低比例甲醇汽油发动机排放建模与预测.pdf

第5期(总第184期) 车用发动机 No．5(SerialNo．184) 2009年10月 VEHlCLEENGINE 0ct．2009 低比例甲醇汽油发动机排放建模与预测 张 霞，张 凡，帅石金，王 志，王建昕 (清华大学汽车工程系汽车安全与节能国家重点实验室，北京 100084) 测量了燃用低比例甲醇汽油的排放成分。使用发动机循环模拟软件Boost耦合化学动力学软件Chemkin，建立了 甲醇汽油发动机循环计算模型并用试验结果进行标定，模拟了甲醇汽油发动机中的常规排放Nq和非常规排放 甲醛的生成情况。模拟结果表明，在相同工况条件下，随着甲醇比例的增大，甲醛排放基本呈线性增长。发动机负 荷对甲醛排放影响不大，Nq排放主要受空燃比和燃烧温度彩响。 关键词：甲醇汽油；排放；甲醛；数值模拟 中图分类号：TK421．5文献标志码：B 文章编号：1001-2222(2009)05—0044—05 我国是一个“贫油、少气、富煤”的国家，甲醇作 c)工质为理想气体，其比热容和内能等只与其 为一种代用燃料，具有与汽油近似的燃烧性能，并且 本身的物性和温度有关。 具有辛烷值高、抗爆性好、资源丰富、成本低、运输方 1．1．2燃烧模型 便等优点。大量试验表明，低比例甲醇汽油在动力 发动机属外部混合模式，采用Vibe双区模型模 性等方面与汽油相近，可以不对发动机进行改造直 拟燃烧放热过程。已燃区和未燃区分别描述了火焰 接用于汽油发动机。虽然甲醇燃烧产生的常规排放 前锋面后的燃烧产物及前锋面前的油气混合物。放 热率用Vibe函数确定。 HC，NO。，CO较汽油少，但易产生非常规排放物甲 醛，对人体有害，这是在甲醇替代燃料应用中必须解 Vibe函数为 决的主要问题之一。甲醇燃烧产生甲醛的过程主要 面dx一蠡(m+1)．y“·e_∥”， 受燃烧温度和0。浓度的影响，并受化学反应动力 学控制，因而可以用化学动力学软件Chemkin模拟 dz=詈， 研究其燃烧排放机理。 本研究利用先进的FTIR傅里叶变换红外光谱 y=繁， 多组分分析仪测量了发动机的多种常规排放和非常 规排放物。利用发动机循环模拟软件Boost建立甲 z=』面dx·dtol--e-∥州)。 醇汽油发动机缸内准维燃烧模型，并耦合化学动力 式中，Q为总燃油热量，9为曲轴转角，铷为燃烧起 学，建立了与燃烧实际情况更为接近的燃烧模型，模 始点，△纯为燃烧持续期，m为形状参数，口为Vibe 拟了缸内常规排放物N0，和非常规排放物甲醛的 参数(当a=6．9时表示完全燃烧)，X为已燃燃油质 生成过程。 量分数。 在进排气门均关闭时考虑质量守恒、能量守恒 1 发动机计算模型 以及化学平衡。质量守恒方程： 1．1 模型建立 mm=仇ub+优b。 1．1．1 模型假设 式中，玑。为混合气总质量，m。-为未燃区质量，桃为 a)采用预混模式，燃料进入气缸前混合完全均匀； 已燃区质量。已燃区质量可以通过Vibe函数得出： o b)混合气质量守恒，但各组分发生化学反应，