隨著石油資源的日益短缺和排放法規越來越嚴格,作為代用燃料的天然氣以其自身燃燒安全、有害物排放低、儲量豐富、使用方便等特點,在車用發動機上得到了廣泛應用.目前發動機生產商都研發了天然氣發動機產品,如美國CUMMINS的C系列和日本本田公司的CIVIC系列天然氣發動
隨著石油資源的日益短缺和排放法規越來越嚴格,作為代用燃料的天然氣以其自身燃燒安全、有害物排放低、儲量豐富、使用方便等特點,在車用發動機上得到了廣泛應用.目前發動機生產商都研發了天然氣發動機產品,如美國CUMMINS的C系列和日本本田公司的CIVIC系列天然氣發動機[1].國內的發動機生產廠近年來也都在研發天然氣發動機上投入很大,并開發出相應的天然氣發動機產品.
在現有柴油機的基礎上改裝壓縮天然氣發動機,設計相對簡單,制造成本低廉,工藝繼承性好,具有較高的經濟價值.本文研究的CNG發動機就是由產品柴油機改造開發而成,在CNG發動機開發過程中柴油機需要適當降低壓縮比,即增大活塞頂部的燃燒室容積.但該CNG發動機開發后,多批產品中存在有進氣回火與排氣放炮的問題,通過調整配氣相位、減小氣門疊開等方法后回火問題得到一定緩解,但排氣放炮現象依然存在.針對上述問題開展了以下研究工作.
1?燃燒室設計與CFD分析模型
1.1?燃燒室改進設計
開發的CNG發動機結構參數及性能指標如表1所示.由于天然氣燃料的火焰傳播速度較慢,通過分析判斷認為,放炮現象可能是因缸內燃燒滯后或燃燒不穩定造成[3].為有效解決問題,利用CFD軟件進行了燃燒優化,在原直口燃燒室的基礎上重新優化設計了縮口燃燒室.改進前后燃燒室活塞參數對比見表2,原直口燃燒室及改進的縮口燃燒室結構見圖1和圖2.經計算驗證,優化改進后,活塞質量有所減輕,活塞燃燒室容積略微加大,壓縮比基本不變,余隙容積大大減?。嘞蹲兓?,氣缸墊未做改動.改進后燃燒室的縮口和底部上凸更加有利于產生缸內湍流[4-6].采用此改進后的燃燒室,發動機的上述問題得到了較好的解決.
應用FIRE軟件建模,在燃燒室改進前后,發動機的進、排氣道與氣門沒有區別,所以在建模分析燃燒室形狀對火焰形成與傳播的影響方面忽略了氣道、氣門的影響,只構建燃燒室內部腔體網格進行模擬,如圖3所示.
在計算過程中,為了能夠運用帶有移動邊界且與實體相配合的計算網格,在廣義的坐標系中,需要求解控制方程的非正交形式,再利用有限容積法與歐拉法把偏微分方程和傳輸方程離散化.
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