天然氣發(fā)動機排放特性及控制研究.pdf

1、汽車保有量的持續(xù)增加給傳統(tǒng)的燃油供給造成巨大壓力，同時引發(fā)的環(huán)境污染也被更多的關注。天然氣具有來源廣、污染少等優(yōu)勢而越來越多的被應用為汽車發(fā)動機燃料。隨著排放法規(guī)的日益嚴格，研究天然氣發(fā)動機排放物的生成和控制具有重要意義。通過合理的缸內燃燒能夠減少排氣污染物的生成量，結合后處理裝置的催化轉化作用可以使最終的排放污染物達到很低的水平，研究燃燒參數(shù)對天然氣發(fā)動機的排放控制具有重要指導作用。
　　采用當量空燃比燃燒結合EGR技術和三效催

2、化器的應用是天然氣發(fā)動機實現(xiàn)超低排放的主要技術路線之一，科學合理的燃燒控制方式與后處理之間的匹配以實現(xiàn)催化器的最佳效能是目前研究的重要課題。發(fā)動機的燃燒受到氣體成分、點火時刻等各種因素的影響，這些因素的改變會使得排氣的成分、溫度及壓力等產(chǎn)生變化，而三效催化器的工作也必須要考慮到入口氣體成分、工作溫度等。因此本文以一款采用當量空燃比燃燒結合EGR和TWC的渦輪增壓天然氣發(fā)動機為對象，對不同燃燒控制參數(shù)進行了研究分析。
　　通過GT-

3、power根據(jù)發(fā)動機樣機提供的參數(shù)搭建天然氣發(fā)動機的仿真模型進行數(shù)值計算，并利用試驗臺架的試驗數(shù)據(jù)進行校準，得到可靠的仿真模型;根據(jù)三效催化器的空燃比特性試驗數(shù)據(jù)構建了針對天然氣燃燒污染物的化學機理，使得三效催化器在特定溫度和空氣組分下模擬得到的催化轉化性能與試驗所得數(shù)據(jù)相符。提出了自己的仿真研究方案，將發(fā)動機的排放預測與三效催化器的轉化模擬結合起來，形成了完整的天然氣發(fā)動機低排放研究的數(shù)值計算流程。
　　試驗測取了初步控制參數(shù)下

4、的燃燒壓力和排放數(shù)據(jù)，對不同工況所使用的EGR率和點火策略進行了詳細說明，根據(jù)燃燒壓力及控制參數(shù)分析了不同工況的排放變化規(guī)律。仿真部分則針對特定工況的控制參數(shù)進行了研究，以1100r/min、50％負荷，1500r/min、50％負荷和1500r/min、100％負荷三個工況為例，對比分析了空燃比、EGR率及點火提前角三種獨立因素的變化分別對發(fā)動機排放物CO、HC、NOx的生成的影響及對應三效催化器催化特性的影響。得到了不同控制參數(shù)分別

5、對與三種排放物的影響規(guī)律及影響程度。以DOE模擬得到空燃比、EGR率及點火提前角三種參數(shù)對排放和催化的相關性影響規(guī)律。
　　根據(jù)模擬得到的三種控制參數(shù)對排放及催化的獨立影響規(guī)律和綜合影響規(guī)律提出了控制排放的優(yōu)化策略，包括高效催化空燃比的確定，EGR和點火時刻的調整。采用新的控制方案進行WHSC工況點的排放數(shù)值計算，對比原始控制方案的試驗測量數(shù)據(jù)，最終的排放NOx濃度明顯降低，CO能夠保持在很低的水平，HC有較小程度的減少，天然氣發(fā)