【摘 要】
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为了解决石油紧缺和日益严重的环境问题,学者们开始探索发动机代用燃料,在代用燃料中,天然气以其独特优势成为最有潜力的发展对象。与稀薄燃烧相比,当量燃烧仅需加装三元催化转化装置就可以满足国Ⅵ阶段排放法规,因此成为首选燃烧模式,但天然气发动机还存在着火焰传播速度慢、热负荷较高导致热效率降低等问题。课题组前期仿真结果表明,燃烧室结构的改变可以直接影响缸内气流组织和湍动能,进而影响燃烧速度、热效率等,但前期
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为了解决石油紧缺和日益严重的环境问题,学者们开始探索发动机代用燃料,在代用燃料中,天然气以其独特优势成为最有潜力的发展对象。与稀薄燃烧相比,当量燃烧仅需加装三元催化转化装置就可以满足国Ⅵ阶段排放法规,因此成为首选燃烧模式,但天然气发动机还存在着火焰传播速度慢、热负荷较高导致热效率降低等问题。课题组前期仿真结果表明,燃烧室结构的改变可以直接影响缸内气流组织和湍动能,进而影响燃烧速度、热效率等,但前期研究均集中在仿真领域,试验领域的研究较为匮乏。因此本文基于课题组研究结果,择优试制了除原机外偏心半环、底部全环和偏心全环三种燃烧室,开展了四种燃烧室形状对发动机燃烧排放性能影响的试验研究。针对原机经济工况点开展燃烧室形状对发动机性能的影响研究,发现偏心半环与偏心全环能有效提高燃烧速度,滞燃期、燃烧持续期缩短,底部全环滞燃期缩短,但燃烧持续期增长,并且对燃烧后段影响较大。三种燃烧室相对原机热效率均提高,偏心半环升幅最大,达到1%,排温均降低;排放均增加但偏心半环幅度最大,底部全环略有增加;偏心半环、偏心全环缸压峰值增加明显,循环变动降低,底部全环则相反。而后在四种工况下,固定四种燃烧室点火时刻相同,开展不同EGR率下燃烧室形状对发动机性能影响的研究以及固定四种燃烧室EGR率相同,开展不同点火时刻下燃烧室形状对发动机性能影响的研究。得到:1.偏心半环型燃烧室:在四种工况不同EGR和不同点火时刻下缸压、放热率、缸温峰值均为最高,滞燃期与燃烧持续期最短,显著提高了燃烧速度;全负荷工况下以及1200r/min-1700N·m工况EGR较大、点火提前角较小时热效率最高;排温在1200r/min-1000N·m工况与原机差别不大,其他工况下降低最为明显;排放始终最高;1200r/min-1000N·m工况EGR较小、点火提前角较大时循环变动较大,其他情况均最小。2.底部全环型燃烧室:在四种工况不同EGR和不同点火时刻下缸压、放热率、缸温峰值均最低,燃烧前段与原机几乎一致,但燃烧后段变长,导致DOC最长;在1600r/min-1820N·m工况不同EGR、不同点火时刻下热效率均低于原机,其他情况高于原机,尤其在1200r/min-1000N·m工况热效率最高;排温始终最高,排放较低;除1200r/min-1000N·m点火提前角较大时循环变动较小外,其他情况均最大。3.偏心全环型燃烧室:在1200r/min-2150N·m、1200r/min-1700N·m工况缸压、缸温峰值高于原机,其他均低于原机;四种工况下燃烧前段与原机差别不大,燃烧后段除1200r/min-1000N·m工况EGR较小和点火提前角较大时短于原机,其他均比原机长;热效率在1200r/min-1700N·m工况EGR率较小时最高,其余均排在第二位且高于原机;排放高于原机。综上,燃烧室形状对发动机燃烧排放性能有着显著的影响,对燃烧室形状进行优化设计是发动机提高热效率,降低热负荷,降低排温,改善排放的有效手段。
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