收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

LPG压燃发动机喷雾及燃烧特性研究

肖合林  
【摘要】: 液化石油气(LPG)以其良好的排放及混合气形成特性,已成为汽油和柴油重要的替代燃料,被视为“绿色能源”,并在发动机上得到了广泛的应用。然而,国内外在现有发动机上使用LPG,通常采用LPG缸外气化与空气混合后进入气缸燃烧的工作方式。这种燃料供给方式存在许多不足之处。为了充分利用LPG的蒸发潜热高和快速气化特性,降低燃烧温度,减少NOx排放并提高其动力性和燃油经济性,充分发挥压燃式内燃机压缩比大、热效率高的特点,克服进气道供气方式存在的诸多缺点,本文以液态LPG与柴油混溶后缸内直喷压燃改善发动机性能的作用机理为研究对象,通过开展理论分析与试验研究,深入探讨了LPG/柴油混合燃料的喷雾特性、变化规律、影响因素,以及LPG碰壁对缸内混合气形成及燃烧过程的影响等科学问题;借助于自行开发的液态LPG/柴油比例混合电控系统,进行了直喷式LPG/柴油双燃料压燃发动机的性能试验;并就LPG进气道喷射与二甲醚(DME)缸内直喷实现准均质压燃的技术问题开展了基础试验研究,对LPG、DME组合燃料准均质压燃所产生的常规及非常规污染物排放进行了定量测试。本文的研究工作为LPG等液化气体燃料在柴油机上的应用提供了一条新的技术途径,对我国多元化汽车能源战略的实施具有较高的学术和应用价值。 本文的研究内容和创新点主要有以下几个方面: 在广泛阅读国内外文献的基础上,对LPG应用研究的现状进行了综述,分析了现有发动机使用LPG存在的诸如由进、排气气门重叠角导致的燃料的短路损失、发动机容积效率和输出功率较低、NOx排放没有明显改善,以及难以得到良好的发动机综合性能等弊端。针对目前关于LPG/柴油混合燃料缸内直喷压燃的研究仍未见有深入报道的现状,提出了一种新的全面改善LPG发动机性能的技术方案,即采用LPG/柴油混合燃料缸内直喷压燃模式来优化LPG发动机的动力与排放性能。 通过向定容室内喷射液态LPG、柴油及不同比例的LPG和柴油的混合燃料,采用高速摄影的方法,研究了喷射参数、LPG和柴油的混合比对喷雾特性的影响;对不同燃料之间的喷雾特性进行了详细的比较和分析。试验研究结果表明,在相同的喷射参数下,各种燃料中,LPG的喷雾贯穿距最短,蒸发气化的速度最快;混合燃料中LPG的含量越高,其雾化特性越好。在此基础上,采用KIVA-3V计算程序,对LPG及柴油在定容室内的喷雾过程进行了数值模拟,对燃料的喷雾场进行了详细的计算分析,并与试验结果进行了对比,计算分析结果与试验结果基本吻合。 在分析、归纳前人关于喷雾碰壁研究成果的基础上,基于试验研究的结果,建立了喷雾碰壁的数学模型。该模型给出了离散液滴油膜铺展和撞壁飞溅等物理过程的数学描述,考虑了液滴、壁面、油膜上方气体层之间的相互作用,即动量和热量的交换过程。利用该模型对LPG碰壁过程进行了模拟计算,并与柴油进行了对比分析。研究表明,LPG液体蒸发较快,与柴油相比,油膜厚度较薄,LPG碰壁后在湿壁面效应会大为减弱,这在缸内混合气形成及燃烧过程中是非常有利的因素。燃料碰壁分析计算结果与试验结果对比表明,两者之间吻合较好。 为了开展LPG和柴油按任意比例混合后直喷压燃的试验,设计了一套混合燃料电控供油系统。该系统使液态LPG和柴油预先在混合器中按比例混合,再通过喷油泵及喷油器向缸内喷射。液态LPG和柴油的混合比例可任意调节。为此,电路采用MCS-51系列单片机AT89C52,控制电磁阀导通时间来控制柴油和LPG流量,以实现LPG和柴油的任意混合比例。电磁阀导通时间的控制则是通过控制驱动电磁阀导通的脉宽来实现。 借助于混合燃料电控供油系统,在ZS195发动机上实现了液态LPG和柴油混合、缸内直喷压燃的燃烧方式,研究了LPG与柴油混合燃料的燃烧情况。通过试验发现,在适当的LPG/柴油混合比例下,与纯柴油燃烧相比,在功率不下降的前提条件下,混合燃料燃烧时缸内的最高燃烧爆发压力变化不大,CO排放量有所上升,但HC、NOX及碳烟的排放则有较大幅度的下降。试验中还发现,适当比例混合燃料燃烧时,发动机的耗油率及排气温度较燃烧柴油时低,但燃烧产生的噪声则增大;当混合燃料中LPG的量超过一定比例时,燃烧恶化,甚至不能燃烧。 在经改装的ZS195柴油机上,通过采用LPG进气道进气、DME缸内直喷引燃的方式,开展了不同比例的高辛烷值燃料(LPG)和高十六值燃料(DME)相组配的可变燃料特性准均质压燃(QHCCI)基础试验研究。