氣歧管EGR不均勻度為27.4%，均勻性較差主要表現(xiàn)為2缸EGR率最小，1缸EGR率次之。提出減小穩(wěn)壓腔長度，分離進氣歧管2、3和4、5的入口，并保證各進氣歧管入口直徑相同。 【關鍵詞】：天然氣發(fā)動機 稀燃 正交試驗法 增壓器匹配 EGR均勻性
【學位授予單位】：河北工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：TK431
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 符號說明9-10
• 第一章 緒論10-18
• 1.1 研究背景10
• 1.2 天然氣發(fā)動機國內(nèi)外研究歷史和現(xiàn)狀10-17
• 1.2.1 天然氣發(fā)動機的發(fā)展歷史10-11
• 1.2.2 天然氣發(fā)動機的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀11-17
• 1.2.2.1 燃燒方式11-15
• 1.2.2.2 混合氣組織形式15-17
• 1.3 本文主要工作內(nèi)容17-18
• 第二章 天然氣發(fā)動機基本參數(shù)優(yōu)化18-42
• 2.1 BOOST 工作理論基礎18-19
• 2.2 發(fā)動機模型的建立及驗證19-20
• 2.3 壓縮比對發(fā)動機性能的影響20-22
• 2.3.1 壓縮比對發(fā)動機動力性和經(jīng)濟性影響21
• 2.3.2 壓縮比對發(fā)動機缸內(nèi)壓力和壓力升高率影響21-22
• 2.4 空然比對發(fā)動機性能的影響22-25
• 2.4.1 空然比對動力性和經(jīng)濟性的影響23
• 2.4.2 空燃比對排放的影響23-25
• 2.5 點火提前角對發(fā)動機性能的影響25-29
• 2.5.1 點火提前角對發(fā)動機動力性和經(jīng)濟性影響25
• 2.5.2 點火提前角對缸內(nèi)燃燒壓力的影響25-27
• 2.5.3 不同轉速的點火提前角27-28
• 2.5.4 點火提前角對排放的影響28-29
• 2.6 配氣相位優(yōu)化29-35
• 2.6.1 氣門重疊角計算29-32
• 2.6.1.1 氣門重疊角對動力性和經(jīng)濟性的影響30-31
• 2.6.1.2 氣門重疊角對排放的影響31-32
• 2.6.2 正交試驗法優(yōu)化配氣相位32-35
• 2.6.2.1 正交試驗法原理32
• 2.6.2.2 正交試驗計算結果32-35
• 2.7 渦輪增壓器匹配35-39
• 2.7.1 增壓器的匹配要求35
• 2.7.2 增壓器工作理論基礎35-36
• 2.7.3 增壓器匹配計算36-39
• 2.8 發(fā)動機試驗39-40
• 2.9 本章小結40-42
• 第三章 天然氣發(fā)動機 EGR 模擬42-62
• 3.1 推遲點火提前角降低 NOx 排放42-43
• 3.2 EGR 系統(tǒng)介紹43-44
• 3.2.1 EGR 抑制 NOx 生成機理43
• 3.2.2 EGR 系統(tǒng)類型43-44
• 3.3 EGR 系統(tǒng)計算44-46
• 3.3.1 進排氣壓力比較44-45
• 3.3.2 文丘里管尺寸計算45-46
• 3.4 EGR 發(fā)動機工作過程模擬46-51
• 3.4.1 帶 EGR 發(fā)動機模型建立46-47
• 3.4.2 EGR 對發(fā)動機動力性和經(jīng)濟性影響47-48
• 3.4.3 EGR 對排放性能影響48-49
• 3.4.4 十三工況排放計算49-51
• 3.5 EGR 均勻性數(shù)值模擬51-61
• 3.5.1 數(shù)值模擬理論基礎52
• 3.5.2 進氣歧管網(wǎng)格劃分52-53
• 3.5.3 穩(wěn)態(tài)模擬53-55
• 3.5.4 瞬態(tài)模擬55-61
• 3.6 本章小結61-62
• 第四章 論文總結及工作展望62-64
• 4.1 論文總結62-63
• 4.2 工作展望63-64
• 參考文獻64-67
• 致謝67-68
• 攻讀學位期間所取得的相關研究成果68

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