米勒循环在船用大功率天然气发动机的应用

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1、第53卷第9期农业装备与车辆工程2015年9月Vo第l．5353卷第No．99期AGRICULTURALEQUIPMENT&VEHICLEENGINEERINGSeptember2015doi：10．3969／j．issn．1673－3142．2015．09．004米勒循环在船用大功率天然气发动机的应用于华，李孟涵（250061山东省济南市山东大学能源与动力工程学院）［摘要］用GT-Power建立了某200型天然气发动机工作过程的仿真模型，计算结果表明，仅采用不同的气门升程曲线以获得的不同强度的米勒

2、循环并不能实现米勒循环的各项优点，会导致功率、扭矩、充量系数的严重降低及有效燃气消耗率的升高。采用重新标定的米勒循环后，发动机的最大爆发压力最多可降低5.13bar，最高燃烧温度可降低98K，NOx的排放量为最大值的52.5%。［关键词］天然气发动机；米勒循环；燃烧温度；排放量［中图分类号］TK437［文献标志码］A［文章编号］1673-3142(2015)09-0013-04ApplicationofMillerCycleonHighPowerMarineCNGEngineYuHua，LiMeng

3、han（SchoolofEnergyandPowerEngineering，ShandongUniversity，JinanCity，ShandongProvince250061，China）［Abstract］Thenumericalsimulationmodeloftheworkingprocessfor200CNGenginewasbuiltbasedonGT－Powersoftware．Calculationresultsindicatedthat：Millercyclesofdiffere

4、ntstrengthsobtainedbyusingdifferentvalveliftcurvescan’trealizetheexpectedadvantages．Onthecontrary，thepoweroutput，torqueaswellasbrakespecificfuelconsumptionaremarkedlydeterioratedowingtothereducedvolumetricefficiencyofintakecharge．Byadoptionofthere－cali

5、bratedmillercycleswithimprovedboostpressure，thepeakin－cylinderpressuredecreasesby5．13bar，maximumcombustiontemperaturedecreasesby98KandemissionsofNOxisreducedto52．5％ofthemaximumvalue．［Keywords］CNGengine；millercycle；maximumcombustiontemperature；emission0

6、引言后，不同米勒循环强度对最大爆发压力、缸内最高燃烧温度和NOx排放的影响。随着能源危机及环境污染的日益加剧，天然气作为一种资源丰富、价格便宜、排放污染低的燃1建立计算模型料，是继煤、石油之后的第三大能源，已经成为未根据该天然气发动机各部件的结构参数和运[1]来发动机的首选燃料。随着更为严苛的排放法规行参数，运用GT-Power软件搭建的仿真模型如图的实施，米勒循环作为一种达到排放标准的技术1所示。仿真模型主要由气缸、进气系统、排气系方法被使用。米勒循环是通过改变进气门的关闭统、涡轮增压器等几部分组

7、成。空气从进气环境边[2]角度使有效压缩比小于膨胀比，可以降低发动机界以一定的压力和温度先经过空气滤清器进入压的缸内压力和温度，有效降低发动机的氮氧化物气机，增压压缩后，再进入进气歧管、进气道。燃气[3-4]排放，缸内温度的降低还可以降低气缸向气缸喷射方式为进气道多点喷射，即每个气缸有一个[5-6]壁的传热，降低传热损失，提高热效率。本文以单独的天然气喷射器，燃料被直接喷入各个气缸一台缸径为200mm的船用六缸直列四冲程涡轮对应气道的进气门前。天然气由喷嘴喷射到进气增压中冷天然气发动机为研究对象，用

8、GT-Power道，与空气混合后一同进入发动机气缸，在气缸中软件进行了仿真模拟，分析了不同气门关闭角度混合气被火花塞引燃，推动活塞做功，产生的废气对发动机功率、扭矩、有效燃油消耗率、充量系数经过排气道、排气歧管、涡轮，最后经排气边界排的影响，并分析了提高增压压力以弥补因气门提出。模型中的管路是通过GEM3D进行的离散化，前关闭而造成的做功能力的下降、燃气经济性差将复杂的管路离散成小部件，可以使计算结果更为精确。燃烧模型选择EngCylCombSIWiebe模型，即单韦