转子发动机燃烧及排放特性实验研究

发布时间：2020-09-16 14:58

　　转子发动机是一种具有特殊结构的内燃机,它具有结构紧凑、功重比高、震动噪声小等优点,因此它在军事和民用领域都有广泛的应用前景,但同时它热效率低、碳氢排放高的问题也一直为人所诟病,在能源危机和环境污染问题日益严重的今天,这些问题显得尤为突出,因此改善转子发动机的燃烧过程显得尤为重要。而且目前关于转子发动机燃烧过程的实验研究还相对较少,所以通过实验研究其燃烧及排放特性进而改善它的经济性和排放对于提高转子发动机的应用价值有重要意义。本文首先分析了导致转子发动机热效率低以及碳氢排放高的原因,明确了研究重点是热功转换过程。然后对化油器式转子发动机进行电喷改装,建立了转子发动机燃烧特性实验台架,基于此台架进行了燃烧特性实验。利用燃烧数据采集系统获取了不同运行参数下的缸压数据,进一步地根据测得的缸压数据计算了燃烧放热规律,并利用示功图计算了高压循环指示热效率。在此基础上,分析了运行参数对燃烧特征参数的影响规律。此外,从高压循环指示热效率的角度,指出了能评价转子发动机缸内燃烧过程的特征参数,从而为改善转子发动机燃烧过程提高热功转化效率指明了方向,并为转子发动机正向开发提供了大量数据支撑。同时对多种乙醇掺混比下汽油转子发动机的燃烧排放特性及怠速循环变动进行了研究,并揭示了乙醇掺混比对汽油转子发动机燃烧和排放的影响规律。研究结果表明:(1)适当地增大点火提前角可以缩短燃烧持续期使缸内压力增大,这有利于增大高压循环指示热效率,但过大的点火提前角反而会有负面影响。推迟点火有利于降低未燃HC以及NO_X排放,但这也会一定程度上造成动力性和经济性的牺牲。实验条件下,较优的点火提前角是上止点前40度。(2)过稀的混合气会导致燃烧放热始点推迟,燃烧持续期延长,燃烧恶化。过量空气系数为1.05时有最好的燃油经济性,HC排放在过量空气系数为1.1时最少,CO和NOx排放都随着过量空气系数的增大而增大。用10%~90%燃烧持续期评价转子发动机的高压循环指示热效率是较为合理的,而用滞燃期和50%燃烧点评价高压循环指示热效率具有不确定性。(3)在不对喷油脉宽做任何调整时,在汽油中掺入乙醇会使缸压有所降低,而保持混合气过量空气系数不变时,在汽油中掺混小比例乙醇可以增大燃烧放热速率,缩短燃烧持续期,同时降低HC、CO、NOx排放以及怠速循环变动,过大的乙醇掺混比例反而会使NOx排放增多、循环变动变大。掺混比为15%时,既能有较好的做功能力,又能保持较低的循环变动和排放。
【学位单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TK401
【部分图文】：

结构图,转子发动机,结构图

图 1.1 转子发动机结构图Fig1.1 Structure of rotary engine发动机工作过程与四冲程往复活塞式发动机类似，同样有进、排气四个过程[3]。典型的火花塞点火式转子发动机工作原便表述，下文将燃烧室容积最小的位置称作上止点，容积点。图 1.2 中 1 为进气过程，此时进气道与图中蓝色燃烧室动，燃烧室的容积逐渐增大，进气道内的混合气或空气由于烧室内，一般为了充分利用进气惯性尽可能多进气，进气口。转子发动机有多种进气方案，按进气道的位置不同可以分的端面进气、进气道在缸体上的周边进气以及两者组合的复进气方案的示意图[4]。图 1.2 中 2 为压缩过程，当转子的密中蓝色燃烧室被封闭，混合气不再进入燃烧室，随着燃烧气被压缩，缸内压力和温度逐渐升高。在容积快达到最小

转子发动机,工作原理

转子发动机燃烧及排放特性实验研究排气管相通时，排气过程开始，如图 1.2 的过程 4 所示，高温高压的燃烧产物于压差和转子的推动作用被排到大气中。为提高排气效果，减少下一循环的残废气，通常排气口会在下止点之前就打开，在上止点之后才关闭。以上四个过为一个完整的工作循环，对于整个发动机来说，转子转一圈三个燃烧室各完成一个循环，由于转子和偏心轴转速比为 3:1，因此相当于偏心轴每转一圈有一燃烧室完成了一个循环，从这个角度看转子发动机又和二冲程往复活塞式发动相似。

示意图,转子发动机

图1.3 为三种进气方案的示意图[4]。图 1.2 中 2 为压缩过程，当转子的密封片转过进气口时，图中蓝色燃烧室被封闭，混合气不再进入燃烧室，随着燃烧室容积逐渐减小，混合气被压缩，缸内压力和温度逐渐升高。在容积快达到最小的时候火花塞放电，浓度适合的混合气就会被点燃，形成火核并向外传播，大量的混合气在该过程燃烧放热，燃烧室内的温度和压力迅速升高，高温燃气膨胀推动转子带动偏心轴旋转从而对外做功，图 1.2 中整个工作循环的四个过程中只有 3 这一阶段是对外做功，其余三个过程都是消耗能量。当转子密封片划过排气口使燃烧室与

【参考文献】