天然氣_柴油雙燃料發(fā)動機(jī)燃燒特性的研究

1、第1期(總第131期)車 用 發(fā) 動 機(jī)No.1(SerialNo.131)2001年2月 VEHICLEENGINEFeb.2001性能研究天然氣/柴油雙燃料發(fā)動機(jī)燃燒特性的研究寧 智,劉建華,張 欣,朱家松(北方交通大學(xué),北京 100044)摘要:對天然氣/柴油雙燃料發(fā)動機(jī)燃用純柴油和天然氣時(shí)的燃燒特性進(jìn)行了對比分析。結(jié)果表明,雙燃料發(fā)動機(jī)的燃燒具有一些獨(dú)有的特點(diǎn)。根據(jù)雙燃料發(fā)動機(jī)的燃燒特性,對改善雙燃料發(fā)動機(jī)燃用純柴油和天然氣時(shí)的性能提出了幾點(diǎn)建議。關(guān)鍵詞:雙燃料發(fā)動機(jī);燃燒;天然氣 中圖分類號:TK434.6 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A文章編號:1001-2222(2001)01-0005-03近

2、年來,隨著我國城市汽車排氣污染的日益嚴(yán)重以及我國在天然氣開發(fā)利用方面的步伐加快,天然氣汽車的開發(fā)與研究在我國已成為熱點(diǎn)。天然氣/柴油雙燃料發(fā)動機(jī)是天然氣發(fā)動機(jī)的一種形式。它具有熱效率較高、功率損失小、對原柴油機(jī)改動少及使用靈活方便等特點(diǎn),因此得到了廣泛的應(yīng)用1。由于天然氣/柴油雙燃料發(fā)動機(jī)既要在雙燃料模式下工作,也要能在純柴油方式下運(yùn)行,因此天然氣/柴油雙燃料發(fā)動機(jī)的改造要同時(shí)兼顧兩者的性能2。為了能夠充分發(fā)揮天然氣/柴油雙燃料發(fā)動機(jī)的優(yōu)點(diǎn),本文通過試驗(yàn)對天然氣/柴油雙燃料發(fā)動機(jī)燃用純柴油和天然氣時(shí)的燃燒特性進(jìn)行了分析對比,得出了一些有益的結(jié)果。參數(shù)對發(fā)動機(jī)動力性、經(jīng)濟(jì)性以及排放特性的影響進(jìn)行

3、了試驗(yàn)研究,從而確定了最佳噴油定時(shí)和引燃油量的范圍。在此基礎(chǔ)上,對發(fā)動機(jī)的燃燒特性進(jìn)行分析。2.1 示功圖分析圖2示出了在兩種不同的轉(zhuǎn)速和負(fù)荷下雙燃料發(fā)動機(jī)燃用純柴油和雙燃料時(shí)的示功圖及壓力升高率的比較。由圖可見,發(fā)動機(jī)燃用雙燃料時(shí)的最高燃燒壓力和最大壓力升高率在數(shù)值上和所對應(yīng)的曲軸轉(zhuǎn)角位置與燃用純柴油時(shí)有很大的不同,并與發(fā)動機(jī)的工況有很大的關(guān)系。對比測試結(jié)果可以發(fā)現(xiàn),在低速低負(fù)荷時(shí),雙燃料發(fā)動機(jī)在雙燃料模式下的最高燃燒壓力及最大壓力升高率都低于純柴油模式。在功率為4.4kW,轉(zhuǎn)速為1600r/min時(shí),純柴油模式下的最高燃燒壓力為7.25MPa左右,發(fā)生在上止點(diǎn)后8 CA10 CA的位置;而

