苏ICP备112451047180号-6
柴油引燃天然气发动机进气与燃烧系统设计
摘要 以天然气作为柴油的清洁替代能源，可以有效的提高发动机的动力性、燃油经济性和尾气排放水平，所以大力推广、开发和利用清洁燃料天然气，对发动机的节能减排的实现有着重要作用，掀起了新一轮研究对天然气/柴油双燃料发动机的热潮。本文简要的介绍了天然气化学性质稳定、成分单一、资源丰富等作为代用燃料的优势。鉴于天然气/柴油双燃料发动机的国内外研究现状，对天然气/柴油双燃料发动机与原柴油发动机的综合性能进行对比分析。
我选用186F单缸风冷柴油机进行研究进一步分析双燃料发动机。提出186F单缸风冷柴油机改装成天然气/柴油双燃料发动机的燃料供给系统设计方案，对发动机原有结构较小的改动保留原有燃油供给系统，添加一套天然气供给系统。使其以CNG为主要燃料、通过引燃柴油点燃混合气的双燃料发动机。简要介绍了天然气和柴油的供给路线，以及改装的186F供气系统主要零部件的选型及特性。
介绍了FIRE软件功用，列出了模拟计算的基本守恒方程，阐述了几种典型的发动机燃料燃烧模型，根据他们的特点对选用涡破碎模型，点火模型选用Shell模型对发动机的燃烧过程进行计算模拟。以186F风冷单缸柴油机为原型建立内燃机燃烧计算模型生成网格，为了缩短计算时间，取90°角区域划分网格。将186F风冷单缸柴油机在标准（3000r/min、100%负荷）工况下试验与fire软件计算模拟结果进行比较来验证FIRE中所建仿真模型的准确度。根据在3000r/min、100%负荷下改装前后186F发动机的缸内压力变化和瞬时放热率曲线图得出：186F经改装后的压力最大压力的变大，且在最大压力和最大放热率时的曲轴转角的推后。
关键词：双燃料发动机 燃料供给方式 天然气供给系统 缸内压力 瞬时放热率
Design of Natural Gas Intake and Combustion System for Diesel Ignition
Abstract Natural gas as a substitute for diesel energy, effectively improve the engine economy and emission levels, so vigorously promote, develop and use clean fuel gas, the implementation of energy-saving emission reduction engine plays an important role, but also further promote the natural gas / Research on Diesel Dual Fuel Engine.This paper briefly introduces the advantages of natural gas chemical stability, single component, rich resources and so on as the substitute fuel.In view of the domestic and international research status of natural gas / diesel dual fuel engine at home and abroad, the comprehensive performance of natural gas / diesel dual fuel engine and diesel engine is compared and analyzed.
In order to further analyze the dual-fuel engine, I chose 186F single-cylinder air-cooled diesel engine for research.Proposed a set of 186F single-cylinder air-cooled diesel engine converted into natural gas / diesel dual fuel engine fuel supply system design, I retained the original diesel engine fuel supply system, add a set of natural gas supply system.Making it a compressed fuel gas (CNG) as the main fuel, fuel combustion through the diesel fuel combustion of dual fuel combustion engine.The work process of the dual fuel supply system and the selection and characteristics of the main parts of the gas supply system are briefly introduced.
This paper introduces the function of FIRE software, lists the basic conservation equations of simulation calculation, and expounds several typical engine fuel combustion models. According to their characteristics, the vortex crushing model is selected. The ignition model is used to simulate the combustion process of the engine.Taking the 186F air-cooled single-cylinder diesel engine as the prototype to establish the combustion model of the internal combustion engine to generate the grid, in order to shorten the calculation time, take the 90 ° angle area grid.The accuracy of the simulated model of FIRE was verified by comparing the test results with the fire software calculation in the standard (3000r / min, 100% load) condition of the 186F air-cooled single-cylinder diesel engine.According to the curve of the pressure of the 186F air-cooled single-cylinder diesel engine under the conditions of 3000r / min and 100% load, the change of the engine pressure after the modification and the instantaneous heat release rate are obtained, and the pressure and the heat release rate correspond The delay of the crank angle.
