基于可视化的射流控制压缩着火(JCCI)系统的特性研究

摘要

以“均质预混合，低温燃烧”为特征的内燃机新型燃烧方式，结合了汽油机和柴油机的优点，同时减少了 NOx和PM的排放。为了解决这种燃烧方式中着火相位控制难问题，课题组提出了射流火焰引燃柴油预混合气的方法，称为射流控制压缩着火（JCCI）系统。
　　本文主要探究不同预燃室结构参数，主要有容积Vp、喷孔直径d、长径比L/D对射流火焰和预混合气燃烧过程的影响。本文所做的是实验研究，并且是在自主设计并搭建的定容燃烧弹可视化实验平台上完成的。通过纹影仪和高速摄影机配合，可以拍摄到预燃室喷出的射流火焰和射流火焰引燃甲烷与空气预混合气的过程。在射流火焰特性方面的研究中得出了以下结论。通过比较1.9mL和1.0mL预燃室后得出，1.9mL预燃室的长度L要长，火焰从火花塞传播到预燃室喷孔所需的时间长，导致射流火焰喷出时间晚。并且1.9mL预燃室内部混合气的物质的量多，燃烧后产生的压力大，导致射流火焰的贯穿距离和火焰面积大。通过比较1mm、2mm和3mm孔径预燃室后得出，1mm孔径预燃室内与定容燃烧弹之间的节流作用更强，预燃室内的混合气着火后，短时间内预燃室内部的压力上升得更高，导致射流火焰喷出时刻提前以及贯穿距离和火焰面积更大。当预混合气的温度比较低时，1mm孔径预燃室会使射流火焰产生淬息，导致无法点燃定容燃烧弹内的预混合气。通过比较长径比1.0和2.0预燃室后得出，长径比1.0预燃室内混合气进行燃烧化学反应的时间要短，导致长径比1.0预燃室内混合气的燃烧不充分。在预混合气燃烧特性方面的研究中得出以下结论。在射流火焰内部会产生着火点，而着火点在定容燃烧弹的中心附近，与火花塞直接点燃相比，火焰传播的路径明显减少了许多，并且由于射流火焰的湍流作用可以更加加快火焰的传播速度。射流火焰引燃的预混合气的压力峰值和压升率峰值明显大于火花塞直接点燃。通过比较不同容积（1.0mL、1.9mL）和不同孔径（2mm、3mm）的预燃室后得出，射流火焰的喷出时刻会影响预混合气的着火时刻，并且在400K时，1.9mL预燃室和2mm孔径预燃室引燃的预混合气的压力峰值和压升率峰值明显很大，使得定容燃烧弹内部预混合气得到充分的燃烧，并且燃烧速率更快。通过比较长径比1.0和2.0预燃室后得出，燃空当量比是1.0时，长径比1.0预燃室内部燃烧反应时间短，燃烧不充分的不良因素会导致，在后期预混合气的火焰扩散速度变慢，压力曲线峰值降低，预混合气的着火时间变晚。

目录

声明

1 绪论

1.1 研究背景

1.2 柴油预混合燃烧系统

1.3 预燃室系统发展现状

1.4 JCCI的提出

1.5 本文研究对象和研究方法

2 可视化实验台布置

2.1 整体布置

2.2 定容燃烧弹系统

2.3 预燃室系统

2.4 纹影仪

2.5 高速摄影机

2.6 同步控制系统

2.7 本章小结

3 射流火焰特性研究

3.1 实验条件

3.2 预燃室容积的影响

3.3 预燃室喷孔直径的影响

3.4 预燃室长径比的影响

3.5 本章小结

4 预混合气燃烧特性研究

4.1 实验条件

4.2 射流火焰引燃预混合气与火花塞直接点燃的区别

4.3 预燃室容积的影响

4.4 预燃室喷孔直径的影响

4.5 预燃室长径比的影响

4.6 本章小结

5 总结与展望

5.1 全文总结

5.2 工作展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