第1期（总第234期） 2018年2月
车用发动机 VEHICLEENGINE
No (Serial No 234)
Feb 2018
当量比对CNG发动机动力及排放性能的影响
黄丫，林学东“，张福君’，喻莉娟
(1长春工程学院能源动力工程学院，吉林长春1300122吉林大学汽车仿具与控制国家重点实验室吉林长春130022
摘要：为了研究缸内直喷稀燃CNG发动机在不同当量比条件下的动力及NO排放性能，利用AVLFire建立了发动机仿真模型，通过样机试验确定了仿真初始参数和边界条件；过软件仿真发现了气缸内微观三维物理场与缸内压力、燃烧放热率和NO生成量间的内在联系，总结出了CNG发动机中导致NO快速生成的固素，并给出了能够在保证发动机动力性提升的同时降低NO生成量的最优当量比范图。
关键词：CNG发动机；当量比稀薄燃烧；火焰传播氮氧化物 DOI:10 3969/j issn 1001-2222 2018 01 007
文献标志码：B
中图分类号：TK431
文章编号：1001-2222(2018)01-0039-06
随者全球石油资源短缺和环境污染回题的日益严峻，汽车工业能源结构的调整已势在必行，储量更大、价格更低、污染更小的压缩天然气（CNG)是目前技术上最为成熟的内燃机代用气体燃料1-2]。近年来，为提高动力性、降低排放，CNG发动机技术得到了迅速发展，其中基于CNG着火界限宽有利于稀燃特点的缸内直喷稀薄燃烧技术被认为是最具有前景的技术之一3。采用缸内直喷供气技术的 CNG发动机稀燃极限范围广，更有易于实现稀薄燃烧，在稀薄燃烧状态下，充足的空气可以提高燃烧终了时混合气的绝热系数，有利于提高发动机的热效率，并目充分的燃烧还日以有效地降低发动机排放。在缸内直喷CNG发动机中，当量比作为进人气缸混合气浓度的最直观参数，对CNG发动机燃烧室内的压力、温度和燃烧速度产生直接影响，因此确定最佳当量比是对发动机进行后续性能优化的基础
目前，大部分对CNG发动机动力及排放性能的研究工作都是基于样机试验完成的，不仅成本较高，并且只能对某一个物理量的演化过程进行分析，不能反映CNG燃烧过程中气缸内各个物理场的分布特性随曲轴转角的变化情况，因而很难揭示出发动机参数对CNG燃烧过程和燃烧排放性能影响的内在机理。随着描述发动机气缸内燃料喷射和燃烧过程的流体力学、化学反应动力学、热力学和传热学模型的建立，利用计算机模拟发动机燃烧过程成
收稿日期：2017-06-27；修回日期：2017-11-24
为可能-7]，通过仿真可以对发动机气缸内的混合气浓度分布、瑞动能分布、火焰传播过程、温度分布以及燃烧产物生成速率分布等进行准确的分析预测，进而从微观三维物理场的角度研究发动机运行参数对其动力及排放性能的影响
本研究针对采用缸内直喷稀薄燃烧技术的
CNG发动机试验样机，利用三维计算流体动力学软件Fire，仿真研究当量比对发动机燃烧放热特性的影响，将计算机仿真得到的气缸内各种三维物理场与样机试验得到的放热率、缸压等二维曲线有机地综合起来，提出了通过优化当量比提高发动机动力性并降低NO排放的方案，可为实际缸内直喷稀燃
CNG发动机的参数设计提供指导。 1CNG试验样机结构
仿真试验基于缸内直喷CNG发动机光学试验样机进行，其燃烧室为简单的凹形。在试验样机活塞顶部设有观测窗，可以以563顿/s的速度用CCD 摄像机记录气缸内的火焰传播情况，从而实现气缸内火焰传播过程的仿真与试验对比。缸内直喷 CNG试验样机的主要技术参数见表1。在仿真和试验中所采用的CNG主要成分：CH4占8545%； CH;占451%;C:H:占339%;C+H1o占3.71%; Nz占2.94%。
缸内直喷CNG试验样机气缸内喷油器和火花
基金项目：吉林省科技发展计划项目（20150101032JC）；长春工程学院种子基金项目(320160021）
作者简介：黄丫（1978—），女，讲师，博士，研究方向为动力机械及热力票统的设计、伤真与优化ayaa163com