Keywords: dual fuel engine; fuel supply; natural gas supply system; cylinder pressure; instantaneous heat release rate
摘要 以天然气作为柴油的清洁替代能源，可以有效的提高发动机的动力性、燃油经济性和尾气排放水平，所以大力推广、开发和利用清洁燃料天然气，对发动机的节能减排的实现有着重要作用，掀起了新一轮研究对天然气/柴油双燃料发动机的热潮。本文简要的介绍了天然气化学性质稳定、成分单一、资源丰富等作为代用燃料的优势。鉴于天然气/柴油双燃料发动机的国内外研究现状，对天然气/柴油双燃料发动机与原柴油发动机的综合性能进行对比分析。
我选用186F单缸风冷柴油机进行研究进一步分析双燃料发动机。提出186F单缸风冷柴油机改装成天然气/柴油双燃料发动机的燃料供给系统设计方案，对发动机原有结构较小的改动保留原有燃油供给系统，添加一套天然气供给系统。使其以CNG为主要燃料、通过引燃柴油点燃混合气的双燃料发动机。简要介绍了天然气和柴油的供给路线，以及改装的186F供气系统主要零部件的选型及特性。
介绍了FIRE软件功用，列出了模拟计算的基本守恒方程，阐述了几种典型的发动机燃料燃烧模型，根据他们的特点对选用涡破碎模型，点火模型选用Shell模型对发动机的燃烧过程进行计算模拟。以186F风冷单缸柴油机为原型建立内燃机燃烧计算模型生成网格，为了缩短计算时间，取90°角区域划分网格。将186F风冷单缸柴油机在标准（3000r/min、100%负荷）工况下试验与fire软件计算模拟结果进行比较来验证FIRE中所建仿真模型的准确度。根据在3000r/min、100%负荷下改装前后186F发动机的缸内压力变化和瞬时放热率曲线图得出：186F经改装后的压力最大压力的变大，且在最大压力和最大放热率时的曲轴转角的推后。
关键词：双燃料发动机 燃料供给方式 天然气供给系统 缸内压力 瞬时放热率
Design of Natural Gas Intake and Combustion System for Diesel Ignition
Abstract Natural gas as a substitute for diesel energy, effectively improve the engine economy and emission levels, so vigorously promote, develop and use clean fuel gas, the implementation of energy-saving emission reduction engine plays an important role, but also further promote the natural gas / Research on Diesel Dual Fuel Engine.This paper briefly introduces the advantages of natural gas chemical stability, single component, rich resources and so on as the substitute fuel.In view of the domestic and international research status of natural gas / diesel dual fuel engine at home and abroad, the comprehensive performance of natural gas / diesel dual fuel engine and diesel engine is compared and analyzed.
In order to further analyze the dual-fuel engine, I chose 186F single-cylinder air-cooled diesel engine for research.Proposed a set of 186F single-cylinder air-cooled diesel engine converted into natural gas / diesel dual fuel engine fuel supply system design, I retained the original diesel engine fuel supply system, add a set of natural gas supply system.Making it a compressed fuel gas (CNG) as the main fuel, fuel combustion through the diesel fuel combustion of dual fuel combustion engine.The work process of the dual fuel supply system and the selection and characteristics of the main parts of the gas supply system are briefly introduced.
This paper introduces the function of FIRE software, lists the basic conservation equations of simulation calculation, and expounds several typical engine fuel combustion models. According to their characteristics, the vortex crushing model is selected. The ignition model is used to simulate the combustion process of the engine.Taking the 186F air-cooled single-cylinder diesel engine as the prototype to establish the combustion model of the internal combustion engine to generate the grid, in order to shorten the calculation time, take the 90 ° angle area grid.The accuracy of the simulated model of FIRE was verified by comparing the test results with the fire software calculation in the standard (3000r / min, 100% load) condition of the 186F air-cooled single-cylinder diesel engine.According to the curve of the pressure of the 186F air-cooled single-cylinder diesel engine under the conditions of 3000r / min and 100% load, the change of the engine pressure after the modification and the instantaneous heat release rate are obtained, and the pressure and the heat release rate correspond The delay of the crank angle.
