压燃式天然气发动机着火和敲缸的试验研究

提出了一种压燃式天然气发动机燃烧系统。该燃烧系统采用了低散热的分隔式燃烧室和复合供气系统,即利用分别安装于进气管和气缸盖上的高、低压天然气喷射阀在一个工作循环中的分时供气,以在副燃烧室内形成较浓的混合气,在主燃烧室内形成稀混合气。在接近压缩终点处,副室内的混合气首先着火,其火焰喷入主燃烧室点燃其中的稀混合气。在单缸试验机上研究了这一燃烧系统的着火起动特性和敲缸现象。试验结果说明：仅采用进气道低压喷射天然气的供气方式在发动机气缸内形成天然气／空气的均质混合气,可很容易地实现压缩着火和起动发动机;电热塞温度、进气温度及副室与主室之间通道尺寸对发动机的着火和起动性有显著的影响,可以实现仅利用电热塞辅助加热即可在常温进气条件下起动发动机。在主、副燃烧室内实现混合气浓度的时间-空间控制,以实现混合气浓度分层,有助于避免敲缸现象。     

预混合压燃式天然气发动机燃烧性能的初步试验研究

对影响单一燃料天然气发动机压缩着火运转范围和排放特性的相关因素进行了试验研究．设计开发的新型燃烧系统采用球形涡流室式燃烧室配以电控天然气复合供气系统,通过台架试验,研究了不同的天然气供气方式、涡流室结构参数、进气空气加热温度及陶瓷电热塞温度对着火燃烧及排放的影响．试验结果表明,天然气低压进气道供气方式有利于天然气的压缩着火;在一定范围内适当增加涡流室与主室通道尺寸,有利于缓解预混合压燃的敲缸现象;辅助加热温度受到敲缸与部分燃烧现象的制约,应当精确控制．     

分隔室压燃式天然气发动机燃烧室结构参数对燃烧特性的影响

利用详细的化学动力学机理与CFD多维数值模拟计算软件研究了燃烧室结构参数对分隔室压燃式天然气发动机燃烧特性的影响。为验证模型的正确性,将实验值与计算值进行了对比。通过模拟计算,讨论了燃烧室通道截面积、通道倾角、通道形状、通道布置对着火时刻、缸内平均温度和压力以及NO排放的影响。结果表明:通道截面积在132.66 mm2时综合性能最佳;通道倾角为50°时能取得较好的燃烧性能;圆形通道在着火性能、NO排放性能均优于圆角方形通道;通道布置方式对燃烧性能的影响较小。     

涡流室式柴油机冷起动初次着火位置研究

本文对涡流室式柴油机在冷起动条件下的主、副燃烧室燃烧喷雾和着火过程进行了高速摄影,并测录了主、副燃烧室的压力示功图;分析了涡流室式柴油机起动时的着火现象,从中得出具有吊钟形结构和起动喷孔的涡流室式柴油机起动时首先着火点的位置在涡流室下侧,位于通道与起动孔之间的上部区域,从而为改善涡流室式柴油机发火过程,进而改善起动性能指出方向和途径。     

改善热面点火天然气发动机起动和运转性能的研究

针对热面点火天然气机起动困难以及低负荷循环波动大、高负荷燃烧敲缸、Nox排放数值较高的问题,通过台架试验,分别研究了3种燃料添加剂、进气加热温度、隔热措施及热EGR对发动机起动和运转性能的影响.结果表明,采用3种添加剂、提高进气温度和燃烧室隔热,有利于天然气着火起动和稳定燃烧.采用热EGR有助于天然气发动机扩展功率范围并有利于降低Nox排放.     

