论文题目: 低散热压缩着火天然气发动机燃烧过程的试验研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 动力机械及工程
作者: 张德福
导师: 张惠明
关键词: 天然气发动机,压缩着火,电热塞,燃烧与排放
文献来源: 天津大学
发表年度: 2005
论文摘要: 推广使用天然气发动机有利于降低内燃机的排气污染,实现能源多元化确保国家能源安全。为改善现有点燃式天然气发动机存在的热效率低、功率密度低的缺点,研究开发新型燃烧系统是天然气发动机面临的科学问题。本文在总结和分析国内外天然气压缩着火燃烧过程研究结果的基础上,提出了一种分隔室式天然气燃烧系统,研究开发了具有低散热结构的压缩着火天然气发动机。提出利用缸内混合气浓度分层和温度分层,有效地缓解了中高负荷时预混合压燃存在的敲缸现象,并研究了电热塞温度、进气加热温度、隔热效果、高压供气定时及高低压供气比例对燃烧过程的影响。本文介绍了作者进行的如下研究工作:研究设计了电控天然气复合供气系统。该系统在进气管处设置低压喷射阀,副室内设置高压喷射阀,在电控单元的控制下可以实现单独低压供气和高、低压复合供气两种供气方式,控制时钟频率为0.5℃A,因此该供气系统具有控制精度高、工作方式灵活的特点。设计开发了低散热分隔室式燃烧系统并研究了天然气压缩着火起动性能。试验结果表明,增加通道直径、提高辅助加热温度有利于实现着火起动。低压供气方式的起动性能优于复合供气方式。针对预混合压缩着火燃烧过程出现的失火和敲缸,研究了在分隔室式燃烧系统中利用缸内温度分层对失火和敲缸的影响。试验结果表明,提高电热塞温度和进气加热温度有助于避免失火现象的发生。采用大尺寸通道和活塞顶不隔热的措施有助于扩大燃烧室内温度分层,对提高副室着火性能,降低主室燃烧速度有利。在通道直径d=14mm活塞顶不隔热的条件下,转速1000r/min时最大输出功率可扩展到原机功率的42%。在分隔室式燃烧系统中,利用天然气复合供气方式研究了主副燃烧室混合气浓度分层对天然气压缩着火燃烧过程和发动机功率输出的影响。试验结果表明,适当减小通道直径、增加高压供气比例及减小高压供气提前角均有利于提高缸内混合气分层效果,实现主副燃烧室的两阶段着火燃烧,推迟了主室内着火时刻,降低燃烧速度,有效地克服了中高负荷时的燃烧敲缸。在通道直径d=8mm转速1200r/min时达到原机功率的83%,转速1400r/min时达到原机功率的73%,同时NOx排放较直喷压燃式有所降低。
论文目录:
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 引言
1.2 天然气燃烧特性
1.3 天然气发动机的发展概况
1.4 天然气发动机种类及研究现状
1.4.1 按照燃料使用方法分类
1.4.2 按照天然气供气方式分类
1.4.3 按照燃烧方式分类
1.5 压燃式天然气发动机的研究现状与未来展望
1.5.1 预混合充气压缩点火燃烧过程的特点及研究现状
1.5.2 分层充气压缩点火燃烧过程的研究
1.6 发动机低散热技术的研究现状
1.6.1 低散热发动机燃烧过程的研究
1.6.2 低散热发动机性能的研究
1.7 低散热压缩点火分层燃烧过程的提出
1.8 选题意义及研究内容
第二章 低散热压缩点火天然气发动机系统设计
2.1 燃烧室设计思路与设计方案
2.1.1 燃烧室设计思路
2.1.2 涡流室的结构、尺寸设计
2.1.3 燃烧室隔热设计
2.2 辅助加热装置的设计
2.2.1 空气加热系统的设计
2.2.2 陶瓷电热塞的设计选型
2.3 天然气燃料供给系统的设计
2.3.1 天然气供气系统的设计
2.3.2 可靠性设计
2.3.3 安全性设计
2.4 试验设备
2.5 发动机台架试验装置
2.6 标定试验