4、雙燃料模式下的最高燃燒壓力為6.12MPa左右,發(fā)生在上止點(diǎn)后12 CA14 CA的位置。雙燃料模式下的最高燃燒壓力明顯低于純柴油模式,發(fā)生的位置也要相應(yīng)靠后。純柴油模式下的最大壓力升高率為0.6MPa/ CA左右,發(fā)生在上止點(diǎn)附近;而雙燃料模式下的最大壓力升高率僅為0.4MPa/ CA左右,且發(fā)生的位置偏后,因此發(fā)動機(jī)燃用雙燃料時(shí)的燃燒噪聲較小,但熱效率也較低。 高速高負(fù)荷時(shí),雙燃料發(fā)動機(jī)燃用雙燃料時(shí)的最高燃燒壓力仍然低于燃用純柴油時(shí)的最高燃燒壓力。雙燃料模式下的最大壓力升高率明顯低于純柴油模式下的最大壓力升高率。總之,從整個(gè)工況范圍來看,雙燃料發(fā)動機(jī)在雙燃料模式下的最高燃燒壓力和最大壓力升

5、高率普遍1 試驗(yàn)裝置試驗(yàn)在一臺單缸四行程水冷直噴式天然氣/柴油雙燃料發(fā)動機(jī)上進(jìn)行。試驗(yàn)系統(tǒng)框圖如圖1所示。減壓閥混合器測功機(jī)發(fā)動機(jī)天然氣瓶柴油箱燃燒分析儀排放分析儀圖1 試驗(yàn)系統(tǒng)框圖試驗(yàn)時(shí),通過燃燒分析儀測量氣缸內(nèi)燃燒壓力并加以分析和處理;利用排放分析儀計(jì)量發(fā)動機(jī)排氣中的有害氣體濃度和排氣煙度。2 燃燒特性分析以排放作為指標(biāo),對噴油定時(shí)、引燃油量等主要收稿日期:2000-08-07;修回日期:2000-11-30:6 車 用 發(fā) 動 機(jī) 2001年第1期低于純柴油模式,這對于降低發(fā)動機(jī)燃用雙燃料時(shí)的噪聲,延長發(fā)動機(jī)的使用壽命和提高可靠性是非常有利的,但也可能帶來發(fā)動機(jī)的功率損失和熱效率的降低。

6、2.2 放熱規(guī)律分析圖3給出了在兩種不同的轉(zhuǎn)速和負(fù)荷下發(fā)動機(jī)燃用純柴油和雙燃料時(shí)的燃燒放熱率和累積放熱率的比較。從圖3中可看出,發(fā)動機(jī)在雙燃料模式下的放熱率最大值要明顯低于純柴油模式,開始放熱適中,滿足柔和燃燒的要求,隨后燃燒加快。發(fā)動機(jī)燃用雙燃料時(shí)缸內(nèi)燃燒發(fā)展較為平緩,這對于降低發(fā)動機(jī)的燃燒噪聲是非常有利的。與燃用純柴油時(shí)相比較,低速低負(fù)荷時(shí),雙燃料圖2 發(fā)動機(jī)燃用純柴油和雙燃料時(shí)的示功圖比較圖3 發(fā)動機(jī)燃用純柴油和雙燃料時(shí)的燃燒放熱率和累積放熱率比較2001年2月 寧 智,等:天然氣/柴油雙燃料發(fā)動機(jī)燃燒特性的研究 7模式下發(fā)動機(jī)的著火點(diǎn)較遲,燃燒速率較慢,燃燒持續(xù)時(shí)間較長。而發(fā)動機(jī)負(fù)荷提

7、高后,盡管雙燃料模式下發(fā)動機(jī)的著火點(diǎn)仍比純柴油模式下的晚,但燃燒速度加快,燃燒持續(xù)時(shí)間與發(fā)動機(jī)燃用純柴油時(shí)的基本一致。發(fā)動機(jī)燃用雙燃料時(shí),在中低負(fù)荷下由于缸內(nèi)混合氣濃度較低,使得燃燒速率較慢,燃燒持續(xù)期延長;活塞下移后,燃燒室容積加大,未燃天然氣的點(diǎn)火燃燒更加困難,燃燒有可能提前結(jié)束,從而導(dǎo)致一部分未燃天然氣直接排出缸外。這一方面會降低發(fā)動機(jī)的熱效率,另一方面則會增加發(fā)動機(jī)排氣中HC的含量。天然氣與空氣形成的較為均勻的混合氣,使得雙燃料發(fā)動機(jī)在燃用雙燃料時(shí)的燃燒特性與燃用純柴油時(shí)有許多不同。相比之下,雙燃料模式下發(fā)動機(jī)燃燒時(shí)的放熱規(guī)律更加合理;但低速低負(fù)荷時(shí),由于混合氣濃度過稀,對燃料的燃燒、