Keywords: dual fuel engine; fuel supply; natural gas supply system; cylinder pressure; instantaneous heat release rate
目 录
第一章 绪 论 1
1.1 研究意义及背景 1
1.2 相关研究背景 2
1.2.1 国外研究背景 2
1.2.2 国内研究背景 3
1.3主要研究工作 4
第二章 进气与燃烧系统的设计 6
2.1燃料供给系统的设计 6
2.1.1预混方式 7
2.1.2进气阀处喷射 7
2.1.3 缸内直喷式 8
2.2 总体设计方案 9
2.3双燃料供给系统 9
2.3.1 柴油供给系统 10
2.3.2 天然气供给系统 13
第三章 燃烧过程的计算模拟 16
3.1 FIRE软件的简单介绍 16
3.1.1 基本守恒定律 16
3.2 计算模型的建立 17
3.2.1 网格的建立 17
3.2.2 燃烧模型 18
3.2.3 初始条件和边界条件 18
3.2.4 模型验证 19
3.3结果分析 20
3.3.1缸内压力 20
3.3.2瞬时放热率 20
第四章 结论与展望 22
4.1 结论 22
4.2 展望 22
致 谢 23
参考文献 24
第一章 绪 论
第一章 绪 论
1.1 研究意义及背景
随着人类不断的开采使用化石能源，化石能源被消耗殆尽，不可再生能源危机日益加剧，并且由于其燃烧产生的尾气也严重污染了大自然环境。由于柴油机具有较高的热效率和良好的经济性，它的应用遍及大型车辆、船舶和火车机车等大功率工程机械设备上，但是柴油机燃料燃烧排放大量污染物，如碳烟化合物（CO2、CH4O等）和氮氧化合物（NOX）等，对大自然环境的污染及人们的身体健康有很大危害，由于人们环保意识的增强，我国出台的排放法规的越来越严格，如果不采用有效的措施对由于柴油机排放的污染物造成的大自然环境污染问题加以解决，随着时代的进步柴油机的广泛应用将受到限制。所以开展天然气替代柴油的研究刻不容缓。
天然气的成分比较单一80%～90%为甲烷（CH4），甲烷的CH值高、燃烧热值高、抗爆性好、燃点高等特性决定了天然气的性能。燃料完全燃烧时二氧化碳（CO2）的排放量与柴油发动机机相比可以降低20～30%，是较为理想的清洁替代燃料，改装后的双燃料汽车大多数利用CNG和LNG燃料工作，柴油起到火花塞的作用。由于双燃料发动机中低压天然气与空气在混合器中混合时同为气体，与原柴油机柴油和空气混合燃料相比其燃料混合更加均匀，燃烧更加充分，所以天然气/柴油双燃料发动机与原柴油发动机相比有效的降低了有害污染物的排放造成的环境污染，尤其是颗粒物的排放的减小。此外，与柴油发动机相比双燃料发动机实现了铅、苯和芳香烃等严重有毒污染物的“零排放”。由于天然气在资源、经济成本、环境保护等方面都具有显著的优势，双燃料汽车的研究发展也走向成熟[1]，天然气作为清洁的车用燃料已经用了几十年。我国地大物博天然气储量约为33万亿m3、价格低经济性好，对双燃料发动的研究和发展提供了有力的保障[2]。
