天然气柴油双燃料准均质燃烧过程的研究

天然气柴油双燃料准均质燃烧过程的研究

第10卷第2期2004年4月燃　烧　科　学　与　技　术

JournalofCombustionScienceandTechnologyVol.10No.2

Apr.2004

天然气2柴油双燃料准均质燃烧过程的研究

Ξ

张纪鹏1,夏元东1,孙志军1,江华春1,李　威2,李　丽3

(1.吉林大学汽车学院,长春130025;2.河北农业大学水产学院,秦皇岛066003;3.吉林建筑工程学院,长春130021)

摘　要:通过发动机缸内分析法,对发动机的典型工况燃烧特性进行了试验研究,结果表明,天然气2柴油双燃料在低速时具有比燃烧纯柴油高的指示压力,最高爆发压力大于纯柴油,最大压力升高率也具有相同的规律,且双燃料的循环变动量大于柴油;而在中、高转速下,其具有与低速情况相反的规律.关键词:双燃料发动机;均质压燃;燃烧

中图分类号:TK420.5　　　文献标志码:A　　　文章编号:100628740(2004)0220146StudyonPara2HomogeneousChargeoftheDualFuel

ZHANGJi2peng1,XIAYuan21,SJHua2chun1,LIWei2,LILi3

(1.JilinUniversityViceEngineering,Changchun130025,China;

2.University,Qinghuangdao066003,China;

ArchitectureCollege,Changchun130021,China)

Abstract:Aexperimentabouttheengine’scombustionwasconductedbythein2cylinderanalysisofengineinsometypicalspeed2lordconditions.Andbythismethod,aresultwasachievedthattheindicatingpressure,thepeakpressureandthemaxpressureincreasingratioofdual2fuelenginearehigherthandieselengine’sinlowspeedconditions.Butontheotherhand,com2parewithdieselengine,thecyclevariationofdual2fuelengineismoreobviously.Andit’sindicatingpressure,peakpressureandmaxpressureincreasingratioarelowerinmiddleandhighspeedconditions.Keywords:dualfuelengine;homogeneouschargecompressionignition;combustion

天然气因其储量丰富和良好的使用性能必将成为

未来汽车的主体燃料.然而,天然气车辆并非人们认为的清洁、节能.因此,应对天然气的燃烧性能有一个清醒的认识,只有这样才能采用适当的使用方法,将天然气作为发动机理想的燃料.本文通过对天然气2柴油双燃料发动机准均质燃烧性能的研究,分析其燃烧方式及特点,力求得出天然气在准均质燃烧过程的相关结论.

1　试验装置及试验方法

1.1　试验装置

图1　发动机试验系统图

如图1所示,试验是在一台国产直列6

缸增压中

Ξ收稿日期:2003212215

　基金项目“:973”重大基金资助项目(2001CB209206).

),男,教授,zjpihy@.　　　作者简介:张纪鹏(1956—　　

天然气柴油双燃料准均质燃烧过程的研究

2004年4月　　　　　　　　　　张纪鹏等:天然气2

柴油双燃料准均质燃烧过程的研究 147

冷发动机上进行的.为了保证在柴油条件下的正常工作,发动机的结构参数未作变更.双燃料发动机燃料供给方式为进气总管电控喷气(天然气),缸内引燃替代柴油率为85%.缸内压力及其它相关参数的采集采用CB466燃烧分析仪采集记录.1.2　试验方法

柴油燃料最高爆发压力所对应的曲轴转角,φp,d为双

燃料最高爆发压力所对应的曲轴转角.从本图可以看出,在低速情况下双燃料的最高爆发压力大于柴油,而在高速段却又低于柴油燃料的值,也正是这一点体现了双燃料发动机的噪声低于柴油机.同时也体现出双燃料燃烧过程的经济性差于纯柴油的问题.从最高压力所对应的曲轴转角分析,双燃料最高燃烧压力所对应的曲轴转角均大于柴油最高压力所对应的曲轴转角,这一点也充分证明天然气火焰传播速度低的特征.而且从图中可以看出,在低转速情况下,双燃料最高爆发压力所对应的曲轴转角与柴油的接近,随发动机转速的增加,向增大,.,差值可达近5,经济

.

发动机分别采用纯柴油和双燃料进行对比试验分析.发动机工况选择了具有代表性的功率特性.测试其各个工况点的最高爆发压力、最大压力升高率、以及循环变动量等.

2　试验分析

2.1　发动机功率Pe和平均指示压力pi

图2为纯柴油与双燃料的功率特性对比曲线,图中Peo为柴油燃料发动机的功率,Ped的功率;pio,料发动机指示压力.从图中Pe,,我们和柴油燃料的各种性能对比研究.从pi曲线看双燃料发动机在发动机的高速段(1700r/min后的速度段)低于柴油的数值,而在低速段其值高于柴油的数值.这一点说明天然气火焰传播速度低的燃烧特性,在低转速的情况下,由于燃烧时间相对较长发动机缸内的天然气在膨胀过程的前期可以充分燃烧,所以具有相对较高的平均指示压力.而到高转速情况下,由于各过程相对时间的缩短,天然气的燃烧延续到了后期膨胀过程中,因此平均指示压力下降

.

