喷油规律对双燃料发动机燃烧过程的影响

【摘要】为了应对环境污染与能源危机，天然气等可燃气体的高清洁燃料的开发利用已成为世界性的研究课题。天然气是目前研究最为广泛的气体燃料之一，其辛烷值高、储量丰富、价格低廉、排放污染低，被誉为二十一世纪最有潜力的代用燃料。天然气/柴油双燃料发动机可充分发挥天然气的特性，使用经济性好，热效率高，并能较好的控制NO及Soot排放，具有广阔的发展前景。为研究在高天然气替代率、高压缩比条件下，喷油规律对双燃料发动机燃烧过程的影响，本文应用STAR-CD软件模拟计算并分析了CA6DL2天然气/柴油双燃料发动机在1335rpm、75%负荷工况下的燃烧过程。其中天然气替代率为61.53%，柴油喷射时刻及脉宽分别为718°CA及2.64°CA，720°CA为压缩上止点。随后以该工况点为基准，对不同柴油喷射时刻(716°CA、720°CA、722°CA)、不同喷射脉宽(1.96°CA、3.16°CA)以及柴油二次喷射(柴油后喷量分别为24.2%、4.5%)进行了三维数值模拟。并从宏观参数及微观参数两方面着重分析了上述喷油规律对双燃料发动机燃烧过程的影响。通过模拟分析发现，双燃料发动机的燃烧过程大致可分为：柴油预混燃烧阶段、柴油扩散燃烧与天然气初期燃烧阶段、天然气主要燃烧阶段。其中天然气燃烧阶段大致开始于730°CA之后，相位较为滞后，此时缸内燃烧压力曲线已开始下降。推迟柴油喷射时刻会使缸内混合气的燃烧相位滞后，增加柴油扩散燃烧，但有利于缩短天然气的着火延迟期。与喷油时刻为716°CA相比，喷油时刻在722°CA时柴油的着火延迟期增加了7%，天然气的着火延迟期缩短了11%；但缸内燃烧压力第二峰值降低了23%，对应相位滞后了5.75°CA；总混合气的放热率重心CA50滞后了5.84°CA。缩短柴油喷射脉宽可加快柴油预混燃烧速率，并提高缸内平均质量湍动能，使混合气燃烧速率提高。与喷油脉宽为3.16°CA相比，喷油脉宽为1.96°CA时缸内燃烧压力第二峰值提高了13%，对应相位提前了2.5°CA，最大压力升高率提高了91%；放热率第一峰值提高了38%，对应相位提前了2.25°CA；750°CA时刻后缸内平均质量湍动能提高了15%以上。二次喷射的着火点数量多于单次喷射，可以缩短柴油及天然气的着火延迟期和燃烧持续期，这种趋势随柴油后喷量的增加而更加明显。相比于单次喷射，后喷量为24.2%工况下柴油与天然气的着火延迟期分别缩短了12%与5%，燃烧持续期分别缩短了46%与19%；缸内燃烧压力第二峰值提高了11%，最大压力升高率提高了99%；放热率第一峰值提高了58%。
【作者】管鑫；
【导师】王忠恕；
【作者基本信息】吉林大学，动力工程，2014，硕士
【关键词】天然气/柴油双燃料发动机；燃烧；柴油喷射时刻；柴油喷射脉宽；柴油二次喷射；

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