废气再循环率及点火时刻对天然气发动机燃烧和排温的影响

施东晓，郭立新，钟 博，姚春德

(1.天津大学 内燃机燃烧学国家重点实验室，天津 300072；2.中国第一汽车股份有限公司无锡油泵油嘴研究所，无锡 214063)

0 概述

积极发展内燃机清洁替代燃料是应对能源与环境问题的重要措施之一。天然气具有储量丰富、燃烧清洁、辛烷值高、成本低等特点，是理想的替代燃料[1-3]。随着排放法规的日益严格，天然气发动机在商用车领域的应用越来越广泛[4-6]。目前中重型天然气发动机选择当量比燃烧路线达到国六排放限值[7]，与稀燃相比，采用当量比燃烧的发动机缸内燃烧温度高，热效率低，并且高负荷时存在明显爆震倾向[8]。研究表明，高压冷却废气再循环(exhaust gas recirculation， EGR)技术是降低发动机热负荷并抑制爆震倾向的有效措施[9-11]，但再循环废气的添加使得燃烧速度减慢，燃烧相位后移，发动机做功能力下降，通过提前点火可以使得燃烧相位提前以保证燃料的做功能力[12]。目前对EGR的研究主要集中于柴油机或进气道喷射的汽油机，关于EGR率及点火时刻对当量比天然气发动机燃烧过程影响的研究较少。

数值模拟技术在发动机开发过程中发挥显著作用，一维热力学计算模型能够对整机性能进行预测，但对于缸内燃烧过程的计算主要采用零维或准维燃烧模型，计算精度不如三维计算流体动力学(CFD)软件。本研究中针对某台当量比燃烧天然气发动机的功率提升要求，采用三维CFD与一维热力学计算相结合的方式，分析EGR率和点火时刻的协同作用对发动机燃烧与排温的影响规律，在满足动力性与排温限值的条件下寻求EGR率与点火时刻的最优组合，并进一步挖掘该发动机提升功率的潜力，为中重型天然气发动机的开发提供理论依据。……