为了解决日益严重的化石能源短缺问题和由发动机排放造成的生活环境污染问题，世界各国在制定实施各种严苛的车辆排放法规的同时，大力开发和推广使用天然气清洁燃料汽车，激发了各国科学家对双燃料汽车的开发及技术创新的热情。高压天然气通过减压阀将压力降低，采用混合器在进气歧管中与空气混合，混合气通入缸内进行燃烧，依靠原柴油机高温压缩空气着火引燃可燃混合气的着火方式进行工作。天然气着火温度较高，在柴油机上使用时需要用引燃柴油提供点火能量，并且使用双燃料燃烧需要对柴油发动机做一些相应的改造，但此燃烧系统不改变发动机的原始结构。改装后的双燃料发动机在天然气供给量不足时转换成原机的燃用柴油工作模式。柴油发动机改装成双燃料发动机动力性不变、结构改动小、燃料着火性好且成本低。有很好的应用前景。研究柴油引燃天然气发动机的进气与燃烧系统的设计，对柴油机进行合理的改造，使其综合性能满足人们的需求。
1.2 相关研究背景
目前，国内外双燃料发动机的研发热潮持续高涨。双燃料发动机的改装设计应达到以下目标：（1）发动机改动小降低成本；（2）动力性不能减小；（3）尽可能减少污染物的排放；（4）具有可靠的安全性能。目前，双燃料发动机普遍通过原机机械式控制引燃油量，改动原柴油机小部分结构就可以实现双燃料混合燃烧工作[3]。
1.2.1 国外研究背景
在国外，1939年，英国国家燃气发动机公司开发出第一台双燃料发动机，但结构简单，综合性能较低，没有得到广泛应用。Cummins ISX450HP重型柴油机采用 HPDI技术，其动力性不变，很大程度降低了氮氧化合物的排放和PM值。1980年研制出一款新型的天然气/柴油双燃料系统[3]，该款发动机结合了卡特彼勒公司和五十铃公司高速柴油机的结构特点[4]。通用公司于1994年成功开发了一台大功率双燃料发动机。1996年，乌克兰科学家将M3240H1发动机设计改造成的双燃料发动机应用到BE3IA3548AFYI汽车上[5]，燃油替代率达到了45%。CleanAirPartner公司与AFS公司研发出多点喷射控制系统，应用在Caterpillar 3176B发动机上，通过ECU控制天然气和柴油的供给量，燃油替代率为60%～90%，发动机根据实际工况可以将混合燃料工作模式转换为原机工作模式100%燃用柴油。BKM公司研制出“微引燃”天然气/柴油双燃料系统[7]通过电控液压泵及喷嘴操控引燃油量，通过电控多点顺序喷射系统以及专用的ECU用不到1%的引燃油量点燃混合气，发动机在所有负荷下燃油替代率高达95%。为了提高燃油替代率降低成本、减小发动机处于小负荷时混合气燃烧不均匀引起的的未燃HC的排放、改善发动机经济和排放性能，此系统还应用了断缸、废气二次循环及优化喷油正时等方法。经SPI公司改装的OM352型电控多点喷射双燃料发动机通过电子软件能准确的控制进入气缸内可燃混合气的喷射量、喷气时刻和引燃油量。到目前为止，国外普遍应用缸内直喷技术和微引燃技术支持下的燃料多点喷射技术使燃料在气缸内燃烧充分，从而提高双燃料发动机的热效率和燃油经济性[6]。
1.2.2 国内研究背景
国内在“北京代用燃料汽车研讨会”后，开始重视双燃料汽车的研究，进展速度迅猛。1996年开始研究发动机内部结构简单的改装工作，发展到对气缸内燃料燃烧过程建立模拟数值模型的研究，及优化发动机的内部结构、改善发动机工作的性能和参数，增加更智能的电控技术等全方面研究。但到目前为止，成熟的产品寥寥无几。