8、發(fā)動機(jī)熱效率以及發(fā)動機(jī)的排放是不利的。燃料燃燒和純柴油燃燒的要求,并充分發(fā)揮各自的長處。針對上述分析,為提高天然氣/柴油雙燃料發(fā)動機(jī)的性能,可采取以下措施:1)在不影響純柴油模式下發(fā)動機(jī)性能的前提下,適當(dāng)加大噴油提前角,使發(fā)動機(jī)燃用雙燃料時(shí)的著火點(diǎn)提前。2)在發(fā)動機(jī)燃用雙燃料時(shí),為加速天然氣的燃燒,縮短天然氣燃燒持續(xù)時(shí)間,在中低負(fù)荷時(shí)應(yīng)適當(dāng)增加引燃柴油量。3)在雙燃料模式下,為避免低負(fù)荷時(shí)由于缸內(nèi)混合氣濃度較稀、燃燒情況不好而造成發(fā)動機(jī)熱效率降低以及發(fā)動機(jī)排氣中HC排放量升高的問題,可采取進(jìn)氣節(jié)流的方式,或在低負(fù)荷時(shí)發(fā)動機(jī)以純柴油的方式工作,只有在發(fā)動機(jī)的負(fù)荷超過一定值后,再逐漸加入天然氣。總

9、之,根據(jù)雙燃料和純柴油燃燒的特點(diǎn),適當(dāng)調(diào)整發(fā)動機(jī),并采取合適的控制策略,完全可以使天然氣/柴油雙燃料發(fā)動機(jī)在燃用純柴油和雙燃料時(shí)發(fā)動機(jī)的性能都達(dá)到一個(gè)較高的水平。3 結(jié)論通過雙燃料發(fā)動機(jī)燃用純柴油和雙燃料時(shí)的燃燒特性的分析比較可以看出,雙燃料發(fā)動機(jī)在雙燃料模式下的最高燃燒壓力、最大壓力升高率、燃燒放熱率以及累積放熱率與純柴油模式有很大的不同,并與發(fā)動機(jī)的工況有很大的關(guān)系。由于雙燃料發(fā)動機(jī)既要在雙燃料模式下工作,也要能工作在純柴油模式,因此,雙燃料發(fā)動機(jī)的改造要能夠同時(shí)滿足雙參考文獻(xiàn):1房 津.發(fā)展中的中國天然氣汽車工業(yè)J.天然氣汽車,1998(1):30-36.2孫濟(jì)美.天然氣和液化石油氣汽車

10、M.北京:北京理工大學(xué)出版社,1999.48-49.TheAnalysisofBurningCharacteristicofNaturalGas dieselDuel fuelEngineNINGZhi,LIUJian hua,ZHANGXin,ZHUJia song(CollegeofMechanicalandElectricalEngineeringNorthernJiaotongUniversity,Beijing 100044,China)dieselduel fuelengineisanalyzed.TheresultsofstudyshowthattheAbstract:Thebu

11、rningcharacteristicofdieselengineandnaturalgasburningofnaturalgas dieselduel fuelenginehassomespecialcharacteristics.Severalsuggestionstoimprovetheperformanceofnaturalgas dieselduel fuelengineareproposedaccordingtotheburningcharacteristicofnaturalgas dieselduel fuelengine.Keywords:duel fuelengine;burningcharacteristic;naturalgas編輯:張玉花信息戴姆勒!克萊斯勒公司收購DDC戴姆勒!克萊斯勒公司(總部設(shè)在德國的斯圖加特)宣布,它已經(jīng)與底特律柴油機(jī)公司(DDC,總部設(shè)在美國的底特律)達(dá)成