0　引言

随着我国汽车产业的迅猛发展，能源、环保等一系列问题伴随而来，利用清洁无污染的替代燃料是缓解能源紧张且环保的有效方法之一［1］.而天然气与氢气是当前社会比较认可的车用替代燃料，通过天然气中掺混氢气可以改善天然气燃烧速率低、稀燃能力差的问题.天然气掺氢燃料也因其良好的经济性和排放特性受到了广泛的关注，成为车用发动机替代燃料研究的热点之一［2］.气门重叠角技术也称内部EGR（Exhaust Gas Recirculation），目前相关研究各尽不同.Ali等［3］研究了不同排气正时（即排气门开启、关闭时刻）对汽油机内部EGR的实现方案，利用多目标遗传优化算法对排气门开启与关闭时刻进行了分析改进，获得了NOx排放值和有效燃油消耗率均有所下降，且各自降低71%和6%的改进结果.Kiyoushi等［4］在一台单缸机上研究排气门二次开启的方案，分析了天然气燃烧正时与EGR率之间的影响关系.Carsten等［5］在一车用柴油机上研究了不同内部EGR策略对降低NOx排放和有效燃油消耗率的影响，由于柴油机高温废气冷却较为困难的因素，采用内部EGR的策略对降低NOx排放和有效燃油消耗率的效果不显著.John等［6］以独立控制燃烧正时的研究基础，探讨EGR率对燃烧放热率和排放的影响关系.由于内部EGR需采用可变配气机构，且存在高温废气难以冷却等技术问题，在当前产品应用不多［7］.

在教学过程中，以东北师大数学系编写的《常微分方程》为教材，把丁同仁、李承治等主编的《常微分方程》、王高雄等编著的《常微分方程》及林武忠等主编的《常微分方程》[5]等作为主要教学参考用书。通过学习，使学生掌握常微分方程的基本理论和方法，并初步具备下述三方面能力：

本文以一台四缸增压天然气发动机为研究对象，应用一维数值模拟软件GT-Power，对配气机构进行重新设计从而实现不同的气门重叠角，分析两种不同的气门重叠角实现方式对天然气掺氢发动机性能的影响，为内部EGR的实际应用提供理论指导.

3.坚持全球视野。我国的乡村振兴是全球乡村治理体系不可或缺的一个重要组成部分，乡村振兴规划要坚持国际视野，努力在全球乡村治理体系中贡献中国方案和中国智慧。[2]

1　气门重叠角优点及实现方式

根据相关研究的结论，气门重叠角的减小可实现内部EGR，该研究方法可减少发动机燃烧过程产生的排放，能有效降低NOx排放.天然气掺氢发动机采用内部EGR技术对发动机工作过程有以下几方面影响：其一，内部EGR通过残余废气对冷新鲜空气进行预热，提升混合气温度，能有效缩短着火延迟期；其二，内部EGR的作用能实现废气对新鲜可燃混合气的稀释，该稀释功效可降低燃烧过程所产生的最高温度，降低NOx排放；第三，采用内部EGR使缸内残余废气量增大，为了获得同等输出功率，需增大节气门开度，使节气门节流损失最小［8-9］.

以NASCET（北美症状性颈动脉内膜剥脱术实验法）管径法对颈部血管狭窄率进行计算。狭窄率=狭窄远端正常动脉直径-狭窄率在49%以下判定为轻度狭窄，狭窄率大于50%，但小于69%判定为中度狭窄，狭窄率大于70%，小于99%判定为重度狭窄[4]。

  

图1　天然气掺氢发动机仿真模型Fig.1 Simulation model of natural gas mixture with hydrogen engine

2　发动机模型建立及试验验证

CO排放在两个特定转速下配气方案1优于配气方案2，在2300 r/min气门重叠角20°CA时出现拐点.可选取方案：配气方案1、气门重叠角20°CA；配气方案2、气门重叠角20°CA.

