点火室式预混合柴油机燃烧系统的实验研究

摘要

近年来，环境污染日益严重，为了减少汽车尾气对环境的危害，各国制定的排放法规日趋严格。传统柴油机燃烧方式的固有特性决定了其无法解决同时降低NOx和PM排放的难题。而近年来大量研究表明:柴油机预混合燃烧方式具有高效率且同时降低PM和NOx排放的优势。但柴油机均质预混合燃烧理论在实用化进程中仍然存在诸多难题，尤其是着火相位控制问题。针对这一现状，本文提出了一种新型柴油机点火室式预混合柴油机燃烧系统。其主要原理为:在柴油机缸盖上设置一个点火室，通过喷孔与主燃烧室相连，火花塞布置于点火室中。通过气体燃料供应通道，向点火室内充入一定量的气体燃料。气体燃料被火花塞点燃燃烧后的火焰或者高温气体通过喷孔喷入主燃烧室，引燃其中的可燃预混合气，实现柴油机的均质预混合燃烧。
　　以一台CF186F(A)柴油机为基础，根据点火室式预混合柴油机燃烧系统的结构要求，对气缸盖结构进行改造，设计了点火室和LPG供应系统，开发了发动机点火正时及LPG喷射的电子控制系统，完成了点火室式预混合柴油机燃烧系统原理样机的试制。搭建了进行新型燃烧系统可行性验证的实验台架。
　　在新实验台架上对点火室式预混合柴油机燃烧系统可行性进行了探索实验，对样机的缸内燃烧过程、排放特性及经济性进行了测试分析，结论如下:
　　(1)点火室式预混合柴油机燃烧系统切实可行，主燃烧室内的燃烧始点可以通过控制点火室内火花塞点火正时来控制。
　　(2)原理样机相比原柴油机可同时降低NOx和碳烟排放。在中低负荷工况，原理样机比原柴油机NOx排放可以降低60％以上;在全部负荷范围内，原理样机比原柴油机烟度排放降低43.75％以上，在中负荷工况下降低幅度最大;在中低负荷工况，原理样机排气温度略高于原柴油机;原理样机的NOx排放量随LPG比例增大而降低，烟度排放量随LPG比例的增大呈先降低后增高趋势，因此原理样机LPG比例存在一个最优值。
　　(3)在中低负荷工况，原理样机的热效率略低于原柴油机，在高负荷工况，原理样机热效率高于原柴油机。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 课题背景

1．1．1 石油供需矛盾的日益突出

1．1．2 环境污染和日益严格的排放法规

1．2 柴油机主要排放物的生成机理与控制措施

1．2．1 NOx的生成机理及主要控制措施

1．2．2 PM的生成机理及控制措施

1．3 本文研究内容

2 点火室式预混合柴油机燃烧系统的提出

2．1 提出背景

2．1．1 预混合燃烧研究现状

2．1．2 预混合燃烧存在的问题

2．2 点火室式预混合柴油机燃烧系统介绍

2．2．1 工作原理

2．2．2 主要结构

2．2．3 相对优势

2．4 本章小结

3 点火室式预混合柴油机燃烧系统原理样机改造及可行性实验验证

3．1 原机型的选择

3．2 气缸盖的改造

3．2．1 气缸盖实体的改造

3．2．2 点火室的设计与安装

3．2．3 喷油器的安装与固定

3．3 燃烧室的设计

3．4 控制系统的介绍

3．4．1 电控单元组成及工作原理

3．4．2 凸轮轴传感器及角标仪的安装

3．5 主要测试仪器

3．5．1 FC2210Z型智能油耗仪

3．5．2 FLA-501汽车排气分析仪

3．5．3 FBY-1滤纸式烟度计

3．5．4 D150型水力测功机

3．5．5 PTL-30kg双模计数天平

3．6 实验装置

3．7 实验方案

3．8 本章小结

4 实验结果及分析

4．1 缸内燃烧过程分析

4．1．1 点火提前角对缸内压力影响

4．1．2 缸内放热率分析

4．1．3 缸内燃料燃烧时刻及燃烧速率分析

4．2 排放特性分析

4．2．1 原理样机与原柴油机NOx排放对比

4．2．2 原理样机与原柴油机烟度排放对比

4．2．3 原理样机与原柴油机排气温度对比

4．2．4 LPG-柴油比例对原理样机NOx排放的影响

4．2．5 LPG-柴油比例对原理样机烟度排放的影响

4．3 经济性分析

4．4 本章小结

5 全文总结及展望

5．1 全文总结

5．2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

攻读硕士学位期间发明专利情况

致谢