改善火花点火式沼气发动机性能的原理与实现方法

改善性能

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fr{ f f}1 8月 9年3 9农业机械学报第2 9卷第1 期也

改善火花点火式沼气发动机性能的凸 原理与实现方法—

陈泽智陈红岩陈勇郑彪 /—一—

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【要】从分析沼气燃烧特点出发，出了改善火花火式沼气发动机性能的陕速燃烧方摘提法，开发出 4种具有揣流型燃烧室的新型燃烧系统。实验研究表明：用改进后的燃烧系统，并采可

不同程度地改善火花火式怊气发动机的性能 .中以半八卦形燃烧室的改善效果最为明显。其

叙：竺 鉴！竺； x 词苎竺茎！堕堕 笙襄前言近年来各地在建造畜禽养殖场、品厂和污水处理厂等的同时，续配建了废污物处理工食陆程，以解决对环境污染问题。对在废污物处理过程中产生的沼气，如果利用招气发动机发电机组将其燃烧进行发电，不仅可解决沼气的污染问题，可缓解当地用电紧张状况，还这种方式与将沼气输送到居民家灶具中燃烧的方式相比，有技术先进、具管理方便等优点。而，内生产然国的火花点火式沼气发动机是在柴油机或汽油机基础上简单改制的，没有进行燃烧过程的优化研究工作，使沼气机在运行中出现后燃严重、排气温度增高的恶果，严重影响招气发动机的可靠性和经济性。为改善火花点火式沼气发动机的工作性能，作者经过多年研究，开发出 4种湍流型燃烧室 .通过提高混合气燃烧速度 .善火花点火式沼气发动机的可靠性和经济性。改

1沼气燃烧的特点沼气是在厌氧条件下由复杂的有机物经多种微生物的分解与转化作用后产生的可燃气体。它的主要成分是 C和 C,中 C含量一般为 5~ 8,Oz H O:其 H 0 0 C含量为 2~4 5 5 (容积比计 )由于含有大量的 C,的燃烧速度很慢。们采用本生灯对沼气一空气混合按。 O:它找气(沼气来源为杭州灯塔沼气站 .主要成分为 C:"、 O。2 ) 2℃、 i下的层流燃 H 7 C:4在 0 l m 3 a烧速度进行了测量 .果表明在理论空燃比 62处沼气的最大燃烧速度为 0 2 s较其他结 . . 3m/,燃料的

燃烧速度低一。由于沼气的燃烧速度慢，得沼气发动机中的燃烧持续期拉长，使造成燃烧效率降低，后燃严重。沼气燃烧的另一个特点是着火温度高，火延迟时闻长。褶气的可燃着成分是甲烷，甲烷的着火温度要比其他碳氢燃料高。文献[] 2中对在标准状态下几种燃料的着火温度进行了测量 ( H 83K、 H:8 CH 73K、 5 8K)从中可见 . H C:1 C: 7 6K、:6 C H:7。 C在这几种燃料中的着火温度是最高的，沼气中除 C外还含有起阻燃作用的 C,此其着火温 H Oz因收稿日期：1 9— 61 9 60— 8

陈泽智

南京理工大学弹道国防科技重点实验室

讲师，2 0 9南京市 10￣,

陈红岩陈郑魁

汽车管理学院

讲师， 3 01安徽省蚌埠市 231博士生 .3 0 2杭州市 107砸士生

勇浙江大学内燃机研究所浙江大学内燃机研究所

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农

业

机

械

学

报

度会更高些，说明在沼气发动机中产生末端气体自燃的情况少，有很好的抗爆震性。这一这具特点很适合于采用提高发动机压缩比，改善火花点火式发动机性能的要求。来 综上所述，气燃烧的主要特点是燃烧速度低，是造成火花点火式沼气发动机后燃严沼这重、可靠性与经济性差的根本原固，同时沼气还具有着火温度高、爆震性好的特点。因此 .抗要

改善火花点火式沼气发动机性能，就必须在考虑其他影响固素的同时，尽可能地提高沼气在气缸内的燃烧速度。基于以上分析，们提出了改善火花点火式沼气发动机性能的方法。我

2改善火花点火式沼气发动机燃烧过程的原理为加快可燃混合气的燃烧速度，以通过提高压缩比、可加强混合气的气流扰动、提高点火能量等措旋来实现 0。加强混合气的气流扰动是实现可燃混合气快速燃烧的十分有效的措

