天然气发动机缸内燃烧及热功转换过程的规律研究

摘要

能源危机与环境污染是当前全球面临的两大挑战，发展清洁代用燃料是解决这两大难题的有效途径之一。天然气因其资源丰富、运输方便和排放污染低等优势成为汽油和柴油的理想替代物。我国天然气发动机的研究起步比较晚，对其缸内燃烧过程的研究还不够系统和完善，而发动机缸内燃烧过程的优劣以及热功转换过程的完善程度直接决定着发动机的综合性能。因此，研究天然气发动机的缸内燃烧和热功转换过程的规律对于改善天然气发动机的性能具有重要意义。
　　本文在一台车用重型天然气发动机上开展多工况下的试验研究，通过对实测性能参数和燃烧过程参数进行对比分析，研究得出各种运行参数和设计参数对天然气发动机缸内燃烧放热规律和热功转换过程的影响，在此基础上，总结了该类型天然气发动机热功转换过程的共性规律。论文的研究结果表明:
　　(1)全MAP下，燃烧品质指数位于1.5～3.0之间。稀薄燃烧天然气发动机的燃烧效率几乎都大于98％。50％燃烧点位置主要受点火提前角的影响，且随点火提前角的增大而提前。燃烧持续期随负荷增大呈缩短的趋势，小负荷时趋势更明显;燃烧持续期受过量空气系数的影响比较明显。50％燃烧点位置滞后于燃烧始点12～14℃A;最高爆发压力点位置滞后于50％燃烧点位置4～5℃A。
　　(2)高压循环指示热效率受转速和负荷的影响比较明显，且转速的影响大于负荷。最佳热功转换效率对应的燃烧特征参数值:燃烧始点位于上止点前2～8℃A，50％燃烧点位置位于上止点后6～10℃A，最高爆发压力点位置位于上止点后10～15℃A，有效膨胀比为10左右。10-90％燃烧持续期对热功转换效率具有双重影响，存在一个最佳值，使得热功转换效率最大。
　　(3)50％燃烧点位置越靠近上止点，高压循环指示比气耗越低;有效膨胀比越大，高压循环指示热效率越大，但高压循环指示热效率还受发动机转速的影响。
　　以上总结的规律既可以为天然气发动机概念设计过程中数模阶段边界条件的取值以及关键设计参数的选择和运行参数的优化提供数据支持，另一方面也可以为改善天然气发动机的热功转换过程提供理论支撑。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景

1．1．1 能源现状

1．1．2 环境污染和排放法规

1．1．3 天然气的理化特性及其优缺点

1．2 天然气发动机缸内过程的研究现状

1．2．1 缸内过程的主要技术

1．2．2 缸内燃烧模式的发展历程

1．2．3 缸内燃烧过程的研究现状

1．3 论文的研究意义

1．4 课题来源及本文的主要研究内容

1．5 本章小结

第2章 天然气发动机台架试验

2．1 试验样机

2．2 试验方案

2．2．1 试验设备

2．2．2 发动机性能试验

2．2．3 台架布置

2．3 试验原始数据的预处理

2．4 本章小结

第3章 缸内燃烧放热规律的影响因素

3．1 发动机缸内燃烧放热规律的理论计算

3．1．1 缸内燃烧放热规律的计算

3．1．2 燃烧放热规律的简化计算

3．1．3 表征缸内燃烧放热规律的特征参数

3．2 燃烧效率随过量空气系数的变化规律

3．3 转速和负荷对燃烧放热规律的影响

3．4 压缩比对燃烧放热规律的影响

3．5 点火提前角对燃烧放热规律的影响

3．6 过量空气系数对燃烧放热规律的影响

3．7 各种燃烧特征参数之间的内在联系及相互影响

3．8 本章小结

第4章 缸内热功转换过程的影响因素

4．1 发动机热功转换过程的理论分析

4．1．1 热功转换过程的分析

4．1．2 燃烧放热规律对热功转换过程影响的理论分析

4．2 转速和负荷对热功转换过程的影响

4．3 燃烧放热规律对热功转换过程的影响

4．3．1 燃烧始点和50％燃烧点位置对热功转换过程的影响

4．3．2 10-90％燃烧持续期对热功转换过程的影响

4．3．3 最高爆发压力点位置对热功转换过程的影响

4．4 有效膨胀比对热功转换过程的影响

4．5 热功转换过程的共性规律总结

4．6 本章小结

总结与展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和获得的成果

致谢