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混合喷射液化石油气/柴油双燃料发动机的研究

祁东辉  
【摘要】: 本文研究了直喷柴油机燃用LPG/柴油混合燃料时的动力性、经济性、排放特性和燃烧特性;研究了混合燃料的喷雾特性,同时对混合燃料发动机的工作过程进行了理论分析。取得的主要成果有: 1.首次在燃油溶气试验的基础上制取LPG/柴油混合燃料。结果表明:该方法切实可行,可以把一定量的LPG与柴油均匀混合。 2.首次系统、深入地研究了LPG/柴油混合燃料发动机的动力性能和经济性能,确定了混合燃料的最佳掺混比。结果表明:E10混合燃料发动机的动力性与柴油机相当,E30混合燃料发动机的动力性在低速时与柴油机基本相当,在高速时略有下降。通过旋出油量校正螺钉,增大燃料供给量,可以使E30混合燃料发动机的最大功率损失控制在10%以内,最大转矩损失控制在2%以内。E10混合燃料发动机的燃料经济性与柴油机的相当,E30混合燃料的略有增加。E40混合燃料发动机的动力性与柴油机相比有显著下降,同时热起动困难,通过综合分析,确定LPG/柴油混合燃料的最佳质量掺混比为30%。 3.首次系统、深入地研究了LPG/柴油混合燃料发动机的排放性能。研究结果表明:随着LPG掺混比的提高,混合燃料可以明显改善发动机的排放。E10混合燃料发动机的排放与柴油机相比,相差不大;E30混合燃料发动机的烟度排放明显降低,最大可降低80%;NO_x排放也大幅度下降,最大可降低50%,解决了柴油机降低NO_x和降低碳烟排放存在的矛盾;在小负荷时,随着掺混比的增大,HC排放增加较多,但大负荷下增加较少;在小负荷时,随着掺混比的增大,CO排放有所增加,但在大负荷、尤其是满负荷下,CO排放大幅度下降。 4.首次系统地研究了供油提前角、喷嘴启喷压力对E30混合燃料发动机性能的影响。结果表明:E30混合燃料发动机的最低燃料消耗率对应的供油提前角与原柴油机相当,随供油提前角增大,E30的NO_x排放增加,但烟度降低。E30的最低燃料消耗率对应的喷嘴启喷压力略高于柴油。 5.首次对比研究了预混进气LPG/柴油双燃料发动机与混合喷射LPG/柴油双燃料发动机的排放特性。研究结果表明:在整个负荷范围内,预混进气双燃料发动机的NO_x排放明显低于混合喷射双燃料发动机;混合喷射双燃料发动机的HC和CO排放较低;在小负荷二者的烟度相差不大,但在大负荷预混进气双燃料发动机的烟度较低。 长安大学博士学位论文 6.首次对LPG/柴油混合燃料发动机的燃烧特性进行深入研究。结果表明: E10混合燃料与柴油的着火滞燃期随负荷和转速的变化趋势基本一致;E30混合 燃料与柴油则有所不同;EIO混合燃料发动机的燃烧与纯柴油相比,略有改善; E30混合燃料的燃烧特性发生明显的变化,最高爆发压力下降,最大压力升高率 减小,最大燃烧放热率增大,最高燃烧温度下降,滞燃期延长。LPG混入量较少 时,混合燃料发动机总得来说性能较优越,LPG混入量较多时,在小负荷混合燃 料发动机的燃烧性能较好,而在大负荷预混进气双燃料发动机的燃烧性能较好。 7.采用数码照相机拍摄LPG/柴油混合燃料喷雾发展情况。结果表明:柴油 中掺入L咫以后,喷雾锥角变大,油束发散,并伴有大量的气雾,雾化质量提高; 随着LPG掺入量的增加,颗粒变小的趋势越明显,尺寸范围和发散边界扩大。 8.建立了准维多区燃烧模型,改进了混合燃料喷雾锥角和燃烧滞燃期计算 的经验公式,模型的计算结果与试验结果吻合较好;基于N0生成机理的基础上, 计算了LPG的主要成分丙烷(C凡)燃烧生成N0的历程,结果也可以恰当反映实 际情况。


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