接CRMT应用Amesim进行天然气重卡燃烧及排放分析（上）
排放污染物的形成可以发生在已燃区域，也可以发生在火焰前锋，燃烧室与曲轴箱之间的缝隙和曲轴箱强制通风装置也会对污染物的最终浓度产生影响。在此回顾上一篇中的Amesim内燃机模型，自由度高的建模特点方便用户处理诸如这一缝隙、曲轴箱通风等常被忽略的现象因素。
对于已燃区，由于燃气温度高，出现后氧化现象。特别是NO排放（非燃烧的直接产物），应该只在该区域产生，用六步机理法则计算CO、N2、O2、O、CO2、H2、H、OH和H2O的化学平衡（不列方程了）。在火焰面前锋，燃烧导致生成CO2、CO、H2O和H2，反应方程如下，可见在稀燃状态下，该区域只生成CO2和H2O。 活塞气缸缝隙处未燃区域，导致的UHC排放不容忽视，在燃烧初期，这些留存在缝隙里的油气混合物，在活塞下行阶段，会释放到燃烧主区，氧化进一步生成CO和CO2，partCrev参数影响HC进入裂缝的数量，Epostox参数为氧化后HC的活化能。对于曲轴箱强制通风，重新进入进气，其进气量会随着气缸压力与大气压力的差值而波动。以上排放来源都包含CFM1D 12G模型中。CFM1D 12G模型在排放预测方面，相对于传统的排放模型，有三方面新发展。
在一个循环内，化学时间尺度的值根据热化学条件而变化，特别是随着温度的升高而降低。
根据Heywood的说法:“对于稀薄燃料混合物，测量到的CO排放量大大高于基于动力学控制的大块气体现象的任何传统模型的预测”。不同的假设可以解释CO排放预测值被低估的原因。一种解释是，燃烧室内的气体实际上没有完全混合，导致某些区域的燃烧不完全。此外，即使在稀燃条件下，在火焰面前锋处也会产生一些少量CO少量。根据这一假设，对CFM燃烧方程进行了修改，以表示即使在稀薄燃烧中，也能在火焰面前锋处形成CO。如前所述，在稀燃状态下的天然气发动机，燃烧温度低于汽油机，NOx反应路径相应有所不同，研究发现，N2O机制的贡献度与热反应路径（Zeldovitch）的贡献度在同一个数量级，因此引入了N2O反应机理模型。相对于传统的热反应方程（下图左），CFM1D 12G引入了新的NOx反应方程（下图右）。
下述给出了CRMT该项目的全工况排放仿真结果（裸排），大部分工况和实测一致性很好。除了在高负荷情况下，NOx模型仍然面临挑战，但考虑到低工况区域，得到的结果是令人满意的。为了进一步提高其准确性，一种可能性是通过计算概率密度函数(这将需要燃烧气体的温度方差)，来模拟燃烧气体的温度分布。
CRMT应用Amesim发动机专业库的CFM1D 12G燃烧模型对稀薄燃烧天然气发动机进行了燃烧和排放特性的仿真分析，不论是瞬态缸压，还是CO、NOx及UHC排放，都达到了准确度高的计算结果，为接下来的天然气发动机的诸多应用（控制系统开发、动力总成匹配、NVH分析等），提供强有力的支撑。
《Modelling and Simulation of the Combustion of a Natural Gas spark ignition heavy duty engine operating in lean fuel mixture, LMS User conference 2013》
《Application of a New 1D Combustion Model to Gasoline Transient Engine Operation, SAE 2005-01-2017》
《Modelling and Simulation of the Combustion of Ethanol blended Fuels in a SI Engine using a 0D Coherent Flame Model, SAE 2009-24-0016》
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作者：陈登
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