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高效清洁燃烧

摘要

为了优化柴油机的性能，开展了高功率密度船舶柴油机新型热力循环开发与性能分析的研究，提高了柴油机的功率密度。现行内燃机是经过进、压、爆、排四个过程为一个工作循环来完成对外做功，输出动力的只有爆发过程才做功，其它三个均为辅助过程，不对外做功，并且传统燃烧工作过程因为进气压力过高会导致爆压较大，所以限制了进气压力，燃烧热效率也受影响。因此，为了有效提高提高发动机的功率，增大功率密度，有效利用燃料充分燃烧产生的热能，完善发动机的整体性能提高发动机经济性，开展了高功率密度船舶柴油机新型热力循环开发与性能分析的研究。 此新型热力循环是将一次压缩行程得到的高温高压空气分成两次利用在燃烧行程中，进行多次做功过程，在气体从气缸排气阀门出来后的排气歧管上设置一个带有储气阀的储气罐，并且在排气歧管上储气罐阀后的位置设置一个控制开关阀门如附图1，通过控制各个阀门的开闭时间以达到实现所设计的循环过程，在压缩过程中活塞到达上止点前第一次喷油燃烧前储存一部分气体，在第一次燃烧做功、排气过程结束后再将储存的高温高压气体放出，活塞上行再将储存的气体进行压缩过程，然后进行一次喷油燃烧做功然后排气工作流程如附图2。通过GT-Power基于建立的270船用中速柴油机单缸模型建立了两阶段燃烧模型，循环从-180°曲轴转角开始到900°结束，循环一个周期为三个二冲程循环组成，开展研究了运用该模型进行多次循环仿真可以稳定运行如附图3，由于相较于270模型此设计循环对于进气需求量较大些，所以相应增大了运行时的进气压力。通过进行联合仿真结果输出的缸内压力曲线与270模型缸内压力曲线相比较，在第一段燃烧最高压力与270模型的相同的基础上稳定运行进行了第二次燃烧做功，基于燃烧效率确定储气罐的容积，开展了喷油策略的研究。在爆压与传统循环相同条件下，此循环可以有更大的进气量，更高的几何压缩比、提高了功率，在提高热效率的基础上有效的限制了爆压，进行两次燃烧做功也解决燃烧结束后的余热耗散问题，有效利用了燃烧做功过程中所产生的大量的多余的热能，两次做功也提高了功率密度。

关键词

船用柴油机;新型热力循环;两阶段燃烧;高功率密度

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