喷射持续期对大功率气体机影响规律分析

研究了大功率气体机采用进气道多点顺序喷射方式时,喷射持续期对缸内混合气形成及燃烧性能的影响规律。通过数值解析的方法研究了采用单管结构及双管结构进气对混合气形成过程的影响,在此基础上确定了采用双管结构喷射燃气。在发动机标定工况,保证其它条件一致的条件下,通过数值解析及燃烧测试分析的方法对比了5种不同喷射持续期对缸内混合气形成及循环变动率的影响规律。这5种喷射持续期的喷射起始时刻均为进气上止点后40°,此时排气门接近全关,不存在燃气直接进入排气管的情况;另外活塞运动速度快,进气具有较强的扰动能量,有助于促进燃气与空气的混合。数值解析及实验测试结果表明,对于研究用发动机在实验工况下,当喷射持续期从5 ms增加到10 ms时,由于能够充分利用进气扰动的能量改善混合气的形成,有效降低了循环变动率;随着喷射持续期的继续增加,当喷射持续期为12 ms或15 ms时,后期喷射的燃气由于此时进气流速降低无法进入缸内,部分燃气滞留进气道,减少了可燃混合气的燃气,形成的混合气偏稀,反而不利于缸内燃烧过程的进行。

燃烧室偏心距对大功率气体机缸内混合气影响规律研究

本文采用3维流体动力学分析软件FIRE对大功率气体机缸内混合气形成过程进行分析。设计了3种不同偏心距的浅盆形活塞,并通过数值解析对比了不同偏心距活塞对缸内混合气形成的影响规律。研究结果表明,相对于其它方案,第三种的活塞缸内湍动能最大,缸内整体混合气形成质量最好,接近压缩上止点时,火花塞附近混合气更为均匀,有利于点火燃烧。通过对不同方案缸内流场分析发现,方案4缸内滚流作用明显,有利的提升了缸内混合气的形成质量。

大功率气体机引燃油喷射正时与油量对各缸不均匀性影响的研究

气体机各缸的不均匀性和燃烧的不充分有直接关系,我们针对引燃柴油油量和喷油提前角两个变量进行对比研究,一方面,立足于两者对燃烧滞燃期、缸内压力升高率、爆缸等变化规律,对大功率气体机工作的各缸不均匀性进行关联分析;另一方面,引入循环变动量,针对引燃柴油量和喷油正时,对气体机的燃烧稳定性、柴油的引燃作用展开量化分析研究。实验表明,过高的天然气替代率会增加气体机工作的各缸不均匀性,调节喷油提前角可以部分缓解高替代率造成的不均匀性。

大功率气体机变工况转速稳定控制策略

针对大功率气体机在负荷突变时转速瞬时变化大于在纯柴油工作状态的特点,采用PID闭环控制方法来改善其动态响应特性,考虑到引燃柴油对气体机的燃烧与排放影响的特殊性,采取了基于当量燃烧的引燃柴油和天然气的双闭环控制策略。由台架试验结果分析表明,在负荷突变时,该控制策略能够保证转速超调量较小,并且快速稳定到目标转速,满足船机正常的动力要求。

喷射结构对大功率多点喷射燃气发动机混合过程及燃烧差异影响规律分析

研究了大功率气体机采用进气道多点顺序喷射方式时,喷射结构对缸内混合气形成及燃烧性能的影响规律。设计了四种不同结构型式的弯管,将燃气引导至进气门阀座附近,在发动机标定工况且保证其他条件一致的条件下,通过数值解析及燃烧测试分析的方法对比了不同弯管对缸内混合气形成及燃烧循环差异的影响规律。研究结果表明:采用单管结构时,多数燃气从靠近弯管的进气门流入缸内,对缸内混合气的形成不利,导致燃烧循环差异较大;采用双管结构时,将燃气分别引导至两个进气门处,可以有效改进缸内混合气的形成质量,燃烧循环差异明显改善;当燃气沿弯管径向喷出时,相对于顺气流喷射方案,能取得更好的混合效果和燃烧性能。