由图5可知两种配气方案对发动机扭矩的影响不同，配气方案2中排气门晚关角不变时，进气门早开角逐渐减小，扭矩有所上升.不同转速对扭矩影响亦不同，当发动机转速为1400 r/min时，配气方案1的扭矩随着气门重叠角减小而迅速下降，配气方案2中扭矩随着气门重叠角减小下降平缓，且气门重叠角在小于20°CA差距变大.主要因为配气方案1扫气效率小于配气方案2，内部EGR率效果不显著，故配气方案1扭矩下降趋势高于配气方案2.当发动机转速为2300 r/min时，进气量增大可使扫气与缸内残余废气带走的新鲜充量占发动机总充量的比例很小，因此出现高转速时扭矩下降趋势区别较小的现象.

该天然气掺氢发动机主要技术参数见表1.

台肇地区受储层非均质性影响，不同注水井注入压力高低有别，即使对于同一注配间，注入压力也相差较大。以ZH212队的8个注配间为例，注水压力相差幅度普遍高于3 MPa（表1）。对于单泵多井注入流程，注入压力最高的井决定了柱塞泵的注入压力，注入压力相对较低的井则需要依靠阀门调节压力，注水井憋压，泵压损失较大，截流造成大量电能浪费。

利用广西某研究所天然气发动机台架的试验结果对仿真计算进行验证如图2所示.天然气掺氢发动机外特性条件下输出功率和燃气消耗率仿真值与试验值的对比曲线如图3、图4所示.

 

表1　发动机主要技术参数Tab.1 Main parameters of engine

  

项目类型缸径×行程/mm·mm排量/L标定功率 /（kw·（r·min-1）-1）压缩比最低燃料消耗率 /（g·（kW·h）-1）气门数参数天然气发动机，4冲程112×1325.3132/2300112104/缸

  

图2　天然气发动机台架Fig.2 Test bench of natural gas mixture with hydrogen engine

  

图3　输出功率仿真值与试验值对比　Fig.3 Comparison curves of power　

  

图4　燃气消耗率仿真值与试验值对比Fig.4 Comparison curves of fuel rate

由图3、图4可知，仿真计算值与试验值趋势一致，且误差最大值在6%以内，表明该仿真模型与原机具有较好的一致性，该仿真模型可用于天然气掺氢发动机的性能计算.

3　计算方案确定与分析

3.1　计算方案的确定

发动机NOx排放与气门重叠角影响关系如图6所示.由图6可知，随着气门重叠角减小，NOx排放均随之降低，缸内残余废气有所增加，这对混合气进行了燃烧前的预热，能有效缩短滞燃期；同时能有效降低混合气燃烧的温度，因此降低了NOx排放量.配气方案2中NOx排放整体高于配气方案1，这是因为配气方案2排气门晚关角大于配气方案1，因此，配气方案1残余废气量较方案2多，稀释了混合气浓度，最高燃烧温度下降，使配气方案1中NOx排放低于配气方案2.

老板娘叹了口气又接着说：“周二死后，许春花的神经就变得有些不正常了。她每天把娃娃抱到黄葛树下，说是要等周二回来。明白人都知道，周二回不来了，可许春花偏偏不相信，她每天就抱着娃娃在树下等着。”

 

表2　配气方案1Tab.2 Valve timing case 1

  

序号1　2　3　4　5　6进气早开角上止点前17°31′上止点前17°31′上止点前17°31′上止点前17°31′上止点前17°31′上止点前17°31′排气晚关角上止点后12°29′上止点后7°29′上止点后2°29′上止点前2°31′上止点前7°31′上止点前12°31′气门重叠角/°30252015105

固定排气门晚关角度，改变进气门早开角度来实现不同气门重叠角，见表3.

 

表3　配气方案2Tab.3 Valve timing case 2

  

序号1　2　3　4　5　6进气早开角上止点前17°31′上止点前12°31′上止点前7°31上止点前2°31′上止点后2°29′上止点后7°29′排气晚关角上止点后12°29′上止点后12°29′上止点后12°29′上止点后12°29′上止点后12°29′上止点后12°29′气门重叠角/°30252015105

两种方案都能实现相同气门重叠角.本研究工况为：全负荷工况下1400 r/min与2300 r/min两个转速，计算两种配气方案对天然气掺氢发动机动力性、经济性以及排放的影响.其中1400 r/min为最大扭矩转速，2300 r/min为标定转速.

