引燃策略對(duì)天然氣直噴發(fā)動(dòng)機(jī)射流燃燒及排放的影響

魏立江，周思源，路秀偉，余 勝，黃文慶

（上海海事大學(xué) 商船學(xué)院，上海 201306）

0 概述

保持經(jīng)濟(jì)性前提下降低污染物排放水平一直都是內(nèi)燃機(jī)發(fā)展所面臨的巨大挑戰(zhàn)。使用替代燃料被認(rèn)為是降低內(nèi)燃機(jī)排放、緩解能源危機(jī)的重要途徑［1-3］，有潛力的替代燃料包括天然氣、醇類(lèi)、二甲醚、生物柴油和氫氣等［4］。已有研究表明，天然氣作為主要燃料可同時(shí)降低多種污染物排放，氮氧化物（NOx）、二氧化碳（CO2）、硫氧化物（SOx）和顆粒物（particulate matter，PM）可分別降低10%、20%、80% 和80%［4-6］。因此，天然氣已被作為廣泛使用的內(nèi)燃機(jī)替代燃料。在天然氣的多種應(yīng)用方式中，高壓直噴技術(shù)（high pressure direct injection，HPDI）能在保持發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性不變的前提下獲得優(yōu)異的經(jīng)濟(jì)性和排放性［3，7］，且可有效解決天然氣進(jìn)氣預(yù)混導(dǎo)致的甲烷逃逸和爆震問(wèn)題。

近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外陸續(xù)開(kāi)展針對(duì)HPDI 發(fā)動(dòng)機(jī)的研究［8］。文獻(xiàn)［9］中基于一臺(tái)6 缸HPDI 發(fā)動(dòng)機(jī)研究了天然氣噴射定時(shí)與壓力的影響，發(fā)現(xiàn)燃燒持續(xù)期和比油耗隨天然氣噴射提前而減小，NOx排放隨噴射壓力增加而增大。文獻(xiàn)［10］中研究了天然氣分次噴射對(duì)HPDI 發(fā)動(dòng)機(jī)的影響，結(jié)果表明天然氣分次噴射會(huì)降低缸內(nèi)最高燃燒壓力和放熱率，后噴有利于降低NOx和碳?xì)浠衔铮℉C）排放，但會(huì)增加一氧化碳（CO）排放。文獻(xiàn)［11］中運(yùn)用計(jì)算流體力學(xué)（computational fluid dynamics，CFD）方法，探究了引燃柴油（pilot diesel oil，PDO）噴射定時(shí)對(duì)HPDI 發(fā)動(dòng)機(jī)性能與排放的影響，發(fā)現(xiàn)PDO 提前噴射可獲得更高的燃燒效率，但缸內(nèi)壓力升高率急劇升高，NOx排放增加。文獻(xiàn)［12］中仿真探討了引燃柴油與天然氣噴孔相對(duì)交角、相對(duì)距離和相對(duì)夾角對(duì)HPDI 發(fā)動(dòng)機(jī)的影響，發(fā)現(xiàn)通過(guò)改變相對(duì)交角可同時(shí)降低一氧化氮（NO）和碳煙排放，減小相對(duì)夾角會(huì)導(dǎo)致缸內(nèi)平均壓力升高及NOx排放增加。……