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原文传递缸内直喷CNG发动机稀薄燃烧特性仿真研究

论文题名：	缸内直喷CNG发动机稀薄燃烧特性仿真研究
关键词：	CNG发动机;缸内直喷;稀薄燃烧
摘要：	为了应对当前严重的能源和环境危机，同时又要满足日益严苛的排放法规，大力发展节能、环保的发动机代用燃料迫在眉睫。以天然气作为燃料，不仅可以缓解能源危机，还可以有效的降低汽车排放。通过缸内直喷技术，可有效的提高CNG发动机的充量系数，适当的增大压缩比，可进一步提高发动机的动力性;采用稀薄燃烧技术，在保证发动机经济型的同时，还可以有效的降低排放。本文通过仿真计算的方法，研究了高压缩比缸内直喷CNG发动机的稀薄燃烧特性。　　(1)根据原CNG发动机的结构参数与实验数据，利用AVL Boost和Fire仿真平台分别建立发动机一维和三维仿真模型并进行校核与验证;在已验证过的原机模型的基础上，将发动机压缩比提高至12∶1，同时在汽缸盖上加装喷气阀，完成缸内直喷CNG发动机三维缸内燃烧模型的建立，进而进行仿真计算。计算工况:n=1600r/min，MAP=169kPa，节气门全开，ψa=1.5。　　(2)单次喷射仿真研究结果表明:在进气冲程中，喷气时刻越早，在20°CABTDC形成的混合气均匀度越好，随着喷气时刻的推迟，混合气均匀度变差;在压缩冲程中，由于受直喷的高压天然气的影响，喷气时刻越早，在20°CA BTDC亦能形成较为均质的混合气，且缸内流场的平均流速高于在进气冲程中喷气的平均流速，但其混合气均匀度略差于进气冲程中喷射。在压缩冲程中喷气的充量系数最大，且比在进气冲程喷气的最大充量系数高13.2％，进气道喷射的充量系数略高于在进气冲程早期喷气的充量系数，略低于在进气冲程末期喷气的充量系数;对于单次喷射来说，不同的喷气时刻均对应不同的最佳点火提前角;当θig为最佳点火提前角时，在压缩冲程喷气的缸内压力峰值、缸内平均温度峰值以及缸内NO质量分数都高于在进气冲程喷气;在进气冲程和压缩冲程中喷气，均存在最佳的喷气时刻，此时两者指示热效率和指示燃料消耗率相差不大，但压缩冲程中喷气的指示平均压力比进气冲程中喷气高8.11％。　　(3)两次喷射仿真研究结果表明:通过两次喷射组织稀薄燃烧，第一次喷射完成后，在点火时刻附近，缸内要形成较为均匀的混合气;第二次喷射完成后，缸内混合气形成良好的分层，且火花塞附近混合气较浓，远离火花塞区域混合气浓度逐渐降低。当第一次喷气时刻和喷气比例固定时，存在最佳的第二次喷气时刻，使得缸内混合气在点火时刻形成良好的分层;不同的第二次喷气时刻，对应着不同的最佳点火提前角;在最佳点火提前角下，存在一个最佳的第二次喷气时刻，使得ηit最大;当喷气比例为4∶1时，第二次最佳喷气时刻为45°CA BTDC。当两次喷气时刻固定时，存在一个最佳的喷气比例，使得缸内混合气在点火时刻形成良好的分层;不同的喷气比例，对应着不同的最佳点火提前角;在最佳点火提前角下，当两次喷气时刻都固定时，随着喷气比例的增加，发动机ηit先增大后减少;当喷气比例为5∶1时，ηit最大，此比例为第二次喷气时刻为45°CA BTDC的最佳喷气比例;不同的喷气比例对应着不同的最佳喷气时刻，且随着喷气比例的增大，最佳喷气时刻提前。在最佳喷气时刻下，随着喷气比例的增加，ηit提高，但增幅不大。　　(4)对单次喷射、两次喷射和进气道喷射的发动机稀薄燃烧特性进行对比分析，结果表明:当θig为最佳点火提前角时，两次喷射的η打最高，进气道喷射的ηit比单次略高;但由于充气效率的影响，两次喷射的IMEP比进气道喷射高10.81％;在燃烧过程中，两次喷射火焰传播最快，进气道喷射在燃烧初期和燃烧末期火焰传播快于单次喷射;因此，两次喷射缸内平均温度上升最快，且温度最先达到最大值;两次喷射缸内最高温度最大，单次次之，进气道喷射最小;燃烧后期，两次喷射和进气道喷射温度下降速度最快，单次喷射略慢;由于两次喷射温度上升较快，故其NO质量分数也较快的增长;当缸内平均温度达到最大值后，NO质量分数也达到最大值，且此后保持不变，最终，两次喷射生成的NO质量分数最大，单次喷射次之，进气道喷射最小。
作者：	纪文晓
专业：	交通运输工程；载运工具运用工程
导师：	何义团
授予学位：	硕士
授予学位单位：	重庆交通大学
学位年度：	2016
正文语种：	中文