天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)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(shí)引發(fā)的環(huán)境污染也被更多的關(guān)注。天然氣具有來源廣、污染少等優(yōu)勢(shì)而越來越多的被應(yīng)用為汽車發(fā)動(dòng)機(jī)燃料。隨著排放法規(guī)的日益嚴(yán)格，研究天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)排放物的生成和控制具有重要意義。通過合理的缸內(nèi)燃燒能夠減少排氣污染物的生成量，結(jié)合后處理裝置的催化轉(zhuǎn)化作用可以使最終的排放污染物達(dá)到很低的水平，研究燃燒參數(shù)對(duì)天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)的排放控制具有重要指導(dǎo)作用。
　　采用當(dāng)量空燃比燃燒結(jié)合EGR技術(shù)和三效催

2、化器的應(yīng)用是天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)超低排放的主要技術(shù)路線之一，科學(xué)合理的燃燒控制方式與后處理之間的匹配以實(shí)現(xiàn)催化器的最佳效能是目前研究的重要課題。發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒受到氣體成分、點(diǎn)火時(shí)刻等各種因素的影響，這些因素的改變會(huì)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(dāng)量空燃比燃燒結(jié)合EGR和TWC的渦輪增壓天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)為對(duì)象，對(duì)不同燃燒控制參數(shù)進(jìn)行了研究分析。
　　通過GT-

3、power根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)樣機(jī)提供的參數(shù)搭建天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)的仿真模型進(jìn)行數(shù)值計(jì)算，并利用試驗(yàn)臺(tái)架的試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行校準(zhǔn)，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(yàn)數(shù)據(jù)構(gòu)建了針對(duì)天然氣燃燒污染物的化學(xué)機(jī)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(zhuǎn)化性能與試驗(yàn)所得數(shù)據(jù)相符。提出了自己的仿真研究方案，將發(fā)動(dòng)機(jī)的排放預(yù)測(cè)與三效催化器的轉(zhuǎn)化模擬結(jié)合起來，形成了完整的天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)低排放研究的數(shù)值計(jì)算流程。
　　試驗(yàn)測(cè)取了初步控制參數(shù)下

4、的燃燒壓力和排放數(shù)據(jù)，對(duì)不同工況所使用的EGR率和點(diǎn)火策略進(jìn)行了詳細(xì)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(duì)特定工況的控制參數(shù)進(jìn)行了研究，以1100r/min、50％負(fù)荷，1500r/min、50％負(fù)荷和1500r/min、100％負(fù)荷三個(gè)工況為例，對(duì)比分析了空燃比、EGR率及點(diǎn)火提前角三種獨(dú)立因素的變化分別對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)排放物CO、HC、NOx的生成的影響及對(duì)應(yīng)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(duì)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(diǎn)火提前角三種參數(shù)對(duì)排放和催化的相關(guān)性影響規(guī)律。
　　根據(jù)模擬得到的三種控制參數(shù)對(duì)排放及催化的獨(dú)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(diǎn)火時(shí)刻的調(diào)整。采用新的控制方案進(jìn)行WHSC工況點(diǎn)的排放數(shù)值計(jì)算，對(duì)比原始控制方案的試驗(yàn)測(cè)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)