论文部分内容阅读
随着能源危机和环境污染问题的加剧,各国政府陆续出台了各种严格的限制机动车排放与油耗的法规,因此寻找清洁的可替代能源并满足日益严格的节能减排的法律法规要求成为内燃机研究的重要课题。煤层气作为一种替代燃料在经济和排放方面具有显著优势。研究柴油/煤层气发动机缸内的燃烧和排放过程对于柴油/煤层气发动机的应用具有重要意义。具体研究内容如下:本文利用化学动力学分析软件CHEMIKIN-PRO对LLNL N-Heptane 3.1机理,GRI3.0机理,USC机理进行简化,以LLNL N-Heptane 3.1详细反应机理作为柴油反应的替代物质,以GRI 3.0机理中NOx机理模拟NOx的生成,以USC机理中甲烷、乙烷、丙烷、丁烷部分作为混合气体煤层气中替代物质,三部分组成了柴油/煤层气燃烧的化学反应机理。以此反应机理为基础,进行柴油/煤层气双燃料发动机燃烧过程及排放特性的分析,结果如下:(1)为了研究煤层气的燃烧特性,文中采用柴油/煤层气反应机理对煤层气组分变化引起的燃烧过程及排放特性进行分析。研究发现甲烷含量越高,缸内燃烧压力更高,燃料燃烧更加剧烈充分,热量释放更多,同时产生高温,促进NOx的生成,而低甲烷含量会使燃料燃烧不完全,导致大量UHC和CO的生成。乙烷、丁烷含量的增多能够抑制NOx的生成,但会使UHC排放增多,燃料燃烧不充分,丙烷含量的增多会导致NOx增多,UHC排放减少,提高发动机的燃烧性能。(2)为实现对双燃料发动机燃烧过程的控制,通过改变柴油喷射策略研究单次喷射中喷油量、喷射提前角,二次喷射过程中预喷提前角、主喷提前角、预喷比例对发动机燃烧及排放性能的影响规律。发现喷油提前角的延迟和喷油量的减少,使缸内压力降低,燃烧放热减少,导致温度降低,从而使NOx排放减少,UHC排放增多,但是会导致扭矩下降,经济性变差;过早的喷油提前角或过大的引燃柴油量可能会导致最大压力升高率大于1 MPa/°CA。合适的主喷提前角、预喷提前角和预喷比例能够使发动机的整体排放保持在较低的水平,同时能够降低最大压力升高率,提高发动机的可靠性。(3)由于部分工况的NOx排放较高,因此通过改变EGR率和燃空当量比来实现对双燃料发动机燃烧排放的控制。研究结果表明高EGR率和高当量比能够有效的抑制NOx的生成,但会使CO、UHC排放增多;同时发现存在最佳当量比和EGR率能够使整体的排放处于较低水平。