1997年，方祖华等人为了解决改装后的双燃料发动机充气量不足导致动力性下降的问题[8]，提出缸内直喷想法：将储存在CNG气罐内的压力为20MPa的天然气通过滤清器、压力调节器降低到发动机可用的1.0MPa低压天然气，与空气混合均匀后由喷射器喷射到气缸内由引燃柴油引燃，微处理器通过氧传感器输送的信号采取反馈方式调节燃油量。并且他们对喷射气流量特性和进气门处喷气的试验研究结果显示：双燃料发动机的工作热效率和燃油经济性随缸内混合气压缩比的增加而升高；因此要想提高双燃料发动机的动力性要先提高它的充气系数，但双燃料发动机的充气系数受压缩天然气（CNG）理想空燃比的影响，空燃比较低所以充气系数也较低。这一实验研究结果为双燃料发动机缸内直接喷气的进一步发展提供了有力的数据支持。潍柴研发了我国首台HPDI双燃料发动机，用5%的引燃柴油点燃95%的天然气主燃料，尾气排放达到国Ⅴ标准。2000年，王江等人研发的电控喷气系统通过ECU控制喷气量及喷气时刻，并成功应用在TY1100型双燃料发动机上。试验结果显示：改装后的发动机使用混合燃料工作时，排放性能大幅度提高，彻底解决由于尾气排放碳烟化合物对环境造成污染这一问题，发动机负载在中负荷处NOX的排放量减少了近70%，在全部负荷范围内发动机的噪声也降低了至少2dB。扬柴开发了一台柴油/天然气双燃料电控发动机，天然气替代率高达90%，动力性与原柴油机相比基本不变，尾气排放达到国Ⅳ标准。刘振涛等学者针对一台柴油/天然气双燃料发动机，研究了喉管真空度随节气门开度和喉管直径的变化规律，探讨了喉管直径对混合气供气特性的影响，揭示了各参数对混合气供给的影响规律[10]。清华大学的DPCI引燃式双燃料发动机采用全电控方案，只对发动机进行少部分改装，燃油替代率在70%左右，尾气排放达到欧Ⅵ标准。2002年，研发出CA6110ZLA5N2发动机，通过优化发动机的结构改善发动机性能，与原柴油机相比动力性基本保持不变，烟度远低于原柴油机的排放量[11]，减排效果理想排放指标满足欧Ⅱ法规，天然气替代率高达85%，体现了天然气燃料的绿色环保特性。
1.3 主要研究工作
（1）设计完成186F单缸柴油机改装成天然气/柴油双燃料发动机燃料供给系统线路图。
（2）了解了双燃料发动机进气与燃烧系统的各部件组成、这里设计思路和提出设计方案，基本掌握了双燃料发动机的燃烧特性以及186F单缸发动机改装的设计核心。
（3）采用fire软件对改装后的186F天然气/柴油双燃料发动机燃料燃烧问题进行数值模拟研究，建立适用于186F单缸双燃料发动机燃烧过程研究的数值模型，探讨引燃柴油量对缸内压力、放热率和燃烧持续时间等参数的影响，揭示天然气替代率与发动机性能的关系。
参考文献
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随着人类不断的开采使用化石能源，化石能源被消耗殆尽，不可再生能源危机日益加剧，并且由于其燃烧产生的尾气也严重污染了大自然环境。由于柴油机具有较高的热效率和良好的经济性，它的应用遍及大型车辆、船舶和火车机车等大功率工程机械设备上，但是柴油机燃料燃烧排放大量污染物，如碳烟化合物（CO2、CH4O等）和氮氧化合物（NOX）等，对大自然环境的污染及人们的身体健康有很大危害，由于人们环保意识的增强，我国出台的排放法规的越来越严格，如果不采用有效的措施对由于柴油机排放的污染物造成的大自然环境污染问题加以解决，随着时代的进步柴油机的广泛应用将受到限制。所以开展天然气替代柴油的研究刻不容缓。
