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天然气发动机发展历程

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发表于 2017-3-10 10:46:04 | 显示全部楼层 |阅读模式
客观地讲,在天然气发动机发展历程中,双燃料发动机将是一段时间内的过渡形式。国内外许多学者和研究人员都致力于天然气发动机的研究工作,同时也在努力认识双燃料的燃烧过程。尽管双燃料发动机已经得到一定的应用,但应用水平较低,对柴油引燃气体燃料的双燃料燃烧规律和工作过程认识有限,先进的控制技术还没能广泛应用。
  为此,作者对双燃料发动机燃烧规律进行了一系列的试验研究工作,在研究双燃料复合燃烧特性和规律的基础上,又进一步探索了耗热率、燃烧循环变动和爆震燃烧等特性。
  1试验装置双燃料发动机是在原机供油系统和调速系统不变的情况下,加装天然气预混合供气系统及其调压输气装置。
  试验装置中发动机负荷、转速、柴油供油量、天然气供气量、空气流量、供油提前角等试验工况可调节,能实现对多种不同工况的性能测试,从而实现了对双燃料燃烧规律的进一步研究探索。
  2.1耗热率与负荷的关系动机的燃烧耗热率随转速、负荷的变化规律。
  当两种燃烧方式均处于低负荷时,耗热率都比较高,而此时双燃料发动机耗热率明显偏高,只有在高负荷时略低或与纯柴油发动机持平。随着负荷的增加,双燃料发动机耗热率降低显著。由于采用天然气量的质调节,使得低负荷时混合气过稀,燃烧缓慢且不充分。加之混合气扫气等因素从而造成耗热率提高。在纯柴油和双燃料两种燃烧形式中,转速对耗热率的影响均较小,而且双燃料过程的影响更不明显,因此,从经济性出发,应使双燃料发动机尽量工作于中、高负荷工况,以提高双燃料发动机的经济性。
  2.2耗热率与混合气浓度的关系为表征进气混合气(天然气和空气)空燃比对双燃料燃烧的影响,定义混合气当量比T(混合气实际空燃比/混合气理论空燃比)。T值越小,则表明混合气浓度越大,即在天然气和空气混合气中天然气占有的份额越大。
  有两种改变混合气当量比的方式,即负荷变化(改变天然气供气量)和空气充量变化。混合气浓度提高,则耗热率降低。表明实施空气充量调节措施,对改善双燃料发动机热效率具有一定意义。
  2.3耗热率与供油提前角的关系提前角的关系耗热率与供油提前角的关系曲线。原机供油提前角是21.6°。适当增大供油提前角可以降低耗热率。由于适当提前供油时刻在一定程度上可使柴油着火角度提前,有利于混合气的尽早点燃,从而弥补了天然气燃烧速率慢的缺点。
  3燃烧循环变动及不正常燃烧分析3.1循环变动和熄火现象为研究双燃料燃烧的稳定性,在试验中采用了100个循环的缸内压力峰值变化进行统计,利用标准偏差评价循环变动程度,用以衡量其稳定性。标准偏差测试结果。其中双燃料试验是在保证发动机动力性和正常的稳定工作前提下,尽量提高替代率进行的。
  燃烧循环变动随替代率上升而上升,替代率达到一定程度时,明显加剧。试验中还发现,当替代率更高时,个别循环会出现严重的燃烧滞后,表明该循环不曾燃烧,出现了完全熄火现象,此时可以听到发动机工作有明显的间歇声。由于引燃油量过小,喷油特性恶化,不利于柴油正常燃烧,也会影响天然气燃烧。
  3.2爆震燃烧在双燃料发动机中,天然气和空气混合气是由压燃柴油点燃,因此与火花点燃发动机一样,存在爆震问题。由于天然气有更高的自燃温度和辛烷值,加之采用较稀的混合气和引燃柴油产生的高能量点火,从而减少了爆震产生。因此,很多柴油机可以改装成为双燃料发动机而不必降低压缩比。但是,爆震依然是双燃料发动机追求更高功率和更大替代率的重要制约因素。因为双燃料燃烧着火滞后、燃烧速度慢在一定程度上也易引起爆震。因此,在高负荷下往往需要考虑爆震问题,并采取必要的措施,如降低混合气浓度、增加引燃油量、冷却进气、调整供油角度等,均可防止爆震的产生。
  试验中没有降低原机压缩比,在各种负荷与转速正常运行时均无爆震现象产生。为了进一步研究双燃料发动机中的爆震现象及产生原因,在高负荷运行时有意采取节流空气加浓混合气,逐步减小引燃油量等措施,这时出现了明显的爆震现象。爆震波形见一般情况下,对于柴油机改造的双燃料发动机,燃烧爆震并非极易发生。况且,在高负荷时可以通过增加引燃油量来抑制爆震的产生。

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发表于 2017-3-15 11:16:57 | 显示全部楼层
对于作者对双燃料发电机关于耗热率、燃烧循环变动和爆震燃烧等特性的探索,描述的比较详细,谢谢分享。
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