3.2　计算结果分析

发动机扭矩与气门重叠角的关系如图5所示.由图可知，随着气门重叠角减小，发动机扭矩随着气门重叠角减小而下降.这是因为：气门重叠角减小，发动机缸内混合气由浓开始变稀，燃烧速度放缓，相同质量燃料燃烧产生的功率相对下降；另外，随着气门重叠角的减小，废气量进入气缸的量相对增大，导致缸内燃料总热值下降，放热量亦随之减少，扭矩下降.

文物解说词的英译旨在通过输送信息，吸引游客并实现文化的输出。文物名称过长和语法失误降低了英译语言的可读性，而信息单一和文化内涵的则无法满足受众的信息需求和跨文化的交际目的。这要求我们要培养英语思维，提高专业素养。其次，要充分考虑中西方文化差异、语言差异，充分发挥译者主体性,通过合理摘译传递文化信息。最后，我们应充分考虑到受众的阅读习惯，借鉴欧美知名博物馆文物解说词的谋篇布局以实现故宫的外宣，实现跨文化交际的目的。

通过选择合适的发动机进排气、废气涡轮增压器、传热、喷油器、曲轴连杆等模型，并对各模型进行参数设置，通过试验值对燃烧放热率、进排气道流量系数等参数进行设置.

  

图5　扭矩与气门重叠角关系Fig.5 Relationship between the torque and valve overlap angle

在原机气门重叠角为30°CA前提下，通过改变排气晚关角、固定进气早开角、以此来实现不同气门重叠角的方案，见表2.

  

图6　NOx排放与气门重叠角关系Fig.6 Relationship between the NOxemission and valve overlap angle

图7为发动机CO排放与气门重叠角关系.由图可知，CO排放均随着气门重叠角减小而降低，这是因为虽然气门重叠角减小，但进入气缸的残余废气再次参与燃烧，使CO排放降低；新鲜混合气浓度随着残余废气的进入而下降，燃烧温度亦随之下降，CO氧化速率降低.配气方案1中CO排放低于配气方案2，由于配气方案2进气门早开角减小，缸内新鲜混合气充量减少，燃烧性能较配气方案1差，使CO排放量增大.

  

图7　CO排放与气门重叠角关系Fig.7 Relationship between the CO emission and valve overlap angle

发动机HC排放与气门重叠角的关系如图8所示.由图可知，HC排放均随着气门重叠角的减小而增加，其主要原因为：1）随着气门重叠角减小，发动机缸内燃烧温度降低，燃烧室壁面温度降低，气缸壁面淬熄使HC增加；2）随着气门重叠角减小，缸内残余废气增多，可燃混合气变稀，缸内气体燃烧速度降低，使膨胀冲程中期仍有部分混合气未参与燃烧，在排气过程中错过了燃烧最佳温度，使HC排放增加.配气方案1中HC排放高于配气方案2，这是因为配气方案1减小了进气门早开角，缸内新鲜混合气充量减少，燃烧温度随之下降，使HC排放升高.

  

图8　HC排放与气门重叠角关系Fig.8 Relationship between the HC emission and valve overlap angle

3.3　优化方案的确定

通过分析两种不同配气方案对动力性与排放性影响可知，配气方案2在两个特定转速下扭矩均高于配气方案1；配气方案1在两个特定转速下NOx和CO排放均优于配气方案2，而HC排放则高于配气方案2.

气门重叠角为20°CA时扭矩在两个特定转速下出现分化.气门重叠角小于20°CA时，1400 r/min对应配气方案2扭矩下降趋势低于配气方案1；2300 r/min对应配气方案2与配气方案1扭矩均下降且低于气门重叠角为20°CA时的扭矩，在气门重叠角为25°CA时两种方案扭矩值达到最大.仅从动力性方面考虑，可选取方案：配气方案1、气门重叠角20°CA与25°CA；配气方案2、气门重叠角20°CA与25°CA.

在两个特定转速下配气方案2中NOx排放均高于配气方案1，在2300 r/min气门重叠角大于20°CA时，NOx排放趋势先上升后下降，气门重叠角25°CA为拐点.从NOx排放方面考虑，可选取方案：配气方案1、气门重叠角20°CA；配气方案2、气门重叠角20°CA.

