柴油天然气双燃料发动机燃烧循环变动研究

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1、—————————————————————柴油/天然气双燃料发动机燃烧循环变动研究—————————————————————InvestigationofCombustionCyclicVariationfromaDiesel/CNGDualFuelEngine作者姓名：段联超专业名称：动力工程及工程热物理指导教师：王忠恕副教授学位类别：工学硕士答辩日期：2015年6月4日摘要柴油/天然气双燃料发动机燃烧循环变动研究21世纪以来，全球面临着能源短缺与环境污染两大问题，寻找替代能源，缓解石油危机已成为当务之急。天然气作为代用燃料，具有资源丰富，能量密度高

2、，高效清洁等优点，成为最具开发前景的能源之一。燃烧循环变动是点燃式发动机在低转速、低负荷时一种常见的不规则燃烧现象，在本文所研究的柴油/天然气双燃料发动机平台上尤具特殊性。该发动机在采用双燃料模式时，少量柴油提前喷射先行着火燃烧，再由其产生的着火源点燃周围的天然气-空气混合气。在整个燃烧过程中包含引燃柴油的自然着火阶段和由引燃柴油着火所点燃天然气的强迫着火阶段。引燃柴油的持续稳定着火，其着火源能量、着火点数目及其在缸内的分布直接决定着先期火焰的传播轨迹、初始传播速率和向整个燃烧室的发展进程，此过程中会出现较明显的循环波动。本文围绕一台柴油/天然气双燃料

3、发动机，建立台架试验测控平台，在A25工况（转速1334r/min，扭矩375N·m）时，分别研究天然气能量替代率和引燃柴油喷射时刻对发动机不同燃烧循环变动表征参数影响规律，并且描述了不同燃烧关键边界条件对缸内着火过程的影响。研究发现，随着天然气替代率的增高，最高燃烧压力逐渐降低，并且其对应的曲轴转角出现的位置提前。缸内压力曲线出现明显的双峰现象，缸内压力曲线的第一个峰值出现在压缩上止点，缸内压力曲线上的第二个峰值明显高于第一个峰值。最高燃烧压力的变动系数随天然气替代率的增高呈先上升后下降的趋势。最高燃烧压力对应的曲轴转角逐渐向压缩上止点靠近，并且其样

4、本标准偏差也逐渐增大。在中小天然气替代率时，平均指示压力基本不变，同时COVPmi基本在2%~4%之间。在高替代率时，平均指示压力小幅降低，同时COVPmi明显的增大。在极限替代率96.1%时，平均指示压力是6.0bar，COVPmi是10.96%，相对于纯柴油模式（pmi=6.1bar，COVPmi=1.3%）平均指示压力几乎不变，但是COVPmi增加了7倍左右。随着天然气替代率增高，滞燃期逐渐增大，在采用单一柴油模式时，滞燃期最短，而滞燃期的循环变动随着替代率的增高而增大；放热率重心CA50不断远离压缩上止点，并且其标准偏差越来越大。当天然气能量替

5、代率为90%时，随着引燃柴油喷射时刻的推迟，平均指示压力逐渐降低，COVPmi的变化趋势是先小幅降低，再逐渐升高。当引燃柴油喷射时刻在上止点之后时，循环变动系数几乎无变化。天然气替代率为80%和70%时，平均指示压力的及其循环变动的变化规律和替代率为90%时相似。在此三个替代率时都存在一个使得COVPmi最低，并且使得平均指示压力相对较高的引燃天然气柴油喷射时刻。在天然气替代率为90%、80%和70%时，随着引燃柴油喷射时刻的后移，最高燃烧压力逐渐减小，并且ICOVPmax先增大后减小。在天然气替代率为90%时，随着引燃柴油喷射时刻后移，滞燃期先减小再

6、增大。在70%和80%天然气替代率时，规律与90%天然气替代率相似，滞燃期都是先减小再增大，存在可以使滞燃期最短，并且循环变动相对较低的引燃柴油喷射时刻。引燃柴油喷射时刻的后移，会使得CA50推迟，并且CA50的标准偏差也逐渐增大。天然气替代率为90%、80%和70%时，随着引燃柴油喷射时刻后移，缸内燃料燃烧的持续期变长，燃烧持续期的循环变动逐渐降低。关键字：柴油/天然气双燃料发动机，燃烧循环变动，天然气替代率，引燃柴油喷射时刻IIAbstractInvestigationofCombustionCyclicVariationfromaDiesel/C

7、NGDualFuelEngineTheworldfacesenergyshortageandenvironmentalpollutionproblemssincethe21stcentury,lookingforalternativesourcesofenergyandalleviatingthepressureoftheoilshortagebecometheurgentmatter.Inthemeantime,hazepollutionhasbecometheprominentproblemsaffectingresidents’health,an

8、dwillrestricttheeconomicandsocialdevelopment.Na