天然气的成分比较单一80%～90%为甲烷（CH4），甲烷的CH值高、燃烧热值高、抗爆性好、燃点高等特性决定了天然气的性能。燃料完全燃烧时二氧化碳（CO2）的排放量与柴油发动机机相比可以降低20～30%，是较为理想的清洁替代燃料，改装后的双燃料汽车大多数利用CNG和LNG燃料工作，柴油起到火花塞的作用。由于双燃料发动机中低压天然气与空气在混合器中混合时同为气体，与原柴油机柴油和空气混合燃料相比其燃料混合更加均匀，燃烧更加充分，所以天然气/柴油双燃料发动机与原柴油发动机相比有效的降低了有害污染物的排放造成的环境污染，尤其是颗粒物的排放的减小。此外，与柴油发动机相比双燃料发动机实现了铅、苯和芳香烃等严重有毒污染物的“零排放”。由于天然气在资源、经济成本、环境保护等方面都具有显著的优势，双燃料汽车的研究发展也走向成熟[1]，天然气作为清洁的车用燃料已经用了几十年。我国地大物博天然气储量约为33万亿m3、价格低经济性好，对双燃料发动的研究和发展提供了有力的保障[2]。
为了解决日益严重的化石能源短缺问题和由发动机排放造成的生活环境污染问题，世界各国在制定实施各种严苛的车辆排放法规的同时，大力开发和推广使用天然气清洁燃料汽车，激发了各国科学家对双燃料汽车的开发及技术创新的热情。高压天然气通过减压阀将压力降低，采用混合器在进气歧管中与空气混合，混合气通入缸内进行燃烧，依靠原柴油机高温压缩空气着火引燃可燃混合气的着火方式进行工作。天然气着火温度较高，在柴油机上使用时需要用引燃柴油提供点火能量，并且使用双燃料燃烧需要对柴油发动机做一些相应的改造，但此燃烧系统不改变发动机的原始结构。改装后的双燃料发动机在天然气供给量不足时转换成原机的燃用柴油工作模式。柴油发动机改装成双燃料发动机动力性不变、结构改动小、燃料着火性好且成本低。有很好的应用前景。研究柴油引燃天然气发动机的进气与燃烧系统的设计，对柴油机进行合理的改造，使其综合性能满足人们的需求。
1.2 相关研究背景
目前，国内外双燃料发动机的研发热潮持续高涨。双燃料发动机的改装设计应达到以下目标：（1）发动机改动小降低成本；（2）动力性不能减小；（3）尽可能减少污染物的排放；（4）具有可靠的安全性能。目前，双燃料发动机普遍通过原机机械式控制引燃油量，改动原柴油机小部分结构就可以实现双燃料混合燃烧工作[3]。
1.2.1 国外研究背景
在国外，1939年，英国国家燃气发动机公司开发出第一台双燃料发动机，但结构简单，综合性能较低，没有得到广泛应用。Cummins ISX450HP重型柴油机采用 HPDI技术，其动力性不变，很大程度降低了氮氧化合物的排放和PM值。1980年研制出一款新型的天然气/柴油双燃料系统[3]，该款发动机结合了卡特彼勒公司和五十铃公司高速柴油机的结构特点[4]。通用公司于1994年成功开发了一台大功率双燃料发动机。1996年，乌克兰科学家将M3240H1发动机设计改造成的双燃料发动机应用到BE3IA3548AFYI汽车上[5]，燃油替代率达到了45%。CleanAirPartner公司与AFS公司研发出多点喷射控制系统，应用在Caterpillar 3176B发动机上，通过ECU控制天然气和柴油的供给量，燃油替代率为60%～90%，发动机根据实际工况可以将混合燃料工作模式转换为原机工作模式100%燃用柴油。BKM公司研制出“微引燃”天然气/柴油双燃料系统[7]通过电控液压泵及喷嘴操控引燃油量，通过电控多点顺序喷射系统以及专用的ECU用不到1%的引燃油量点燃混合气，发动机在所有负荷下燃油替代率高达95%。为了提高燃油替代率降低成本、减小发动机处于小负荷时混合气燃烧不均匀引起的的未燃HC的排放、改善发动机经济和排放性能，此系统还应用了断缸、废气二次循环及优化喷油正时等方法。经SPI公司改装的OM352型电控多点喷射双燃料发动机通过电子软件能准确的控制进入气缸内可燃混合气的喷射量、喷气时刻和引燃油量。到目前为止，国外普遍应用缸内直喷技术和微引燃技术支持下的燃料多点喷射技术使燃料在气缸内燃烧充分，从而提高双燃料发动机的热效率和燃油经济性[6]。