图3　最高爆发压力比较

2.3　最大压力升高率及其对应的曲轴转角

图2　功率和指示压力比较

2.2　发动机最高爆发压力及其对应的曲轴转角

图3中po,max为柴油燃料发动机缸内最高爆发压

力,pd,max为双燃料发动机的缸内最高爆发压力;φp,o为

图4中λpo是以柴油为燃料的最大压力升高率,λpd是双燃料的最大压力升高率;φdo是柴油最大压力升高率所对应的曲轴转角;φdd是双燃料最大压力升高率所对应的曲轴转角.从图可以看出,在低转速情况下,双燃料的最大压力升高率大于柴油燃料,而在高转速情况下,柴油的最大压力升高率大于双燃料的压力升高率,差值最大点在最高转速点,差值可达到0.2MPa/°CA.这说明,由于天然气燃烧速度较慢,在低转速的情况下每度曲轴转角所占时间较长,又由于混合气是较均匀状态,因此有较多的燃料进行了燃烧,最大压力升高率相对较高.而在低转速时,柴油的雾化及与空气的混合均匀程度相对较差,燃烧速度相对较慢,燃料的燃烧量较少,所以其最大压力升高率相对较低.从最大压力升高率所对应的曲轴转角分析,可以看出柴油最大压力升高率对应的曲轴转角均大于双燃料时的

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曲轴转角,大部分约相差60～70°CA.而且从双燃料的

最大压力升高率曲轴转角变化趋势看在1400r/min(最大扭矩点)前曲轴转角在逐渐增大,在1700r/min后基本保持较小的变化

.

致最大爆发压力循环变动量增加.

图5　循环变动比较

3　结图4　压力升高率比较

2.4　燃烧过程最大爆发压力的循环变动

,双燃料准均质过程的燃烧与柴

.而,平均指示压力下降.　　2)在低速情况下,双燃料的最高爆发压力大于柴油,而在高速阶段却又低于柴油燃料的值.　　3)从最高压力所对应的曲轴转角分析,双燃料最大爆发压力所对应的曲轴转角均大于柴油最高爆发压力所对应的曲轴转角,这一点也充分证明了天然气火焰传播速度低的特征.　　4)在低转速情况下,双燃料的最大压力升高率大于柴油燃料,而在高转速时,柴油的最大压力升高率大于双燃料的压力升高率.　　5)从最大压力升高率所对应的曲轴转角分析,可以看出柴油最大压力升高率对应的曲轴转角均大于双燃料;柴油与双燃料的燃烧开始角基本接近.　　6)双燃料的最大爆发压力循环变动量要大于纯柴油,从最高爆发压力循环变动的发展趋势看,双燃料发动机随转速增加循环变动量增加.参考文献:

[1]　张纪鹏,高　青,郝利君.汽油加氢改善发动机性能的试

图5中pmo,max的最大值;pmd,max压力变动的最大值;pmo压力变动的最小值;pmd,min发压力变动的最小值.发动机的燃烧循环变动量体现了燃烧过程的不稳定性,对于柴油来说涉及到进气涡流等气流状态的影响,由于进气过程被影响的因素很多,因此,发动机每次进气终了的状态均有差异,因此导致燃油喷入燃烧室时形成混合气的均匀程度、涡流情况均不同,引起了着火状态发生差异,最终导致各循环过程有相对的差别.从图6可以看出,双燃料的最大爆发压力循环变动量要大于纯柴油,这是因为天然气的着火是由柴油引燃,而引燃柴油的喷入状态受到多种因素的影响,

很难保持各循环喷入状态完全相同,所以引燃火源的点数、能量均不同,引发了双燃料的最大爆发压力的循环变动,此外,由于天然气燃烧火焰传播速度较低,也导致循环变动量的增大,致使发动机的双燃料状态循环变动量大于纯柴油状态.从最高爆发压力循环变动的发展趋势看,双燃料状态随发动机的转速增加循环变动量增加,在低转速工况下,进入发动机缸内的气流速度相对较低,进气过程影响因素减弱,最大爆发压力的循环变动量相对较低.在高速过程,进入发动机缸内的气流速度相对较高,进气过程影响因素加强,导

验研究[J].燃烧科学与技术,1998,(4):26—29.

[2]　高　青.天然气/柴油双燃料燃烧特性及规律的研究

[J].

内燃机学报,2000,(2):127—132.

[3]　张纪鹏,高　青,孙济美.预混合式天然气/柴油双燃料发

动机若干问题的分析与探讨[J].汽车技术,2000,(8):7—

9.

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