稀燃天然氣發(fā)動機燃燒過程研究和燃燒系統(tǒng)開發(fā).pdf

1、隨著排放法規(guī)的不斷提高，開發(fā)低排放中重型車用單一燃料天然氣發(fā)動機應用于城市公交客車成為發(fā)動機工作者的重要研究課題。本文通過理論分析、數(shù)值計算與試驗研究相結(jié)合的手段，對一臺由6102型柴油機改裝的火花點火天然氣發(fā)動機的燃燒過程和燃燒系統(tǒng)進行了研究。
　　 本文首先應用試驗與CFD研究相結(jié)合的方法，對原機的燃燒室形狀進行優(yōu)化設計，通過對缸內(nèi)氣體流動及火焰?zhèn)鞑サ姆治?，得出湍流強度對火核形成影響較小，在快速燃燒期，湍流強度對火焰?zhèn)鞑ニ俣?/p>

2、有直接的影響，湍流強度強的區(qū)域，火焰?zhèn)鞑ニ俣瓤?；適當增大擠氣面積，可增大逆擠流強度，提高缸內(nèi)湍流動能，促進火焰?zhèn)鞑ァ１疚倪€針對火花塞中置與偏置的方案進行了探討，得出火花塞中置時，有利于火焰向四周傳播，可以提高燃燒速度，但同時缸內(nèi)壓力升高率和NOx排放也會大幅增大。
　　 針對HC和NOx排放過高的問題，對所研究發(fā)動機配氣機構(gòu)進行了改進設計，并將優(yōu)化方案與原機方案一起在發(fā)動機臺架上進行對比試驗，研究了配氣相位對燃燒和排放的影響。結(jié)

3、果表明，氣門重疊角減小，HC和NOx排放降低，但高轉(zhuǎn)速時過小的氣門重疊角，不利于HC排放的降低；高轉(zhuǎn)速時，應適當增大點火提前角，使壓力峰值在上止點后20℃A以內(nèi)，同時也可以避免后燃，降低排溫。
　　 為保證火核穩(wěn)定點火，促進火焰向外傳播，通過改變氣門室高度H值和渦殼相對角度θ，在原進氣道基礎上對發(fā)動機的螺旋進氣道進行了改進設計，并分別對缸內(nèi)氣體進行了穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)數(shù)值模擬計算。研究結(jié)果表明：降低渦流比，可增大缸內(nèi)氣體湍流動能，適當增

4、大湍流動能可以提高火焰?zhèn)鞑ニ俣?，但過大的湍流動能也會抑制火焰向外傳播。
　　 最后，研究了天然氣發(fā)動機的控制策略，安裝優(yōu)化設計后的燃燒系統(tǒng)，對天然氣發(fā)動機進行整機性能試驗。分析點火提前角和過量空氣系數(shù)對燃燒過程的影響，探求天然氣發(fā)動機在不同工況下的稀燃極限，并對該天然氣發(fā)動機進行ETC排放試驗。得出當進氣壓力和轉(zhuǎn)速一定時，隨著混合氣濃度的變稀，燃燒穩(wěn)定性變差，NOx排放降低；當混合氣濃度一定時，推遲點火提前角，則燃燒過程顯著延遲