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面对当前能源危机、环境污染的紧迫形势,发展节能、环保的车用替代燃料已成为迫切需求。以焦炉气作为车用燃料,不仅可以缓解能源紧缺危机,同时还可以降低汽车尾气排放。焦炉气经甲烷化处理后得到由氢气(体积比55%)和甲烷(体积比45%)组成的混合气,可视为55%HCNG燃料。本文研究了高压缩比HCNG发动机稀薄燃烧性能以及回火特性。(1)为了研究压缩比对HCNG发动机稀燃整机性能以及缸内燃烧过程的影响,同时避免发生回火,利用GT-VTRAIN软件,在原机30oCA气门重叠角的基础上,重新设计了14oCA和0oCA气门重叠角的气门升程曲线,并对其整机性能进行预测分析;分别利用AVL-Boost和AVL-Fire,建立ε=10、11、12,气门重叠角为0oCA的HCNG发动机整机性能仿真模型和缸内燃烧仿真模型;通过AVL-Fire缸内燃烧模型,计算得出各工况下的示功图和燃烧放热率,并利用MATLAB软件对数据进行处理,得到MBT点和m值(韦伯燃烧函数参数),为整机性能模拟参数的设置奠定基础;利用AVL-Boost和AVL-Fire模型,研究压缩比对HCNG发动机稀燃整机性能以及缸内燃烧过程的影响。整机性能仿真结果表明:压缩比越高,转矩、指示热效率以及NOx排放越高,有效燃料消耗率越低。随着过量空气系数从1.0逐渐增大到2.0,转矩逐渐减小;指示热效率呈先上升后下降的趋势,且在φa=1.6~1.8区间内出现峰值;NOx排放呈先上升后下降的趋势,且在φa=1.2时均达到最大值;有效燃料消耗率呈先下降后上升的趋势。当ε=10、11时,dp/dφ<0.25MPa/(oCA),在正常值范围内;ε=12时,dp/dφ>0.25MPa/(oCA)。综合上述性能分析,压缩比增大到11时较为理想。缸内燃烧仿真结果表明:压缩比越高,火焰传播速度越快、缸内温度最大值越高,NOx排放量越高;随着燃烧趋近于结束,缸内温度逐渐降低,且压缩比越高,温度下降速度越快。(2)为了研究进气道喷射式高压缩比稀燃HCNG发动机回火问题,利用AVL-Fire,建立ε=10、11,气门重叠角为30oCA、14oCA的HCNG发动机缸内燃烧仿真模型,结合发动机回火工况试验进行研究。仿真结果表明:由于气门重叠期较大,压缩比提高,导致高温废气回流到进气道,这是造成回火的原因之一;由于排气冲程末端的无效点火,进一步提高了进气门附近的温度,从而加大了回火趋势;上述两个原因是高压缩比稀燃HCNG发动机回火的主要原因。在n=1600r/min,MAP=90kPa,θig=16oCA BTDC,φa=1.6,ε=11工况下、气门重叠角为30oCA时,功率为42.74kW,充气效率为70.83%;当气门重叠角减小为0oCA时功率为40.60kW,下降了5.01%,充气效率为68.93%,下降了2.68%;且当气门重叠角为0oCA时,可有效避免回火的发生。