2.6.1 高压喷射阀流量标定
2.6.2 低压喷射阀流量标定
2.6.3 电热塞温度标定
2.6.4 空气流量计标定
2.7 本章小结
第三章 低散热压缩点火天然气发动机电控系统的设计
3.1 电控系统设计方案
3.1.1 电控系统设计要点
3.1.2 电控系统开发流程
3.2 基于计算机的电控系统硬件设计
3.2.1 采集卡的选择
3.2.2 I/O 卡的选择
3.2.3 82C54 工作原理
3.2.4 控制信号逻辑合成电路
3.2.5 喷射阀驱动模块电路设计
3.2.6 控制系统抗干扰设计
3.3 计算机控制系统软件设计
3.3.1 控制系统软件设计原则
3.3.2 计算机控制系统程序设计
3.4 本章小结
第四章 低压供气预混合压缩着火燃烧过程的研究
4.1 天然气发动机压缩着火起动特性的研究
4.1.1 辅助加热温度对压缩着火天然气机起动性能的影响
4.1.2 主副室通道直径对压缩着火天然气机起动性能的影响
4.1.3 低散热结构对起动性能的影响
4.2 低压供气压缩着火天然气机循环波动影响因素的研究
4.3 低压供气压缩着火天然气机燃烧过程影响因素的研究
4.3.1 进气加热温度对燃烧过程的影响
4.3.2 电热塞辅助加热对燃烧过程的影响
4.3.3 通道尺寸对发动机失火与敲缸的影响
4.4 低压供气压缩点火天然气机运转特性的试验研究
4.4.1 进气空气加热对充气效率的影响
4.4.2 方案一负荷特性的试验研究
4.4.3 方案二负荷特性的试验研究
4.4.4 方案三负荷特性的试验研究
4.4.5 方案四负荷特性的试验研究
4.5 发动机运转范围的比较
4.5.1 通道直径14mm 活塞喷涂前后运转范围比较
4.5.2 通道直径对运转范围的影响
4.6 本章小结
第五章 复合供气压缩着火燃烧过程的研究
5.1 复合供气天然气发动机压缩着火起动性能的研究
5.1.1 天然气供气方式对起动性能的影响
5.1.2 高压供气定时和高、低压供气比例对起动性能的影响
5.1.3 通道尺寸对起动的影响
5.2 复合供气压缩着火燃烧过程影响因素的研究
5.2.1 方案一对燃烧过程的影响
5.2.2 方案二对燃烧过程的影响
5.2.3 方案三对燃烧过程的影响
5.2.4 方案四对燃烧过程的影响
5.2.5 方案五对燃烧过程的影响
5.3 复合供气压缩着火天然气发动机运转特性的研究
5.3.1 转速14001/min 负荷特性的研究
5.3.2 转速12001/min 负荷特性的研究
5.4 发动机运转范围的比较
5.4.1 复合供气方式下四种通道尺寸运转范围比较
5.4.2 两种供气方式下运转范围的比较
5.5 本章小结
第六章 全文总结与展望
6.1 全文总结
6.2 未来工作展望
本文创新工作和新观点说明
参考文献
发表论文和参加科研情况说明
致 谢
发布时间: 2007-07-10
参考文献
- [1].电控喷射稀燃天然气发动机的关键技术研究[D]. 窦慧莉.吉林大学2006
- [2].压燃式天然气发动机燃烧过程模拟计算和试验研究[D]. 郑清平.天津大学2006
- [3].高稀释—预混合天然气发动机燃烧过程分析与优化[D]. 李伟峰.吉林大学2016
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- [5].稀燃天然气发动机燃烧过程研究和燃烧系统开发[D]. 焦运景.天津大学2009
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- [5].均质压燃（HCCI）发动机着火与燃烧过程的理论与数值研究[D]. 贾明.大连理工大学2006
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