试验发现,采用这种燃烧方式,可在一定程度上实现着火点的控制,并使发动机在较大的负荷范围内工作。同时,当混合气中LPG较浓时,发动机燃烧不太稳定,排放、噪声都会升高。试验中还测试了燃烧所产生的HC、CO、NOX及非常规污染物甲醛和甲酸甲酯的排放。测试结果表明,随着混合气中LPG浓度的升高,HC、NOX、甲醛及甲酸甲脂的排放都会升高,CO的排放则呈现中间高,两头低的特点。且随着负荷的增大,发动机的污染物排放量均有所下降。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 徐宏明;;预混压燃发动机的现状与未来(英文)[J];汽车安全与节能学报;2012年03期
2 谷明;压燃汽油机的研究[J];小型内燃机;1992年04期
3 郭凤华;黄国华;宋涛;;压燃机燃用醇-柴混溶燃料的性能研究[J];农业工程学报;1988年01期
4 ;Question & Answer[J];世界汽车;2013年07期
5 宋进桂;;梅里特催化压燃发动机(一种新型发动机)[J];山东交通科技;1990年02期
6 郑朝蕾;尧命发;;分层充量压燃简化动力学模型及燃烧机理[J];燃烧科学与技术;2011年02期
7 周亚利,李捷;体院北中压燃气楼前调压系统现状分析及改进[J];天津城市建设学院学报;1995年04期
8 裴毅强;苏万华;林铁坚;;油嘴喷射锥角对柴油可控预混压燃燃烧特性的影响[J];燃烧科学与技术;2006年06期
9 郭晓平;王占杰;;甲基、甲烷、甲醇在正庚烷压燃内燃机中的演变历程[J];燃烧科学与技术;2007年03期
10 姜春生,刘凤军;新的发动机燃烧方式——均质充量压燃燃烧(HCCI)[J];天津汽车;2005年04期
11 王真;乔信起;张德全;侯军兴;张俊军;黄震;;均质二甲醚/乙醇喷雾压燃的燃烧和排放特性[J];上海交通大学学报;2009年09期
12 魏远文;林灵;徐凯;;二甲醚均质充量压燃简化机理研究[J];西华大学学报(自然科学版);2010年01期
13 朱驰,刘圣华;二甲醚均质充量压燃发动机排放特性的试验研究[J];内燃机学报;2004年01期
14 陈志,黄震,吕兴才,罗马吉;DME均质充量压燃着火过程的数值模拟研究[J];内燃机学报;2004年01期
15 刘小杰;樊丁;缑林峰;;高温高压燃滑油综合试验台测控系统设计[J];机械设计与制造;2007年09期
16 王迎;郑朝蕾;何祖威;张庆峰;;添加剂对甲醇均质充量压燃燃烧的影响[J];内燃机工程;2011年02期
17 秦静;易林;林漫群;李乐;虞卫飞;谢辉;赵华;;高辛烷值燃料压燃燃烧醛类物质的缸内取样[J];内燃机学报;2012年04期
18 杨洪强;帅石金;付海超;王志;王建昕;周向进;;低辛烷值汽油部分扩散压燃的燃烧与排放特性[J];汽车安全与节能学报;2011年04期
19 胡铁刚,周龙保,刘圣华,李维;变压缩比二甲醚均质充量压燃发动机排放特性的研究[J];内燃机工程;2005年05期
20 王峰;郑朝蕾;何祖威;张庆峰;王迎;李燕;;柴油替代燃料着火过程的动力学特性[J];重庆大学学报;2012年02期
中国博士学位论文全文数据库 前2条
1 于洋;柴油机分层预混压燃燃烧及多阶段高效清洁燃烧过程研究[D];天津大学;2010年
2 肖合林;LPG压燃发动机喷雾及燃烧特性研究[D];华中科技大学;2007年
中国硕士学位论文全文数据库 前9条
1 谭凌;改性汽油部分预混压燃发动机的试验研究[D];华中科技大学;2013年
2 孟庆媛;分层充量压燃燃烧及排放机理多维数值模拟研究[D];天津大学;2008年
3 宋云超;预混合压燃氢气/柴油发动机混合气形成与燃烧过程的研究[D];北京交通大学;2008年
4 段震中;高压共轨柴油机电控系统开发与压燃汽油的实验研究[D];天津大学;2011年
5 何超;燃料添加剂改善均质充量压燃(HCCI)发动机性能的试验研究[D];北京工业大学;2008年
6 马鑫;柴油均质充量压燃微粒演化历程及非常规排放研究[D];天津大学;2009年
7 李韫喆;添加剂(DTBP)改善均质充量压燃(HCCI)着火的数值模拟与试验研究[D];北京工业大学;2007年
8 崔亨;复合发动机燃油经济性初步分析[D];大连理工大学;2010年
9 李超;燃料添加剂改善均质充量压燃(HCCI)发动机着火和燃烧性能的试验研究[D];北京工业大学;2006年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978