基于RCCI的柴油-天然气-氢气三燃料发动机整机性能研究

doi:10.19562/j.chinasae.qcgc.2023.07.010

摘要/Abstract

摘要：

随着环境污染和能源消耗问题的日益严重，寻求清洁可替代燃料与新型燃烧技术已经逐渐成为当今发动机的研究重点。本文对一台柴油-天然气-氢气三燃料RCCI发动机进行数值模拟计算，探究了不同氢气添加比例对发动机整机性能的影响。研究结果表明，随着氢气添加比例的增加，缸内混合气的燃烧速率显著提升，缸内压力峰值逐渐增加且出现峰值的相位提前，缸内平均温度增加；同时，发动机指示热效率增加，等效指示燃油消耗率减小，发动机的燃油经济性得到提升；由于压力升高率与声响强度在可允许的范围内，发动机的运行工况良好；另外，排气温度会随氢气添加比例的增加而降低，废气能量呈现下降趋势。综合来看，适当增加氢气添加比例，对改善发动机的整机性能有利。

关键词: RCCI, 三燃料, 发动机, 氢气, 整机性能

Abstract:

With the increasingly serious problems of environmental pollution and energy consumption， the search for clean alternative fuels and new combustion technologies has gradually become the focus of engine research. In this paper， a diesel natural gas hydrogen three fuel RCCI internal combustion engine is numerically simulated， and the effect of different hydrogen ratios on the engine performance is discussed. The results show that with the increase of hydrogen addition ratio， the combustion rate of the in cylinder mixture is significantly increased， the peak pressure in the cylinder gradually increases， and the phase of the peak value is advanced， with the average temperature in the cylinder increased. Meanwhile， the indicated thermal efficiency of the engine increases， and the equivalent indicated fuel consumption rate decreases， which improves the fuel economy of the engine. Because the pressure rise rate and the sound intensity are within the allowable range， the engine operates well. In addition， the exhaust gas temperature decreases with the increase of hydrogen addition ratio， and the exhaust gas energy shows a downward trend. In general， appropriate increase of the hydrogen addition proportion is beneficial to improve the overall performance of the engine.

Key words: RCCI, three fuel, engine, hydrogen, overall performance

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图/表 13

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参考文献 24

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参数	数值
发动机类型	单缸四冲程
功率	200-298 kW@2 100 r/min
缸径	111 mm
冲程	145 mm
连杆长度	232 mm
容积排量	842 cm³
燃烧室容积	19.7 cm³
压缩比	15.6
涡流比	2.7
喷孔直径	0.09 mm
喷孔数	6
喷孔包角	152°
喷油压力	100 MPa
喷油温度	303 K
进气阀开启时刻	393゜ CA BTDC
进气阀关闭时刻	135゜ CA BTDC
排气阀开启时刻	102゜ CA ATDC
排气阀关闭时刻	374゜CA ATDC

项目		算例1	算例2	算例3
环境气体质量分数	O₂	0.223 5	0.223 7	0.224 0
	N₂	0.748 3	0.748 9	0.749 8
	CH₄	0.028 2	0.026 6	0.024 2
	H₂	0	0.000 8	0.002 0
氢气替代比例/%		0	20	40
正庚烷质量/mg		2.482 5	2.511 8	2.553 7

条件	区域	温度/K	压力/MPa
初始条件	进气道	323	0.104
	气缸	789.5	0.098
	排气道	789.5	0.098
边界条件	进气口	323
	进气门	480
	排气口	762
	排气门	525
	缸盖	450
	缸壁	450
	活塞	525

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