甲醇/汽油双燃料发动机燃烧分析系统研发及其性能研究

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能源危机和环境污染是当今社会关注的热点问题,也是内燃机行业发展所面临的首要问题,解决这些问题的一个较好途径是研发新的替代燃料。甲醇因其价格便宜、含氧量高、火焰传播速度快等特点被认为是较为理想的内燃机替代燃料。甲醇进气道喷射结合汽油缸内直喷的复合喷射模式能较好实现甲醇和汽油的混合燃烧,而发动机燃烧分析系统能够实时测量缸内压力并进行缸内燃烧过程分析,是复合喷射系统研发的重要支撑。因此,本文以甲醇/汽油双燃料发动机为研究对象,结合双燃料发动机特点,研发了一套适用于双燃料发动机的缸压数据采集燃烧分析系统,进而对甲醇/汽油双燃料发动机性能进行了研究。通过对比燃烧放热率计算方法,明确了基于示功图的燃烧分析计算。结合现有实验设备,基于Lab VIEW软件平台研发燃烧分析系统。将硬件的重要属性参数作为软件的输入参数,以便只需通过修改软件输入参数即可实现与硬件的适配。利用数据采集子VI实现数据采集和处理,并最大限度地实现程序复用。采用压缩中线法标定上止点,利用Lab VIEW结合MATLAB混合编程处理大量数据的迭代计算。根据燃烧放热率计算原理,结合双燃料不同低热值和循环供油量计算燃烧放热率、燃烧温度、CA50等燃烧参数,并基于所研发的燃烧分析系统进行实验,验证了该系统的适用性。为探究甲醇/汽油双燃料复合喷射对发动机性能的影响,基于GT-POWER建立了仿真模型,并利用本文所研发燃烧分析系统采集的数据进行了计算模型验证。结果表明:随着甲醇进气道喷射(MPI)比例的增大,缸压峰值增大,其对应曲轴转角提前,燃烧持续期则逐渐缩短;随着点火提前角的增大,缸内燃烧放热提前,燃烧持续期均减小,而火焰发展期均先减小后增大;随着过量空气系数的增大,不同MPI比例下缸压峰值均减小,动力性有所降低,经济性略微提高;在不同负荷下,随着MPI比例的增加,当量比油耗均有所减小。复合喷射模式下,进气道喷射甲醇能有效改善缸内燃烧,降低油耗。
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