论文部分内容阅读
在目前世界范围内人们需要解决的两大重要问题是能源与环境。作为化石能源的主要消耗体之一的汽车行业，节能减排已成为其主要话题。本文将排放清洁、经济性较好的天然气发动机与内燃机领域的前沿技术——缸外水喷射技术相结合，运用一维和三维仿真软件对YC6K13N发动机搭建计算模型，对天然气发动机缸外喷水优化发动机参数及燃烧过程进行了较为全面的仿真研究。
GT-POWER和CONVERGE分别是一维和三维领域内适应性较强的仿真软件，本文基于这两个仿真平台搭建的计算模型在几何尺寸及空间结构方面与原机保持较高的一致程度。模型均根据较为详实的台架试验数据进行过细致的标定和验证。结果显示一维和三维模型均能够较好地反映发动机工作过程。在引入缸外喷水后，本文主要通过仿真模拟研究了喷水策略对发动机特性和缸内燃烧过程的影响。针对喷水策略中所包括的喷水量、喷水位置和喷水时刻设计了合理的仿真计算方案。其中，对缸外喷水影响能力较大的变量——喷水量，本文采用GT-POWER与CONVERGE对比仿真分析；对影响能力较小的喷水位置和喷水时刻使用GT-POWER进行模拟计算，获得的模拟仿真结果如下：
缸外喷水中，不同喷水量的影响效果是通过从本质上改变喷入气道内的水的吸热量来使发动机获得不同程度的充量系数提升、缸内最大爆发压力和平均温度的减小以及膨胀压力的提升，进而影响发动机IMEP、比油耗表现以及NOX排放水平。不同喷水位置的影响效果是改变水的吸热重心和缸内燃烧重心所处的相位。喷水时刻则是通过改变水的吸热重心、吸热持续期覆盖范围进而改变缸内燃烧放热重心来对发动机的进气和缸内过程产生一定的影响。另外，本文综合选取了进气行程中期歧管喷水工况点，将发动机点火角提前，其结果显示在保证NOX排放大幅削减的同时能获得更优的动力性能和更接近原机水平的比油耗表现；另外，在同原机不喷水工况的点火角拓展结果的对比中进一步从侧面证明了缸外喷水能有效拓宽发动机爆震边界。
GT-POWER和CONVERGE分别是一维和三维领域内适应性较强的仿真软件，本文基于这两个仿真平台搭建的计算模型在几何尺寸及空间结构方面与原机保持较高的一致程度。模型均根据较为详实的台架试验数据进行过细致的标定和验证。结果显示一维和三维模型均能够较好地反映发动机工作过程。在引入缸外喷水后，本文主要通过仿真模拟研究了喷水策略对发动机特性和缸内燃烧过程的影响。针对喷水策略中所包括的喷水量、喷水位置和喷水时刻设计了合理的仿真计算方案。其中，对缸外喷水影响能力较大的变量——喷水量，本文采用GT-POWER与CONVERGE对比仿真分析；对影响能力较小的喷水位置和喷水时刻使用GT-POWER进行模拟计算，获得的模拟仿真结果如下：
缸外喷水中，不同喷水量的影响效果是通过从本质上改变喷入气道内的水的吸热量来使发动机获得不同程度的充量系数提升、缸内最大爆发压力和平均温度的减小以及膨胀压力的提升，进而影响发动机IMEP、比油耗表现以及NOX排放水平。不同喷水位置的影响效果是改变水的吸热重心和缸内燃烧重心所处的相位。喷水时刻则是通过改变水的吸热重心、吸热持续期覆盖范围进而改变缸内燃烧放热重心来对发动机的进气和缸内过程产生一定的影响。另外，本文综合选取了进气行程中期歧管喷水工况点，将发动机点火角提前，其结果显示在保证NOX排放大幅削减的同时能获得更优的动力性能和更接近原机水平的比油耗表现；另外，在同原机不喷水工况的点火角拓展结果的对比中进一步从侧面证明了缸外喷水能有效拓宽发动机爆震边界。