随着能源危机与环境污染问题的日渐加剧,内燃机排放作为大气污染的主要来源之一,面临着越来越大的技术挑战,寻找新型的清洁汽车发动机代用燃料成为了国内外内燃机领域科研工作人员的主要任务,天然气由于储量丰富、燃烧清洁而受到了很大的重视,天然气发动机的预燃室结构以及运行参数影响着发动机的缸内混合气燃烧过程以及排放特性。改变预燃室结构以及天然气发动机运行参数,研究这些参数对燃烧过程以及排放污染物生成的影响,为预燃室式火花塞天然气发动机的后续优化设计提供了重要的理论基础。本课题针对某6200预燃室式火花塞天然气发动机进行模型搭建以及仿真计算,使用专业的发动机CFD仿真计算软件CONVERGE,利用G方程燃烧模型对天然气发动机的进气、压缩和膨胀作功过程进行数值模拟计算,并且借助搭建完成的试验台架,进行了仿真计算模型的调试标定。利用标定完成的仿真计算模型,先后对比并分析了预燃室容积、预燃室喷孔直径、预燃室壁厚(喷孔长度)等结构参数对预燃室式火花塞天然气发动机工作过程中放热率、燃料消耗、缸内压力、缸内温度以及排放物产生的影响规律,并在结构优化后对比分析了混合气浓度和点火提前角对燃烧参数的影响。预燃室容积方案计算结果的对比中发现:预燃室容积增大会降低缸内混合气燃烧放热速度,使缸内压力和燃烧温度降低,峰值对应曲轴转角位置后移,适当减小预燃室容积的10%,可以加快缸内混合气燃烧速度,增大缸内压力和燃烧温度,峰值对应曲轴转角位置提前,若继续减小预燃室容积,从减小15%和20%方案来看,由于预燃室容积过小,预燃室内混合气过少,减小了预燃室喷孔形成的火焰射流的能量,反而会降低缸内混合气燃烧放热速度,使燃烧延后。预燃室喷孔孔径的对比结果显示:燃烧放热速度先是随着喷孔孔径的增大而变快,缸内压力和燃烧温度增加,峰值曲轴转角位置提前,因为孔径的适度增大加大了喷孔火焰射流本身涉及的火焰范围,也减小了喷孔内的节流损失,一定程度上促进了燃烧,而燃烧温度的提高也会相应增加NOx的产生量。若喷孔直径过大,则无法形成高速射流火焰,反而会降低缸内火焰传播速度,使燃烧持续期变长,燃烧延后。预燃室壁厚方案是将预燃室壁厚设置为1.5mm、2.0mm、2.5mm,对比结果发现:三种壁厚方案中2.0mm壁厚方案的燃烧放热速度最快,但是排放物NOx也由于燃烧变得剧烈和燃烧温度的提高而增加。在天然气发动机运行参数的对比分析中发现:混合气的浓度变大,火焰传播至主燃室后,天然气燃烧速度变快,会导致缸内压力和温度急剧增加,并且燃料消耗也会变快,混合气变稀后,混合气燃烧速度变慢,缸内压力和温度会降低,并且后燃期延长。点火提前角可以对燃烧参数产生不同程度的影响,从本机型的仿真计算结果来看,点火提前角的适度增大,可以提升缸内燃烧温度,提升缸内火焰传播速度,有效地缩短燃烧持续期。