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柴油/天然气RCCI发动机燃烧与排放的仿真研究
| 论文题名： | 柴油/天然气RCCI发动机燃烧与排放的仿真研究 |
| 关键词： | 双燃料柴油机;反应可控压缩燃烧;仿真分析;排放控制 |
| 摘要： | 4190ZLC-2柴油机电控化改造后，通过负荷特性试验，在满足经济性的前提下，NOx排放量有了较大幅度下降，但仍超出TierⅡ的排放要求，更无法达到TierⅢ的排放要求，显然单纯的电控化改造是无法满足未来更严苛的要求。在此基础上，利用仿真软件AVL_ Fire，本文针对4190ZLC-2柴油机开展柴油/天然气双燃料发动机反应可控压缩燃烧(简称RCCI)过程的仿真研究，通过控制燃烧相位来控制缸内反应，使该机在保证经济性和功率的同时，实现超低NOx的排放。研究结果如下: 首先，柴油采用两次等值喷射定时，研究不同天然气替代率对该发动机性能的影响。结果发现:随着替代率的增加，滞燃期逐渐增加，燃烧始点后推，功率增加，缸压、温度、NOx排放降低;但替代率为93％时，出现不着火现象。 其次，在替代率为86％的工况下，分别研究第一次和第二次喷射始点对该发动机性能的影响。结果发现:推迟第一次喷射始点，燃烧始点逐渐提前，功率、缸压、温度、NOx排放量逐渐增加，折合燃料消耗率逐渐下降，未燃HC化合物先降低再升高，再急剧下降，表明第一次喷射始点提前有利于实现低温燃烧。推迟第二次喷射始点，功率、压力、温度等参数并非线性变化，喷射始点在15℃ABTDC出现峰值;之前，随着第二次喷射始点推迟，燃烧始点逐渐提前，功率、缸压、NOx等参数逐渐增加;而之后，燃烧始点开始推迟，各参数开始下降;折合燃料消耗率则先下降后升高，喷射始点在15℃ABTDC时最低。 第三，研究两次喷射油量比例对该发动机性能的影响。结果发现:随着第一次喷射油量比例增加，燃烧相位向后延迟，功率、爆压、缸内最高燃烧温度等参数逐渐减小，变化幅度较大，NOx逐渐降低，但折合燃料消耗率增加。因此，在保证经济性和环保性时，动力性受两次喷射油量比例的影响很大。 第四，针对替代率为93％时出现的不着火现象开展深入的研究。结果发现:当第二次喷射始点推迟到25℃ABTDC时，开始着火，如果继续推迟，燃烧始点提前，各参数变化规律与前期研究的改变第二次喷油始点的规律一致。 最后，针对双燃料RCCI发动机的负荷特性各工况进行仿真研究，并与电控化改造后的发动机负荷特性试验数据进行对比，结果发现:双燃料发动机在全负荷范围内，NOx的排放非常低，中高负荷时，折合燃料消耗率低于原机，但低负荷时，未燃HC化合物排放较高;通过计算，双燃料RCCI发动机NOx加权比排放大大低于TierⅢ的排放要求。 通过改变两次喷射定时和比例可以达到燃烧相位控制的目的，从而实现发动机性能的控制，本文研究为4190ZLC-2柴油机改造成柴油/天然气RCCI发动机提供理论依据。 |
| 作者： | 杨城 |
| 专业： | 船舶与海洋工程 |
| 导师： | 朱钰 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 集美大学 |
| 学位年度： | 2018 |
| 正文语种： | 中文 |
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