天然气发动机缸内预混点火参数对燃烧循环变动的影响

作     者：刘文龙 

作者单位：山东大学 

学位级别：硕士

导师姓名：贾秀杰

授予年度：2020年

学科分类：080703[工学-动力机械及工程] 08[工学] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 

主      题：天然气发动机 缸内预混点火参数 燃烧循环 影响 

摘      要：随着近些年来我国愈来愈凸显的石油供给矛盾问题,再加上汽车排放相关法律规定的愈发严格,天然气逐渐成为替代动力机械的主要燃料,可以有效解决传统动力机械过于依赖传统燃油类燃料这一问题。但是由于天然气的过慢燃烧速率,极易出现燃烧循环变动,同时稀燃技术的运用导致加剧燃烧循环变动,导致天然气内燃机燃烧出现燃烧不充分、做功不理想的情况。因此本文经仿真实验,探索天然气发动机缸内预混点火参数,对于燃烧循环变动产生的影响展开研究。以12V190天然气发动机作为实验台架研究对象,结合LabVIEW为开发平台提出的发动机数据采集系统,运用高速采集卡采集缸内预混点参数,研究点火参数所致燃烧循环变动的具体影响。本次研究通过运用新型文丘里混合器,得出处于某一工况下的示功图呈随机连续性变量分布,通过求解最大爆发压力及对应曲轴转角的概率密度最优化拟合分布函数,并绘制最优拟合分布曲线。发现最大爆发压力的最优化拟合分布函数为伽马右偏形状分布。最大爆发压力值最大概率出现,所对应的曲轴转角最优化拟合分布呈正态分布,以均值作为数值集中区域,并且产生的概率密度函数曲线较最大爆发压力更陡势,反映曲轴转角存在的大小值波动,较最大爆发压力产生的波动明显小。并且在本文运用FIRE软件对火核中心位及击穿火核尺寸大小作出改变处理,通过研究缸内预混点火参数所产生的燃烧循环变动影响,经研究结论如下:（1）通过本文优化了天然气发动机启动困难这一问题,经过数据分析所致该问题的主要发生原因发现:由于启动状态下过大的过量空气系数,所致无法及时调整混合气浓度,最终导致失火问题。所以本文优化设计了混合器,通过增加单向阀、调节阀,经MATLAB/SIMULINK对最优化型号尺寸确定,经实验证实提出的该设计优化方案,对于天然气发动机启动困难这一问题有效解决,确保了后期台架试验顺利开展。（2）击穿火核半径及火核所处中心位置,会产生最为显著的最大爆发压力影响,且击穿火核的半径大小决定了火核位置与轴心的偏离程度,二者呈正相关,也就是越大的击穿火核半径越会导致火核位置与轴心偏离,因而所致越大的最大爆发压力,而同时对应越小的曲轴转角;（3）通过在本文中仿真研究,可以建立火核半径、位置与最大爆发压力三者之间的最优化拟合回归方程式,经正交仿真实验可得最大爆发压力、击穿火核半径、火核偏离轴心位置,三者之间的最优化拟合回归方程。经试验对火核半径的尺寸大小及火核位置偏离轴心变动的结果范围加以确定,发现处于点火击穿阶段便已经开始燃烧循环变动,直至最终燃烧结束,因此证实了缸内预混点火参数是引发燃烧循环变动的主要影响因素之一。