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被动预燃室发动机低温冷起动及低负荷试验研究

孙凡嘉 罗亨波 陈泓 占文锋 李钰怀 杜家坤

孙凡嘉, 罗亨波, 陈泓, 占文锋, 李钰怀, 杜家坤. 被动预燃室发动机低温冷起动及低负荷试验研究[J]. 机械科学与技术, 2023, 42(4): 566-572. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200643
引用本文: 孙凡嘉, 罗亨波, 陈泓, 占文锋, 李钰怀, 杜家坤. 被动预燃室发动机低温冷起动及低负荷试验研究[J]. 机械科学与技术, 2023, 42(4): 566-572. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200643
SUN Fanjia, LUO Hengbo, CHEN Hong, ZHAN Wenfeng, LI Yuhuai, DU Jiakun. Experimental Study on Low Temperature Cold Start and Low Load of Passive Pre-chamber Engine[J]. Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering, 2023, 42(4): 566-572. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200643
Citation: SUN Fanjia, LUO Hengbo, CHEN Hong, ZHAN Wenfeng, LI Yuhuai, DU Jiakun. Experimental Study on Low Temperature Cold Start and Low Load of Passive Pre-chamber Engine[J]. Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering, 2023, 42(4): 566-572. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200643

被动预燃室发动机低温冷起动及低负荷试验研究

doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200643
详细信息
    作者简介:

    孙凡嘉(1985-),本科, 研究方向为发动机燃烧开发,sunfanjia@gacrnd.com

    通讯作者:

    陈泓,高级工程师,博士,chenhong@gacrnd.com

  • 中图分类号: TK421.5

Experimental Study on Low Temperature Cold Start and Low Load of Passive Pre-chamber Engine

  • 摘要: 预燃室射流点火是改善汽油发动机热效率的有效手段,为了研究和改善被动预燃室低温冷起动及低负荷时的燃烧稳定性,设计了不同容积、孔面积、材料、喷孔结构的被动预燃室装置,安装在一台涡轮增压汽油发动机上,进行了低温冷起动试验,以及低速、低负荷燃烧稳定性试验。研究结果表明,被动预燃室容积、孔面积、材料、喷孔结构对低温冷起动性能有显著影响。预燃室容积较小时,预燃室内部淬熄层占预燃室容积的比例大,预燃室内部混合气少。较小的孔径或孔面积减少了预燃室内残余废气的排出。旋转孔使得预燃室内部废气分层,火花塞附近废气比例大。较高的导热率使预燃室冷起动时预燃室散热较快。因此,小容积、小孔径、高导热率材料以及旋转喷孔等均不利于发动机冷起动。优化结构的被动预燃室在-20 ℃~-8 ℃的冷起动工况下能实现发动机稳定着火起动。点火角和排气VVT对发动机的燃烧稳定性影响较小。进气VVT对预燃室燃烧稳定性影响较大,进气门开起时刻推迟,着火上止点附近缸内湍动能变强;另一方面实际压缩比变大,主燃烧压入预燃室内部的新鲜混合气比例提高,预燃室点火燃烧稳定性显著改善。
  • 图  1  试验发动机示意图

    图  2  被动预燃室示意图

    图  3  预燃室直喷孔与斜喷孔

    图  4  发动机起动过程λ与转速的变化示意图

    图  5  发动机起动过程λ的变化

    图  6  火花塞点火和预燃室点火冷起动扭矩随时间的变化

    图  7  火花塞点火和预燃室点火冷起动过程扭矩标准差

    图  8  扭矩标准差随点火角的变化

    图  9  扭矩标准差随进气门开启时刻的变化

    图  10  扭矩标准差随点排气关闭时刻的变化

    图  11  扭矩标准差随负荷的变化

    表  1  发动机主要结构参数

    参数 数值
    缸径/mm 74
    冲程/mm 87
    排量/L 1.496
    压缩比 11.3
    缸数 4
    额定转速/(r·min-1) 6 000
    额定功率/kW 120
    喷油方式 35 MPa缸内直喷系统
    燃烧室结构 缸盖蓬顶型+活塞顶浅坑型燃烧室
    进气方式 废气涡轮增压
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    表  2  试验预燃室参数

    参数 方案
    1 2 3 4 5
    容积/mL 0.73 0.73 0.73 0.73 0.35
    孔径/mm 1.2 1.2 0.8 1.2 1.2
    孔数/个 6 6 6 6 6
    孔面积/mm2 6.78 6.78 3.1 6.78 6.78
    孔角度/(°) 0 30 0 0 0
    材料 304不锈钢 304不锈钢 304不锈钢 H62黄铜 铬锆铜
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    表  3  不同温度下不同预燃室方案的冷起动情况

    名称 方案
    1 2 3 4 5
    热机状态+加浓 × ×
    -8 ℃ 启动过程(前8 s) 原机状态λmin=0.75 × × × × ×
    加浓λmin=0.71 × × ×
    进一步加浓λmin=0.68 - × - ×
    怠速 × ×
    -12 ℃ 启动过程(前8 s) 原机状态λmin=0.73 × × × × ×
    加浓λmin=0.69 × × × × ×
    进一步加浓λmin=0.66 × ×
    怠速 × × × ×
    -20 ℃ 启动过程(前8 s) 原机状态λmin=0.70 × × - - -
    加浓λmin=0.67 × - - -
    进一步加浓λmin=0.64 - × - - -
    怠速 × - - -
    注:√代表能稳定燃烧;×代表不能稳定点火燃烧;-代表未做试验。
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  • 收稿日期:  2021-04-12
  • 刊出日期:  2023-04-25

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