亚毫米通道内的氢氧预混合燃烧

在亚毫米尺度,尺寸效应带来散热损失的激增和燃烧驻留时间的急剧减少,使燃烧室内预混合气的着火和燃烧条件恶化.针对碳化硅材质的亚毫米矩形燃烧室,改变混合气的流量和当量比,测出了不同高度燃烧室内氢氧预混合气的着火界限分布,并通过燃烧室外壁面和出口温度的测量,分析得出亚毫米通道内氢氧预混合燃烧的特性.结果表明,亚毫米尺寸与常规尺寸相比氢氧预混合气的稀燃界限明显升高,但仍能在一定条件下实现稳定燃烧;测试条件下,外壁面温度随氢气流量的增加而升高,但燃烧的充分性降低;少量的过量氧气能提高外壁面的温度,并使温度分布更均匀;由于导热系数较高,碳化硅材质的燃烧室外壁面温度分布比石英材质的要更均匀.     

复合供气压燃式天然气发动机的燃烧特性

根据分层燃烧理论,设计了分隔室复合供气压燃式天然气发动机燃烧系统.采用化学动力学简化机理模型与CFD耦合对发动机的着火和燃烧过程进行了模拟计算,并验证了模拟计算结果的有效性.结果表明,进气温度、电热塞温度、喷气时刻、供气量对发动机的燃烧特性有较大影响.进气温度过高时,燃烧趋向单级燃烧,将导致爆燃,而且产生较高的NO排放.电热塞温度过高同样导致高的燃烧速率,增大爆燃趋势;高压供气时刻提前使燃烧压力、温度和压力升高率上升,NO排放随之增加;在现有的较低喷气速率下,当缸内喷气持续期控制在40～50 °CA时,燃烧时刻最佳;当进气道供气量比例较高时,会发生敲缸现象.     

微型动力装置燃烧过程及做功能力评价

为研究微型动力装置燃烧室内燃烧特性及动力性能,对微燃烧室内燃烧过程进行可视化试验,分析了微燃烧过程中混合气的燃烧特性及不同自由活塞初速度对微燃烧室内压力及做功能力的影响.结果表明:二甲醚/氧气混合气体在微均质充量压缩着火(HCCI)燃烧过程中存在两阶段着火特性,随着自由活塞初速度的增加,微燃烧室内峰值压力增加,压力升高率峰值增大,平均指示压力增大,指示热效率提高.当微燃烧室直径为3,mm、体积为0.26,cm3、自由活塞初速度为22.5,m/s和平均指示压力为3.4,MPa时,微型动力装置可产生70,W的功率,功率密度为269,MW/m3,具有较大功率密度优势.     

柴油机部分预混合燃烧与排放特性的模拟与试验

在一台6缸重型增压柴油机上,通过单次喷射策略结合EGR技术实现部分预混合燃烧(PPC)方式.基于Level-set的湍流火焰传播模型结合简化的化学反应机理对这种燃烧模式的燃烧与排放生成过程进行计算分析.依据试验和模拟结果分析PPC模式对燃烧放热、NOx、UHC和PM排放的影响.结果表明:早喷和晚喷PPC模式都具有两阶段的放热,在燃烧期内预混燃烧比例显著高于常规燃烧模式,但晚喷模式下还存在部分扩散燃烧;采用PPC燃烧方式可减少NOx和PM排放,但晚喷PPC模式下HC排放会增加;PPC模式下核心组分的变化过程和常规喷油模式有很大的不同,在PPC模式下酮化过氧氢在第一阶段着火过程中起到关键作用,第一阶段着火过程中积累的大量H2O2使得第二阶段着火过程中放热率峰值很高;在喷束下游生成OH的位置会生成大量NOx,而碳烟是在燃烧室壁面附近的富燃料区域形成,晚喷PPC模式下的HC排放过高主要是由于贫燃料区域不能迅速进行第二阶段着火引起的.     

双卷流燃烧系统应用研究新进展

总结了双卷流燃烧系统以往的研究情况,介绍了目前在中等缸径柴油机上的推广应用新进展,提出了未来的研究方向.运用Pro/E软件的行为建模方法设计了3种双卷流燃烧室.然后,建立132 mm缸径柴油机的喷雾和燃烧计算模型,对不同燃烧室的喷雾发展形态和缸内的温度场进行了详细的分析,结果显示双卷流燃烧室内的燃油分布更加均匀.最后,选择较优方案在132 mm缸径单缸柴油机上进行了台架试验,试验结果显示采用双卷流燃烧系统后燃油经济性明显提高.