紀(jì)文曉 馬晨陽

（重慶交通大學(xué)，重慶 401120）

將汽油機(jī)改為天然氣發(fā)動(dòng)，在壓縮比不變的情況下發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性下降10%～22%左右。天然氣辛烷值130，有較好的抗爆性，因而可以提高發(fā)動(dòng)機(jī)壓縮比進(jìn)而提高發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性，同時(shí)CO和HC排放也會(huì)降低。

本文建立了該款發(fā)動(dòng)機(jī)的一維模型，并通過實(shí)驗(yàn)參數(shù)對(duì)其進(jìn)行模型的驗(yàn)證，調(diào)整參數(shù)從而研究壓縮比對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性的影響。

1 CNG發(fā)動(dòng)機(jī)模型的建立和驗(yàn)證

1.1 CNG發(fā)動(dòng)機(jī)模型的建立

模型所用發(fā)動(dòng)機(jī)為四缸多點(diǎn)電控噴射天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)，直列四缸、四沖程，壓縮比為10，缸徑×行程：70×81mm。

表1 5600r/m、壓縮比10 時(shí)實(shí)驗(yàn)值與計(jì)算值對(duì)比

SB1、SB2分別為進(jìn)排氣系統(tǒng)的邊界，主要設(shè)置溫度、壓力、流量系數(shù)和空燃比A/F等系數(shù)。燃燒模型采用Vibo雙區(qū)模型，傳熱模型采用Woschni 1978模型。

1.2 CNG發(fā)動(dòng)機(jī)模型的驗(yàn)證

為了保證所建發(fā)動(dòng)機(jī)模型的準(zhǔn)確性，在5600r/min時(shí)，更改發(fā)動(dòng)機(jī)壓縮比，進(jìn)而對(duì)比試驗(yàn)數(shù)據(jù)與仿真計(jì)算數(shù)據(jù)。主要驗(yàn)證數(shù)據(jù)有功率、扭矩、燃?xì)庀穆剩瑢?duì)比結(jié)果見表1。

結(jié)果表明，仿真值和實(shí)驗(yàn)值誤差在5%左右，缸壓曲線也能較好的擬合，因此此模型具有較好的準(zhǔn)確性，可以通過該模型進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)性能的仿真優(yōu)化設(shè)計(jì)。

2 不同壓縮比發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)外特性的影響

基于AVL BOOST模型，在原機(jī)基礎(chǔ)上，將發(fā)動(dòng)機(jī)壓縮比提高至11.5和12.5，研究不同壓縮比對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)外特性的影響。圖2、圖3為不同壓縮比對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)功率、扭矩和燃?xì)庀穆实挠绊憽?/p>

結(jié)果表明，提高發(fā)動(dòng)機(jī)壓縮比，提高了燃料燃燒的溫度和壓力，燃燒速率加快，發(fā)動(dòng)機(jī)熱效率提高，使得發(fā)動(dòng)機(jī)的功率和扭矩都有所提高，最高提升5%左右，動(dòng)力性增強(qiáng)，如圖3所示。由于燃燒熱效率的提高，使得發(fā)動(dòng)機(jī)燃?xì)庀穆事杂邢陆?，最高下?%左右，改善燃油經(jīng)濟(jì)性，如圖4所示。

結(jié)論

（1）利用AVL BOOST建立了天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)的一維仿真模型，并用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與模型計(jì)算數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，驗(yàn)證了模型的準(zhǔn)確性。

（2）在一定范圍內(nèi)，隨著壓縮比的提高，功率和扭矩均有增加，動(dòng)力性增強(qiáng)；同時(shí)燃?xì)庀穆视兴陆担兄诮?jīng)濟(jì)性的改善。

[1] Girma Tadesse, A. Rashid A. Aziz. Effect of BOOST Pressure on Engine Performance and Exhaust Emissions in Direct-Injection Compressed Natural Gas （CNG-DI） Spark Ignition Engine. SAE Technical Paper, 2009-32-0135.

[2]孫慧慧，王天友，張海巖.高壓縮比稀薄燃燒天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒與排放特性[J].天然氣工業(yè)，2013，33（02）.