基于负阀重叠EGR策略的HCNG发动机仿真.pdf

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1、第3期(总第218期)车用发动机No．3(Seria1No．218)2015年6月VEHICLEENGINEJun．2015基于负阀重叠EGR策略的HCNG发动机仿真袁俊勇，何义团，周磊，汪亚芳，纪文晓，邵毅明(重庆交通大学交通运输工程重点实验室，重庆400074)摘要：为降低HCNG发动机NO排放，采用负阀重叠EGR策略，利用AVL—Fire软件时HCNG发动机不同进气门开启角(0Iv(】)下的进气过程和燃烧过程进行了三维仿真计算，对比分析了采用负阀重叠前后发动机缸内EGR分布和燃烧过程。仿真结果表明：负阀重叠EGR策略

2、下，排气门关闭角(0Evc)固定为340。曲轴转角不变，当日。v。为380。曲轴转角时，既可避免发生回火又能保证一定的进气量及充气效率；采用负阀重叠后，在压缩冲程后期，缸内EGR率呈梯度分布(靠近火花塞位置EGR率较低)，更有利于着火及火焰传播；采用负阀重叠可降低缸内最高燃烧压力及最高温度，但会减少进入气缸的新鲜工质，降低发动机功率；通过负阀重叠实现内部EGR可降低NO排放，但会导致着火困难，燃烧速度变慢；提高点火能量可缩短着火落后期和燃烧持续期，加快燃烧速度。关键词：氢发动机；天然气发动机；负阀重叠；废气再循环；仿真DO

3、I：l0．3969／j．issn．1001—2222．2015．03．014中图分类号：TK433．44文献标志码：B文章编号：1001—2222(2O15)03—0065-05近年来，在石油资源短缺与环境污染的双重压定时对HCNG发动机内部EGR燃烧特性分析具有力下，寻找车用石油替代燃料成为我国汽车工业继重要意义。续发展的重点。天然气掺氢(HCNG)燃料综合了氢本研究利用CFD三维仿真方法对HCNG发动气燃烧清洁和天然气储量丰富的优点，被认为是一机内部EGR下的进气过程和燃烧过程进行研究。种很有潜力的发动机替代燃料。清华

4、大学马凡华1模型的建立及验证等[】]研究表明：天然气掺氢后发动机热效率提高，HC排放下降，NO排放有所增加。因此，面对日益1．1HCNG发动机三维仿真模型的建立严格的排放法规，HCNG发动机NO排放问题还建立三维仿真计算模型的原机为HCNG发动有待解决。机，其主要技术参数见表1。原发动机的气门重废气再循环(EGR)技术作为一种降低NO的叠角为30。曲轴转角，模拟过程中定义720。曲轴转角主要途径，可有效降低HCNG发动机的NO排放。表1原机主要性能参数按照废气的循环方式，EGR可分为内部EGR和外型式立式、直列、水冷、四冲

5、程部EGR两种模式。负阀重叠内部EGR策略通过气缸数6排气门早关和进气门晚开形成负阀重叠角(0、，。)，缸径／mmlO5使得缸内滞留一定量的废气，与传统的外部导人废行程／ram12O气相比，不仅具有废气体积稀释作用，同时其更高的压缩比10：1温度可以降低进气密度以产生更显著的稀释标定功率／kW154效果。标定功率转速／r·min2800排气门早关是废气滞留的主要原因，而滞留的最大扭矩／N·m62O高温废气势必会阻碍进气过程，甚至增大回火的可最大扭矩转速／r·min16OO能性[6。]。因此研究排气门早关策略下进气门开启收稿

6、日期：2014—11—10；修回日期：2015-01—12基金项目：国家“863”基金项目(2012AA111718)；重庆交通大学研究生教育创新基金资助项目(20130126)作者简介：袁俊勇(199O一)，男，硕士，主要研究方向为发动机性能模拟；yuanjunyong90@163．corn。通讯作者：何义团(1977一)。男，教授，博士，主要研究方向为内燃机代用燃料；heyituan@163．corn。车用发动机2015年第3期为压缩上止点。根据原配气机构参数，通过配气机空气中氧气的质量分数为23．2％，由反应方程构专

7、用设计软件GTVtrain，设计得到排气门早关式可得甲烷完全燃烧的化学计量比为20。曲轴转角时对应的4组不同进气门开启时刻的，／'CH4一一丽]一一17．’24。配气相位，具体配气相位方案见表2，其中，0vc，0vt、分别表示排气门开启角、排气门关闭氢气完全燃烧的化学计量比为角、进气门开启角及进气门关闭角。====34．48。表2配气相位方案本研究的HCNG燃料中氢气体积比一20，因此化学当量比工况所对应的空燃比为&一H2+(1一q)zcH4—34．48一17．76。缸内三维仿真需要设置活塞顶部、气缸盖壁面、缸套壁面等温度

8、(见表3)，温度初始值根据缸压、冷却水温度、排气温度等试验数据按照能量守恒方程进行估算得到。模拟过程中，发动机整个工作循环包括以下表3边界条件4个不同的计算域：1)进气道+燃烧室+排气道(气门重叠期)；2)进气道+燃烧室(进气过程)；3)燃烧室(压缩燃烧过程)；4)排气道+燃烧室(排气过程)。图l示出建