摘 要

双燃料与传统的纯柴油的燃烧方式作对比，前者拥有着燃烧周期更短，碳烟排放量少等优点，但同时伴随着爆发压力更高、升压率更大等问题，其中作为双燃料发动机关键技术之一的引燃柴油喷射系统对双燃料发动机的各项性能指标影响十分深远。通过研究燃烧的油量对双燃料发动机的燃烧特性的影响，可以进一步对双燃料发动机的特性进行探索。本文将4190ZLC-2型柴油发动机实验数据和AVL-BOOST整机模型结合，从FIRE软件中二维、三维结果入手，根据数据结果分析了6个重要参数分别作为单一变量条件下对双燃料发动机功率、排放特性、经济性的影响。

结果表明：进气压力的增大不仅可以使指示功率得到大幅提高，还可以使NO、CO的排放进一步减小，使得动力及排放性达到更好的标准；在一定范围内适量提高进气温度有利于改善动力及经济性；随着负荷对的逐渐增大，燃烧造成的噪声不断减小，热效率提高至与柴油机相同水平，甚至高于柴油机；天然气替代率的提升对抑制NO、CO的排放作用十分明显，对发动机排放性能的优化起到了重要的推进作用；适当提高EGR率发动机动力性、经济性损失不多，NO的减排效果明显；增大喷油提前角可以产生延长滞燃期，进一步提升燃料燃烧的效率，后燃变少，使动力性得到改善。

关键词：天然气-柴油机;AVL_FIRE；AUTO-CAD；运行参数；燃烧与排放特性；

Abstract

Dual fuel as compared with the traditional way of pure diesel combustion, the former has a combustion cycle shorter, less smoke carbon emissions, but at the same time with the explosion pressure, the pressure rise rate higher problem such as larger, which as a key technology of the dual fuel engine ignition diesel injection system impact on the technical specifications of the dual fuel engine is very profound. By studying the influence of the amount of oil burned on the combustion characteristics of dual-fuel engines, the characteristics of dual-fuel engines can be further explored. This paper combines the experimental data of 4190ZLC-2 diesel engine with the AVL-Boost complete machine model, and starts with the 2d and 3D results from the FIRE software. According to the data results, the influences of 6 important parameters on the power, emission characteristics and economy of the dual-fuel engine are analyzed under the condition that six important parameters are taken as a single variable respectively.

The results show that the increase of inlet pressure can not only greatly increase the indicated power, but also further reduce the emission of NO and CO, so that the power and emission can reach a better standard. Increasing the intake temperature in a certain range is beneficial to improving the power and economy. With the increase of load, the noise caused by combustion is reduced, and the thermal efficiency is raised to the same level or even higher than that of diesel engine. The improvement of natural gas substitution rate plays an important role in the inhibition of NO and CO emissions, and plays an important role in the optimization of engine emission performance. The engine power performance and economic loss should be improved properly, and NO emission reduction effect is obvious. Increasing the fuel injection advance Angle can prolong the ignition delay, further improve the fuel combustion efficiency, reduce the post-combustion, and improve the power performance.

Keywords:naturalgas-dieselengine;AVL_FIRE;AUTO-CAD;operatingparameters;combustionandemissioncharacteristics;

目录

第 1 章 绪论 1

1.1. 研究背景及意义 1

1.1.1 理论意义 1

1.1.2 现实意义 1

1.2. 天然气作为替代燃料的优势 2

1.3. 天然气-柴油双燃料发动机的发展现状 3

1.3.1 国外研究现状 3

1.3.2 国内研究现状 4

1.4. 本文研究的主要内容 5

第 2 章 双燃料发动机燃烧原理 8

2.1. 基本守恒方程 9

2.2. 湍流流动模型 10

2.3. 液滴喷雾模型 11

2.4. 燃烧模型 13

2.5. NO_X与CO的排放模型 14

2.6. 本章小结 15

第 3 章 建立双燃料发动机工作模型 15

3.1. 仿真平台简介 16

3.2. 计算对象及计算网格的划分 16

第 4 章 不同参数对双燃料发动机燃烧排放特性的影响 19

4.1. 引言 19

4.2. 仿真实验方案设计 19

4.3. 不同负荷对双燃料发动机燃烧性能的影响 21

4.4. 天然气替代率对双燃料发动机燃烧性能的影响分析 22

4.4.1 天然气替代率对燃烧性能的影响 22

4.4.2 天然气替代率对排放性能的影响 23

4.5. EGR率对发动机燃烧和排放性能的影响 24

4.5.1 EGR率对发动机燃烧性能的影响分析 24

4.5.2 EGR率对排放性能的影响 26

4.6. 进气压力对发动机燃烧性能的影响分析 27

4.7. 进气温度对发动机燃烧性能的影响分析 28

4.8. 喷油提前角对发动机燃烧性能的影响分析 29

4.8.1 喷油提前角对燃烧性能的影响 29

4.8.2 喷油提前角对排放性能的影响 31

4.9. 本章小结 31

第 5 章 结论与展望 32

5.1. 主要成果与结论 32

5.2. 前景及研究方向展望 33

参考文献 35

致谢 38

绪论

研究背景及意义

理论意义

气体燃料发动机主要指以可燃性气体燃烧产生的能量作为动力的一类内燃机。气体燃料技术的日趋成熟以及气体燃料的广泛使用已使双燃料发动机逐渐取代传统发动机，因此双燃料发动机属于气体燃料发动机的范畴。相对于气体燃料发动机而言柴油机具有扭矩相对更大、热效率高等特点。正应如此柴油机在中型和重型作业中表现突出，得到了众多行业的青睐。然而，传统天然气发动机的受爆震限制低由于自身较低的充气效率从而无法满足预期的动力要求，其优点尚未得到充分利用。通过对机器的进一步改进优化，对柴油机的排放和效率都起到了一定的良好影响，这已成为国际发展的重要方向。

采用双燃料的燃烧方式与采用纯柴油的燃烧方式比，具有更多的优势，其中，引燃柴油喷射系统是双燃料发动机最关键的技术之一。通过研究双燃料发动机特性的干扰条件，可以有效改善双燃料发动机的各项性能，有利于进一步深入柴油、天然气双燃料发动机领域技术探索。

现实意义

NOX，THC，CO和PM等在柴油机的排放物中占据了很大比重，各界都已对柴油机排放危害有了充分的认识，出于对环境进行保护的目的国家采取了诸多的方法对其进行抑制，最有代表性的便是各种各样的排放限制法规的设立实施。开发化石燃料的代用资源是世界各国资源研究的研究趋势。我国大气污染最直接的来源就是机动车尾气的大量排放，将柴油汽车改进采用双燃料技术是最经济高效的技术手段之一。

天然气近年来的开发的一种兼顾高效与环保的清洁燃料，更可贵的是天然气不仅储量丰富，而且易于开发、运输。天然气是我国改善汽车尾气排放的重大“功臣”。