天然气发动机燃烧与排放研究

《天然气发动机燃烧与排放研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、天津大学硕士学位论文天然气发动机燃烧与排放研究ResearchonCombustionandEmissionCharacteristicsofaNaturalGasEngine学科专业：动力工程研究生：林钰指导教师：何邦全副教授企业导师：李天津高级工程师天津大学机械工程学院2017年12月万方数据万方数据摘要天然气作为一种十分重要的替代燃料，在内燃机领域得到了广泛的应用。但是，车用天然气发动机要满足最严格的排放法规。为了保护生态环境，车用发动机的第六阶段排放标准很快会实施。与国五标准相比，国六排放标准的氮氧化物限值降低了约80%。为适应不同阶段排放法

2、规的要求，天然气发动机可采用稀燃和理论空燃比混合气两大类技术路线。为此，本文利用模拟和试验方法，研究了燃用稀燃和理论空气比混合气天然气发动机的燃烧和排放特性。本文利用Converge软件，分别建立了天然气发动机在使用稀燃与理论空燃比混合气两种燃烧模式下的模型,并进行了试验验证。在此基础上，分别模拟了这两种技术路线下的燃烧过程和氮氧化物的生成历程，探讨了这两种燃烧模式改善天然气发动机性能的潜力，为天然气发动机开发提供技术方案。同时，对燃用稀燃和理论空燃比混合气天然气发动机的排放性能和经济性进行了试验研究。研究结果表明：点火提前角的增大会使发动机的燃气消

3、耗率和排气温度同时降低，但会导致其氮氧化物(NOX)和未燃碳氢(HC)排放量的增加。增大点火提前角使稀薄天然气发动机一氧化碳(CO)排放增加，而它对使用理论空燃比混合气的天然气发动机CO排放影响较小。过量空气系数是影响稀燃天然气发动机排放的重要参数。增大过量空气系数可以有效地降低它的NOX排放及排气温度，但会增大其HC和CO排放。每一个工况点都有一个最低燃气消耗率的最优过量空气系数。废气再循环(EGR)是影响燃用理论空燃比天然气发动机的重要因素。EGR可以有效地降低发动机的NOX排放及排气温度，CO排放略微降低，HC变化不大。此外，米勒循环由于增加了

4、天然气发动机的燃烧持续期，也可以有效地降低NOX和HC排放。为了得到最优的发动机排放和燃油经济性，需要对点火提前角及过量空气系数进行优化配合。根据天然气发动机混合气浓度选取路线的不同，再确定是否选择米勒循环或者EGR等手段来综合提升发动机的性能。关键词：天然气，发动机，稀燃，理论空燃比，排放I万方数据ABSTRACTNaturalgas,asanimportantalternativefuel,hasbeenwidelyusedininternalcombustionengines.However,naturalgasenginesforvehicl

5、eshouldmeetthestringentemissionstandards.Inordertoprotectecologicalenvironment,theChinaVIemissionstandardsforvehicleengineswillsoonbeimplemented.ComparedwithChinaVemissionstandards,nitrogenoxides(NOX)emissionlimitintheChinaVIemissionstandardswillbereducedbyabout80%.Tomeettheeng

6、ineemissionregulationsindifferentstages,naturalgasenginescanselecttwodifferenttechnologyroutes,i.e.,lean-burnandstoichiometricmixture.Therefore,thecombustionandemissionscharacteristicsofanaturalgasenginewerestudiedonthebasisofsimulationandexperiments.Inthisstudy,themodelsforale

7、anburn/stoichiometricnaturalgasenginewereestablishedandvalidated.Then,thecombustionprocessesinthecylinderandthegenerationofNOXweresimulatedandanalyzedtofindthepotentialfortheimprovementofthenaturalgasengine’sperformancesinthelean-burn/stoichiometricconditionsandpossibletechnica

8、lsolutionsforthedevelopmentofanaturalgasengine.Meanwhi