1.2.2 国内研究背景
国内在“北京代用燃料汽车研讨会”后，开始重视双燃料汽车的研究，进展速度迅猛。1996年开始研究发动机内部结构简单的改装工作，发展到对气缸内燃料燃烧过程建立模拟数值模型的研究，及优化发动机的内部结构、改善发动机工作的性能和参数，增加更智能的电控技术等全方面研究。但到目前为止，成熟的产品寥寥无几。
1997年，方祖华等人为了解决改装后的双燃料发动机充气量不足导致动力性下降的问题[8]，提出缸内直喷想法：将储存在CNG气罐内的压力为20MPa的天然气通过滤清器、压力调节器降低到发动机可用的1.0MPa低压天然气，与空气混合均匀后由喷射器喷射到气缸内由引燃柴油引燃，微处理器通过氧传感器输送的信号采取反馈方式调节燃油量。并且他们对喷射气流量特性和进气门处喷气的试验研究结果显示：双燃料发动机的工作热效率和燃油经济性随缸内混合气压缩比的增加而升高；因此要想提高双燃料发动机的动力性要先提高它的充气系数，但双燃料发动机的充气系数受压缩天然气（CNG）理想空燃比的影响，空燃比较低所以充气系数也较低。这一实验研究结果为双燃料发动机缸内直接喷气的进一步发展提供了有力的数据支持。潍柴研发了我国首台HPDI双燃料发动机，用5%的引燃柴油点燃95%的天然气主燃料，尾气排放达到国Ⅴ标准。2000年，王江等人研发的电控喷气系统通过ECU控制喷气量及喷气时刻，并成功应用在TY1100型双燃料发动机上。试验结果显示：改装后的发动机使用混合燃料工作时，排放性能大幅度提高，彻底解决由于尾气排放碳烟化合物对环境造成污染这一问题，发动机负载在中负荷处NOX的排放量减少了近70%，在全部负荷范围内发动机的噪声也降低了至少2dB。扬柴开发了一台柴油/天然气双燃料电控发动机，天然气替代率高达90%，动力性与原柴油机相比基本不变，尾气排放达到国Ⅳ标准。刘振涛等学者针对一台柴油/天然气双燃料发动机，研究了喉管真空度随节气门开度和喉管直径的变化规律，探讨了喉管直径对混合气供气特性的影响，揭示了各参数对混合气供给的影响规律[10]。清华大学的DPCI引燃式双燃料发动机采用全电控方案，只对发动机进行少部分改装，燃油替代率在70%左右，尾气排放达到欧Ⅵ标准。2002年，研发出CA6110ZLA5N2发动机，通过优化发动机的结构改善发动机性能，与原柴油机相比动力性基本保持不变，烟度远低于原柴油机的排放量[11]，减排效果理想排放指标满足欧Ⅱ法规，天然气替代率高达85%，体现了天然气燃料的绿色环保特性。
1.3 主要研究工作
（1）设计完成186F单缸柴油机改装成天然气/柴油双燃料发动机燃料供给系统线路图。
（2）了解了双燃料发动机进气与燃烧系统的各部件组成、这里设计思路和提出设计方案，基本掌握了双燃料发动机的燃烧特性以及186F单缸发动机改装的设计核心。
（3）采用fire软件对改装后的186F天然气/柴油双燃料发动机燃料燃烧问题进行数值模拟研究，建立适用于186F单缸双燃料发动机燃烧过程研究的数值模型，探讨引燃柴油量对缸内压力、放热率和燃烧持续时间等参数的影响，揭示天然气替代率与发动机性能的关系。
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