本文采用气门重叠角法，即排气门在排气上止点前关闭，进气门在排气上止点后开启，通过此方法，使一部分废气在压缩终了时保留在气缸内.该研究方法只需重新设计凸轮轴的凸轮型线，在工程应用方面容易实现［10-11］.

GT-Power是由美国GT公司开发的发动机专业仿真软件，该软件包含了发动机所有工况下复杂的理论模型，且具有强大的后处理功能，能对内燃机各种工况进行仿真计算.天然气掺氢发动机整机仿真模型如图1所示.

在两个特定转速下配气方案2中HC排放优于配气方案1，且随着气门重叠角减小均出现增大趋势.配气方案2在1400 r/min气门重叠角大于20°CA时HC排放增大速率小于气门重叠角小于20°CA时的速率.仅从降低HC排放方面考虑，可选取：配气方案2、气门重叠角20°CA与25°CA

从供给角度，养老机构供给不足导致供给结构不均衡。不考虑地区之间的分布不平衡情况，我国养老机构床位供给率仅为1.59%，低于发达国家的5%～7%和部分发展中国家的2%～3%。此外，高服务质量的养老机构虽然床位充裕，但价格高昂，超出了一般老年人的消费能力，而福利性的养老机构价钱低廉但床位紧张，导致一位难求。

综合以上分析，确定配气方案2、气门重叠角20°CA为最佳研究方案；且配气方案1、气门重叠角20°CA所达到的综合性能接近配气方案2、气门重叠角20°CA方案.

4　结论

1）在两个特定转速下两种配气方案中随着气门重叠角减小，发动机扭矩呈下降趋势，且配气方案2优于配气方案1；

2）在两个特定转速下两种配气方案中随着气门重叠角减小，NOx和CO排放呈现降低趋势，且配气方案1优于配气方案2；

3）在两个特定转速下两种配气方案中随着气门重叠角减小，HC排放出现增大趋势，且配气方案2中HC排放优于配气方案1；

4）对于本机而言，为获得较好排放性且动力性不至于下降太多，选定配气方案2、气门重叠角20°CA为最佳优化方案；配气方案1、气门重叠角20°CA可达到相近效果.

参考文献

［1］周龙保.内燃机学［M］.北京：机械工业出版社，2005.

［2］李勇，马凡华，刘海全，等.HCNG发动机掺氢比选择试验研究［J］.车用发动机，2007（2）：14-17.

［3］POURKHESALIAN A M，SHAMEKHI A H，SALIMI F.NOxcontrol using variable exhaust valve timing and duration［C］.SAE Technical Papers，2010.

［4］KAWASAKI K，HIROTA K，NEGATA S，et al.Improvement of natural-gas HCCI combustion by internal EGR by means of exhaust valve re-opening［J］.Sae International Journal of Engines，2010（2）：733-739.

［5］KOPP C.Variable ventilsteuerung fur pkw-dieselmotoren mit direkteinspritzung［D］.University Magdebrug，2006.

［6］JOHN E D，MAGNUS S，WONTAE H.Isolating the effects of EGR on HCCI heat-release rates and NOxemissions［C］.SAE Pa⁃per 2009.

［7］胡二江.天然气-氢气混合燃料结合EGR的发动机和预混层流燃烧研究［D］.西安：西安交通大学，2010.

［8］李明海，王耀超，王娟，等.基于GT-Power对天然气/氢气发动机的性能分析［J］.计算机仿真，2010，27（7）：271-275.

［9］AKANSU S O，DULGER Z，KAHRAMAN N，et al.Internal combustion engines fueled by natural gas-hydrogen mixtures［J］.International Journal of Hydrogen Energy，2004，29（14）：1527-1539.

［10］曾维铨，张洪涛，姜峰.天然气-氢气混合燃料对发动机排放影响的研究［J］.广西科技大学学报，2015，26（1）：38-42，58.

［11］吴长水，李聪，陈凌珊.天然气掺氢发动机的性能研究［J］.小型内燃机与摩托车，2011，40（3）：71-73.