稀燃天然气掺氢发动机循环变动的试验研究

对火花点火天然气发动机而言,稀燃是提高发动机燃油经济性和降低发动机排放的一种有效途径,但稀燃导致的循环变动是拓宽稀燃极限的一个主要限制因素,在天然气中掺混氢气作为燃料,可解决稀燃工况下循环变动过大的问题。为了研究掺氢对发动机循环变动影响,选取纯天然气和掺氢体积比为20%的天然气掺氢燃料,在6缸进气道喷射增压稀燃天然气发动机上进行不同点火提前角和空燃比工况下的试验研究。通过对缸内压力特性参数、燃烧特性参数以及排放数据的分析,结果表明:掺氢可有效降低发动机最高压力循环变动和平均指示压力循环变动,在稀燃情况下效果更为明显;掺氢可降低火焰发展期和燃烧持续期及其循环变动;在稀燃工况下,掺氢对控制发动机NOx及未燃HC排放有利。

点燃式HCNG发动机一维数值模拟研究

利用AVL BOOST软件建立天然气掺氢(HCNG)发动机的整机工作过程一维模拟模型,通过与试验结果对比,证明了模型的适用性和准确性。并对HCNG发动机进行了一系列的变参数分析研究,主要变化参数包括体积掺氢比、负荷、压缩比及配气相位。模拟计算结果表明:提高掺氢比和负荷可提高缸内燃烧温度,使传热损失和NOx排放增加;提高压缩比有利发动机的动力性和经济性;进气迟闭角和排气提前角相位对发动机的动力性和经济性有较大影响。

天然气发动机掺氢20%时瞬态排放性能研究

对天然气发动机掺氢20%(体积比)的瞬态性能进行了研究。主要研究包括不同催化器ETC循环排放的对比、不同加速加浓因子的排放对比以及20%天然气掺氢发动机(HCNG)与纯天然气发动机的排放对比。试验结果表明:三种催化器都能使天然气掺氢发动机排放达到环境友好型汽车标准。随着加速加浓因子的增大,发动机扭矩跟随性越好,但会造成各种排放同时上升,特别是NOx上升幅度很大。三种氧化型催化转化器转化效率大小排序为:ECOCATⅡ型>国产催化器>ECOCATⅠ型。对于这三种催化器来说,随着催化效率的提高,排气阻力加大,发动机动力性下降,燃料消耗率上升。掺入20%氢气后,在不带催化器的情况下,NOx、CO、NMHC、CH4排放和燃料消耗率相对于原天然气发动机分别下降51%、36%6、0%4、7%和7%。

增压稀燃天然气掺氢发动机排放特性

为了研究20％掺氢比的增压稀燃天然气掺氢（HCNG）发动机的排放特性，通过对发动机进行了空燃比和点火提前角调整试验、ETC循环测试试验和加装氧化型催化器试验，获得了20％HCNG发动机的排放规律。CH4排放随着空燃比的增大先减少后增加；CO排放在高于理论空燃比后骤减；NOx排放随着空燃比的增大先增加后减少，在空燃比19～21左右达到最大值，1600～1800r／min时最低。CO、NOx随着点火提前角的增大而增加；CH4随着点火提前角的增大略有增加，并且点火提前角越大，对CH4排放的影响越小。加装催化器后，CO、CH4的转化效率均〉90％。试验结果表明：增压稀燃和氧化型催化器相结合是天然气掺氢发动机节能减排的有效方案。

增压稀燃天然气掺氢发动机稳态标定

以东风EQD210N—20天然气发动机为原型机,在燃用体积掺氢比为20%的HCNG燃料的条件下,根据某公司电控系统的相关资料,分析了电控系统内部的控制策略,结合HCNG燃料自身的特点,对HCNG发动机进行稳态工况标定。外特性和其他工况采用不同的空燃比控制策略以使标定后的电控系统可以同样适用于HC-NG发动机,并且标定后的HCNG发动机满足国Ⅲ排放标准,其动力性和经济性与原型机水平相当。

汽油机进气道参数化优化设计

针对汽油机进气道性能对缸内空气流动影响较大、传统经验优化主观性强且效率较低的问题,提出了一种基于气道局部变形及旋转的参数化优化方法。采用控制点对进气道局部变形及整体旋转进行控制从而实现进气道变形的参数化,并采用粒子图像测速对该模型进行了验证。对各控制变量及优化目标进行实验设计及贡献度分析,识别出对流量系数及滚流比贡献度较大的控制变量。以提高流量系数及滚流比为目标,采用第二代非劣排序遗传算法对识别的控制变量进行多目标优化,根据寻优结果得到性能最优的进气道几何模型。结果表明:优化后的进气道在滚流比基本不变的情况下,流量系数由0.490变为0.526,提升了7.35%,优化效果较好。所提方法能够一次性得到接近理论帕累托前沿的最优解集,并根据需求选择最优的进气道几何模型,实用性较强且效率较高。

发动机水套缸垫水孔局部参数化优化设计

针对发动机水套缸垫水孔布置对冷却液流动影响较大,传统经验优化需要反复实验且主观性强、效率较低的问题,提出了一种缸垫水孔局部参数化的优化方法:建立缸垫水孔局部参数化的水套冷却模型并对该建模方法进行了实验验证;对水套流动及换热进行求解,基于最优拉丁超立方设计和响应面模型(RSM),建立了各关注量与缸垫水孔半径的近似模型并进行了验证;利用该近似模型约束各部分水路流量,以提高鼻梁区对流换热系数(HTC)、降低HTC不均匀度及压损为目标,应用相邻繁殖遗传算法(NCGA)对缸垫水孔的半径进行了优化。研究结果表明:缸垫水孔局部参数化建模方法简单且据实验表明可信度较高;通过实验设计及RSM建立的近似模型能够很好地对各目标值进行预测;利用该近似模型进行优化后,各支路流量分配合理,总压损下降了18.8%,鼻梁区HTC整体提高且不均匀度下降了57.7%。该方法能够一次性得到缸垫水孔的最优解且优化效果显著,避免了传统经验优化的重复性及主观性,效率较高。