基于扫气加浓的预燃室式气体机性能提升方法研究

摘要

稀燃技术是提高气体机热效率的有效途径，大缸径天然气发动机采用稀燃技术要面临的主要挑战是燃烧速度慢和火焰传播不稳定。利用预燃室燃烧时喷出的高温射流在主燃烧室内形成分布式点火，可增强点火能量，拓宽稀燃极限，提高气体机热效率并改善NOx排放。为了提高预燃室射流能量，需要对预燃室组织扫气加浓，优化预燃室结构。
　　课题围绕预燃室内工作过程的组织，进行了以下工作:
　　搭建了单缸190气体机实验台，完善了稳态参数采集系统和瞬态参数采集系统。基于电控喷射阀和机械单向阀串联方案，设计了预燃室扫气加浓控制系统。基于实验分析了预燃室扫气加浓系统工作的有效性及在实机运行中的稳定性。
　　实验研究了预燃室扫气加浓策略对气体机燃烧过程及整机性能的影响。研究结果表明:预燃室气体机主室燃烧的急燃期呈两种不同的放热特征;相同喷射脉宽下，随着喷射时刻的推迟，气体机的有效压缩比减小，在压缩行程中进入预燃室内的稀混合气数量略有减少，使点火时刻预燃室内混合气当量比增加，预燃室内燃烧过程得到改善，进而使主室放热过程得到改善;保持喷射压力和喷射起始时刻不变，随着喷射脉宽的增加，预燃室扫气效果得到改善，同时扫气结束时刻推迟使得进入预燃室的稀混合气数量减少，预燃室内混合气当量比增加，进而改善了预燃室内燃烧过程，使得主室内放热过程得到改善，但是喷射脉宽增加导致扫气用燃气量增加，气体机过量空气系数减小。在扫气燃气量一定的情况下，不同喷射压力下扫气效果差异较小。
　　仿真分析了预燃室结构及点火位置对主副室燃烧过程的影响。研究结果表明:增加连接通道数目，能够改善预燃室内混合均匀性，增加主室火焰传播面积;连接通道角度对预燃室内火焰传播速度影响的效果有限，对预燃室射流的影响较小，连接通道夹角为60°时，预燃室射流能更好的兼顾主室周向和径向的射流传播，从而改善主室燃烧过程;预燃室内点火位置下移能够有效利用预燃室内的燃料，预燃室内累积放热量较高，从而提高了预燃室射流能量。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究意义及背景

1．2 大缸径气体机燃烧性能提升方法

1．2．1 天然气掺氢技术

1．2．2 柴油科燃技术

1．2．3 预燃室技术

1．3 气体机预燃室相关技术研究现状

1．3．1 预燃室内燃烧过程的组织

1．3．2 预燃室射流引燃方式

1．3．3 对预燃室研究常用的方法

1．4 课题主要研究内容

第2章 气体机预燃室研究平台搭建

2．1 气体机实验台架

2．2 预燃室扫气加浓系统设计

2．2．1 原机预燃室扫气加浓系统

2．2．2 喷射装置

2．2．3 扫气加浓控制系统设计

2．3 预燃室扫气加浓系统有效性的验证

2．4 实验数据处理方法

2．4．1 放热率计算

2．4．2 气体浮子流量计示值换算

2．5 扫气加浓系统的实机验证

2．6 本章小结

第3章 预燃室扫气加浓策略分析

3．1 预燃室气体机工作过程分析

3．2 扫气开始时刻对缸内燃烧过程的影响

3．2．1 不同喷射时刻时腔内压力变化

3．2．2 喷射起始时刻对主副室燃烧过程的影响

3．2．3 喷射起始时刻对气体机性能的影响

3．3 喷射脉宽对缸内燃烧过程的影响

3．3．1 喷射脉宽对扫气加浓系统的影响

3．3．2 喷射脉宽对主副室燃烧过程的影响

3．3．3 喷射脉宽对气体机性能的影响

3．4 喷射压力对缸内燃烧过程的影响

3．5 本章小结

第4章 预燃室结构及点火位置分析

4．1 模型建立及验证

4．2 连接通道数目

4．3 连接通道角度

4．4 火花塞点火位置的优化

4．5 本章小结

第5章 总结与展望

5．1 全文总结

5．2 展望

参考文献

致谢