施，内燃机气缸内的气流分为宏观的涡流与挤流以及湍流中的微动，如果发动机的结构参数 (燃烧室形状、气道设计、压缩比等)和运行参数(转速和负荷 )都有利于产生较大的挤流和较强的进气涡流，在压缩终点附近的湍流强度会提高，生尺度较小的湍流涡团，样点火后由则产这 于分子间有

很高的输运能力和反应速度，能很快形成可供传播的火核，一旦火核形成，就能正常地传播火焰，入主燃期，进在主燃期内，较强的湍流强度可加快火焰传播速度；提高压缩比可以提高发动机的热效率，沼气中甲烷的含量高，有很好的抗爆震性能，以其压缩比可以适具所当提高，这对提高沼气机的热效率是十分有利的；改进点火系统主要是提高点火能量，使大并

部分能量在放电初期被释放，从而形成较强的火核，有利于加快火焰传播速度。

3快速燃烧系统的设计我们的研究对象是 2 3 1 5火花点火式沼气发动机，据上述分析，根在该发动机上进行了以下几个方面的改进：

() 1采用湍流型燃烧室(图 1。 23沼气发动机的燃烧室为浅 m形如 )原 15燃烧室，该燃烧室是将 2 3柴油机 m形燃烧室中的活塞顶部削去 72m 15 . m,

使压缩比由 1降至 l, 6 l固此造成进气涡流和挤流强度的大幅度减弱。考虑到湍流型燃烧室的特点主要是利用燃烧室的特殊形状来产生较强图 I浅形的涡流、流以及涡流与挤流、流与燃烧室内壁之间的碰撞，而产生强烈挤气从燃烧室的气流扰动，为此我们设计丁 4种结构独特的燃烧室，示于图 2中。 方案 l燃烧室是在浅凹坑外加工丁 3螺旋形斜槽，道由浅及深『导气流顺着螺旋槽方向进入坑内，旋槽旋转方向与进气涡流方向相同，螺可使压缩产生的挤流对进气涡流有加

强作用，从而增大涡流强度。由于其形状像风扇，故取名为风扇形燃烧室。方案 2燃烧室为一

a )

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图2 4 种新型燃烧室()风扇形燃烧室 ( ) a b Z字形燃烧室 () G c V F改进型燃烧室 ( ) d半八卦形燃烧室

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第 1期

陈泽智等：善火花点火式沼气发动机性能的原理与实现方法改

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z字形的深坑，其设计目的是为了保证在点火时有适当的湍流强度 .增大在燃烧期中的湍流并强度 .压缩过程中挤流的方向大致如图中箭头所示。方案 3和方案 4燃烧室都是偏置的、在具有特殊形状的深坑。方案 3是 VGF改进型，由于燃烧室偏置，挤气面集中 .流行程长，挤使挤流强度比同

样挤气面积的燃烧室强，在顺着进气涡流的方向加了一条导流槽，加了气流运又增

动的规律性。方案 4燃烧室从活塞顶面看去类似八卦形状的一半图案，故取名半八卦形燃烧室。该燃烧室偏置安排，气面积大而集中，使挤气面对准气缸盖进气门位置。当活塞上行挤井压缩时，开始时以进气涡流的作用为主，后便是强烈的挤流，挤气面积最大部分，图中虚然从沿线路径流进凹坑中 .同时产生进气涡流与挤流以及它们与凹坑内壁的相互冲撞，而产生强度从很大的湍流和尺度较小的微涡团，利于提高沼气一空气混合气的燃烧速度 .短总燃烧期。有缩

() 2提高压缩比。 23沼气发动机的压缩比为 1 .原 1j 1考虑到发动机工作的柔和性，不使主燃期的爆发压力和压力升高率太大，又尽可能地提高发动机的热效率，将压缩比选择为 l。 2 ( )采用高能点火系统。我们采用的是浙江兰溪汽车电器公司生产的一种电子高能点火 3系统，放电能量约为 20mJ远高于普遍白金触点点火系统 (为 3~5 )其 0,约 0mJ 0mJ。

4实验装置与实验结果对原 23 1 5火花点火式沼气发动机进行了上述几方面的改 …… 此处隐藏：4540字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……