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原文传递天然气发动机排放特性及控制研究

论文题名：	天然气发动机排放特性及控制研究
关键词：	天然气发动机;排放特性;燃烧模型;化学机理;催化效率
摘要：	汽车保有量的持续增加给传统的燃油供给造成巨大压力，同时引发的环境污染也被更多的关注。天然气具有来源广、污染少等优势而越来越多的被应用为汽车发动机燃料。随着排放法规的日益严格，研究天然气发动机排放物的生成和控制具有重要意义。通过合理的缸内燃烧能够减少排气污染物的生成量，结合后处理装置的催化转化作用可以使最终的排放污染物达到很低的水平，研究燃烧参数对天然气发动机的排放控制具有重要指导作用。　　采用当量空燃比燃烧结合EGR技术和三效催化器的应用是天然气发动机实现超低排放的主要技术路线之一，科学合理的燃烧控制方式与后处理之间的匹配以实现催化器的最佳效能是目前研究的重要课题。发动机的燃烧受到气体成分、点火时刻等各种因素的影响，这些因素的改变会使得排气的成分、温度及压力等产生变化，而三效催化器的工作也必须要考虑到入口气体成分、工作温度等。因此本文以一款采用当量空燃比燃烧结合EGR和TWC的涡轮增压天然气发动机为对象，对不同燃烧控制参数进行了研究分析。　　通过GT-power根据发动机样机提供的参数搭建天然气发动机的仿真模型进行数值计算，并利用试验台架的试验数据进行校准，得到可靠的仿真模型;根据三效催化器的空燃比特性试验数据构建了针对天然气燃烧污染物的化学机理，使得三效催化器在特定温度和空气组分下模拟得到的催化转化性能与试验所得数据相符。提出了自己的仿真研究方案，将发动机的排放预测与三效催化器的转化模拟结合起来，形成了完整的天然气发动机低排放研究的数值计算流程。　　试验测取了初步控制参数下的燃烧压力和排放数据，对不同工况所使用的EGR率和点火策略进行了详细说明，根据燃烧压力及控制参数分析了不同工况的排放变化规律。仿真部分则针对特定工况的控制参数进行了研究，以1100r/min、50％负荷，1500r/min、50％负荷和1500r/min、100％负荷三个工况为例，对比分析了空燃比、EGR率及点火提前角三种独立因素的变化分别对发动机排放物CO、HC、NOx的生成的影响及对应三效催化器催化特性的影响。得到了不同控制参数分别对与三种排放物的影响规律及影响程度。以DOE模拟得到空燃比、EGR率及点火提前角三种参数对排放和催化的相关性影响规律。　　根据模拟得到的三种控制参数对排放及催化的独立影响规律和综合影响规律提出了控制排放的优化策略，包括高效催化空燃比的确定，EGR和点火时刻的调整。采用新的控制方案进行WHSC工况点的排放数值计算，对比原始控制方案的试验测量数据，最终的排放NOx浓度明显降低，CO能够保持在很低的水平，HC有较小程度的减少，天然气发动机的有害排放得到了较为明显的控制。
作者：	许自顺
专业：	动力工程及工程热物理
导师：	张强
授予学位：	硕士
授予学位单位：	山东大学
学位年度：	2017
正文语种：	中文