【摘要】：轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)(Rotary engine)自誕生以來,因其結(jié)構(gòu)簡單、功重比高、生產(chǎn)維修成本低廉等優(yōu)點(diǎn),在軍用和民用領(lǐng)域都有著較為廣泛的應(yīng)用;為優(yōu)化轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)性能,本文以柴油轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)為研究對(duì)象,采用試驗(yàn)和數(shù)值模擬的方法,將流場分布規(guī)律的優(yōu)化和噴霧特性改善相結(jié)合,提出了新型雙凹坑燃燒室結(jié)構(gòu),并對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)噴油正時(shí)進(jìn)行了優(yōu)化。首先是在燃燒室優(yōu)化方面,完成了新型雙凹坑燃燒室結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)工作,并與采用傳統(tǒng)燃燒室時(shí)的缸內(nèi)流場分布情況、燃燒特性以及排放特性進(jìn)行了對(duì)比分析,研究結(jié)果表明:在新型雙凹坑燃燒室結(jié)構(gòu)下,在壓縮過程中,中部渦流的強(qiáng)度明顯增強(qiáng),在膨脹過程中形成了多渦流共存的流場分布規(guī)律,膨脹渦流促進(jìn)了油氣混合過程,增大了擴(kuò)散燃燒速度,使缸內(nèi)最高燃燒壓力增大8.6%。在排放特性方面,雙凹坑燃燒室結(jié)構(gòu)下,一氧化氮生成量明顯減少,碳煙生成量略有增加;綜合考慮動(dòng)力性能和排放性能,新型雙凹坑燃燒室顯著改善了轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)的性能。其次,在噴霧特性方面,基于定容彈、紋影儀等裝置,開展了轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)工況下的噴霧特性試驗(yàn)工作,重點(diǎn)研究了噴霧環(huán)境背壓和噴射壓力對(duì)噴霧擴(kuò)散過程的影響,研究發(fā)現(xiàn):在噴霧試驗(yàn)工況范圍內(nèi),隨著噴油時(shí)刻的推遲,環(huán)境背壓值從0.2 MPa增加至0.8 MPa,貫穿距離減小幅度約為36 mm,噴霧錐角值增幅為5.45°,霧化效果明顯改善;說明噴霧環(huán)境背壓對(duì)噴霧擴(kuò)散過程的影響顯著,而噴射壓力對(duì)噴霧擴(kuò)散過程的影響較小。最后,在燃燒室優(yōu)化以及噴霧特性研究的基礎(chǔ)上,開展了新型雙凹坑燃燒室結(jié)構(gòu)下噴油正時(shí)的優(yōu)化研究,結(jié)果表明:燃燒及排放特性受缸內(nèi)流場分布規(guī)律和噴霧特性的共同影響,當(dāng)噴油正時(shí)在55°BTDC~85°BTDC范圍內(nèi)變化時(shí),一方面燃油霧化效果相對(duì)較好,但另一方面渦流對(duì)燃油噴霧的作用時(shí)間較短,造成燃油在20°BTDC時(shí)刻呈現(xiàn)前后兩個(gè)區(qū)域集中分布的狀態(tài);當(dāng)噴油正時(shí)在95°BTDC~115°BTDC范圍內(nèi)變化時(shí),噴霧環(huán)境背壓值繼續(xù)減小,霧化效果有所惡化,但由于渦流對(duì)燃油作用時(shí)間相對(duì)變長,導(dǎo)致缸內(nèi)燃油受渦流運(yùn)動(dòng)影響顯著而呈現(xiàn)分布更為均勻的特點(diǎn)。當(dāng)噴油時(shí)刻為壓縮階段中期105°BTDC時(shí),在缸內(nèi)燃油噴霧與流場中渦流運(yùn)動(dòng)的作用下使燃油分布與點(diǎn)火方案匹配效果達(dá)到最佳,并且膨脹過程中的膨脹渦流顯著促進(jìn)了油氣混合,加速了燃燒速度,使最大燃燒壓力達(dá)到最大值4.14MPa,動(dòng)力性能最優(yōu)。在排放方面,綜合NO和Soot排放水平,噴油時(shí)刻為75°BTDC和105°BTDC時(shí)排放性能較好,噴油時(shí)刻為75°BTDC時(shí)排放性能最佳。綜上,在新型雙凹坑燃燒室結(jié)構(gòu)下,綜合考慮動(dòng)力性能和排放性能,最佳噴油正時(shí)參數(shù)為105°BTDC。
【學(xué)位授予單位】：江蘇大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TK401
【圖文】：

桿機(jī)構(gòu)條件下，完成化學(xué)能和機(jī)械功的驅(qū)動(dòng)下，工程師汪克爾在 1945 年率發(fā)動(dòng)機(jī)，其理論循環(huán)為奧托循環(huán)，由免了較大的振動(dòng)以及交變負(fù)荷的影化發(fā)展[2]，目前轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)已廣泛的等領(lǐng)域[3]。的工作原理 所示，轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)總體上結(jié)構(gòu)較為簡、偏心軸、密封件等幾部分組成。軸承相配合，三角轉(zhuǎn)子通過齒輪與端軸之間的運(yùn)動(dòng)關(guān)系的穩(wěn)定性。后端蓋儲(chǔ)存能量和穩(wěn)定轉(zhuǎn)速[4]。

圖 1.2 轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)基本構(gòu)造圖Fig. 1.2 Basic structure diagram of a rotor engine如圖 1.3 所示，進(jìn)排氣系統(tǒng)中進(jìn)氣方式采用端面進(jìn)氣，排氣方式方面采用周邊排氣的方式。①→②為轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣沖程，偏心軸轉(zhuǎn)角范圍為 0°~270°。在此沖程中，缸內(nèi)空間由最小逐漸增大到最大，新鮮沖量進(jìn)入轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)缸內(nèi)，進(jìn)氣口提前開啟以及延遲關(guān)閉保證了高速運(yùn)轉(zhuǎn)工況下的充量系數(shù)。②→③為轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)壓縮沖程，偏心軸轉(zhuǎn)角范圍為 270°~540°，由于進(jìn)氣口推遲關(guān)閉，在壓縮的初期仍然有新鮮沖量進(jìn)入燃燒室，隨著進(jìn)氣口的關(guān)閉，缸內(nèi)空間持續(xù)減小，缸內(nèi)壓力持續(xù)上升，③時(shí)刻缸內(nèi)空間達(dá)到最小，在壓縮上止點(diǎn)附近完成點(diǎn)火過程。③→④為膨脹做功沖程，偏心軸轉(zhuǎn)角范圍為 540°~810°，缸內(nèi)工質(zhì)快速燃燒并對(duì)外做功，④時(shí)刻為排氣口開啟時(shí)刻，之后進(jìn)入排氣過程。④→⑤為排氣沖程，偏心軸轉(zhuǎn)角范圍為 810°~1080°，在下止點(diǎn)之后缸內(nèi)空間急劇減小，廢氣經(jīng)排氣口快速

轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)工作循環(huán)分析圖

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2786847