柴油转子发动机燃烧室和喷油正时的优化研究

发布时间：2020-08-09 08:09

【摘要】：转子发动机(Rotary engine)自诞生以来,因其结构简单、功重比高、生产维修成本低廉等优点,在军用和民用领域都有着较为广泛的应用;为优化转子发动机性能,本文以柴油转子发动机为研究对象,采用试验和数值模拟的方法,将流场分布规律的优化和喷雾特性改善相结合,提出了新型双凹坑燃烧室结构,并对发动机喷油正时进行了优化。首先是在燃烧室优化方面,完成了新型双凹坑燃烧室结构的优化设计工作,并与采用传统燃烧室时的缸内流场分布情况、燃烧特性以及排放特性进行了对比分析,研究结果表明:在新型双凹坑燃烧室结构下,在压缩过程中,中部涡流的强度明显增强,在膨胀过程中形成了多涡流共存的流场分布规律,膨胀涡流促进了油气混合过程,增大了扩散燃烧速度,使缸内最高燃烧压力增大8.6%。在排放特性方面,双凹坑燃烧室结构下,一氧化氮生成量明显减少,碳烟生成量略有增加;综合考虑动力性能和排放性能,新型双凹坑燃烧室显著改善了转子发动机的性能。其次,在喷雾特性方面,基于定容弹、纹影仪等装置,开展了转子发动机工况下的喷雾特性试验工作,重点研究了喷雾环境背压和喷射压力对喷雾扩散过程的影响,研究发现:在喷雾试验工况范围内,随着喷油时刻的推迟,环境背压值从0.2 MPa增加至0.8 MPa,贯穿距离减小幅度约为36 mm,喷雾锥角值增幅为5.45°,雾化效果明显改善;说明喷雾环境背压对喷雾扩散过程的影响显著,而喷射压力对喷雾扩散过程的影响较小。最后,在燃烧室优化以及喷雾特性研究的基础上,开展了新型双凹坑燃烧室结构下喷油正时的优化研究,结果表明:燃烧及排放特性受缸内流场分布规律和喷雾特性的共同影响,当喷油正时在55°BTDC~85°BTDC范围内变化时,一方面燃油雾化效果相对较好,但另一方面涡流对燃油喷雾的作用时间较短,造成燃油在20°BTDC时刻呈现前后两个区域集中分布的状态;当喷油正时在95°BTDC~115°BTDC范围内变化时,喷雾环境背压值继续减小,雾化效果有所恶化,但由于涡流对燃油作用时间相对变长,导致缸内燃油受涡流运动影响显著而呈现分布更为均匀的特点。当喷油时刻为压缩阶段中期105°BTDC时,在缸内燃油喷雾与流场中涡流运动的作用下使燃油分布与点火方案匹配效果达到最佳,并且膨胀过程中的膨胀涡流显著促进了油气混合,加速了燃烧速度,使最大燃烧压力达到最大值4.14MPa,动力性能最优。在排放方面,综合NO和Soot排放水平,喷油时刻为75°BTDC和105°BTDC时排放性能较好,喷油时刻为75°BTDC时排放性能最佳。综上,在新型双凹坑燃烧室结构下,综合考虑动力性能和排放性能,最佳喷油正时参数为105°BTDC。
【学位授予单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TK401
【图文】：

杆机构条件下，完成化学能和机械功的驱动下，工程师汪克尔在 1945 年率发动机，其理论循环为奥托循环，由免了较大的振动以及交变负荷的影化发展[2]，目前转子发动机已广泛的等领域[3]。的工作原理 所示，转子发动机总体上结构较为简、偏心轴、密封件等几部分组成。轴承相配合，三角转子通过齿轮与端轴之间的运动关系的稳定性。后端盖储存能量和稳定转速[4]。

图 1.2 转子发动机基本构造图Fig. 1.2 Basic structure diagram of a rotor engine如图 1.3 所示，进排气系统中进气方式采用端面进气，排气方式方面采用周边排气的方式。①→②为转子发动机进气冲程，偏心轴转角范围为 0°~270°。在此冲程中，缸内空间由最小逐渐增大到最大，新鲜冲量进入转子发动机缸内，进气口提前开启以及延迟关闭保证了高速运转工况下的充量系数。②→③为转子发动机压缩冲程，偏心轴转角范围为 270°~540°，由于进气口推迟关闭，在压缩的初期仍然有新鲜冲量进入燃烧室，随着进气口的关闭，缸内空间持续减小，缸内压力持续上升，③时刻缸内空间达到最小，在压缩上止点附近完成点火过程。③→④为膨胀做功冲程，偏心轴转角范围为 540°~810°，缸内工质快速燃烧并对外做功，④时刻为排气口开启时刻，之后进入排气过程。④→⑤为排气冲程，偏心轴转角范围为 810°~1080°，在下止点之后缸内空间急剧减小，废气经排气口快速

转子发动机工作循环分析图

【参考文献】

相关期刊论文 前10条

1 于超;王建昕;王志;帅石金;;汽/柴油混合燃料对柴油机燃烧与排放特性影响的试验研究[J];内燃机工程;2013年05期

2 黄豪中;安彦召;苏万华;毛立伟;梁源飞;代玉利;;喷射压力和喷孔直径对柴油机混合燃料喷雾特性的影响[J];内燃机学报;2013年03期

3 安彦召;黄豪中;苏万华;毛立伟;梁源飞;;燃油属性和环境密度对柴油机混合燃料喷雾的影响[J];内燃机学报;2013年02期

4 曾文;解茂昭;艾延廷;贾明;;采用多维数值模拟研究汽油HCCI发动机的排放物生成及演变规律[J];燃烧科学与技术;2009年04期

5 周乃君;陈秋亮;裴海灵;高宏亮;;燃油喷射方向对转子发动机燃烧的影响[J];内燃机;2008年02期

6 焦运景;张惠明;田远;郑清平;;直喷式柴油机燃烧室几何形状对排放影响的多维数值模拟研究[J];内燃机工程;2007年04期

7 王奉明;程卫华;;转子发动机简介[J];现代军事;2006年11期

8 周乃君;高宏亮;裴海灵;;转子凹坑容积对转子发动机性能参数的影响[J];内燃机;2006年04期

9 裴海灵;周乃君;高宏亮;;三角转子发动机的特点及其发展概况综述[J];内燃机;2006年03期

10 李立君,唐狄毅,范静;直接喷射分层燃烧转子发动机性能模拟研究[J];内燃机学报;2003年03期

相关博士学位论文 前2条

1 范宝伟;天然气转子发动机缸内气流运动和燃烧过程的实验和数值模拟研究[D];江苏大学;2015年

2 马玉坡;低温环境下柴油喷雾与燃烧特性试验研究[D];北京理工大学;2015年

相关硕士学位论文 前4条

1 胡翔;喷射策略及天然气掺混率对柴油转子发动机燃烧过程的影响[D];江苏大学;2017年

2 薛继业;柴油喷雾及油气混合特性试验研究[D];北京理工大学;2016年

3 董鹏博;直喷式柴油机双层分流燃烧系统参数匹配优化研究[D];大连理工大学;2013年

4 高宏亮;柴油转子发动机燃烧过程的数值模拟研究[D];中南大学;2007年

本文编号：2786847