壓縮比對激光點火的天然氣發(fā)動機燃燒特性的影響

壓縮天然氣（CNG）被認為是全球交通領域最有前途的替代燃料之一，潛力巨大。然而，它在化學計量發(fā)動機中具有高氮氧化物排放的問題。通過燃燒不產(chǎn)生氮氧化物（NOx）的稀薄燃料-空氣混合物，可以滿足嚴格的排放標準和對高熱效率的要求。但是稀薄燃燒總是火焰速度較慢、輸出功率低，且稀薄燃料-空氣混合物很難通過傳統(tǒng)的電火花產(chǎn)生的等離子體點燃，導致滿足未來排放要求的稀燃常規(guī)CNG發(fā)動機的開發(fā)受到嚴重限制。火花點火（SI）發(fā)動機的點火系統(tǒng)負責啟動燃燒室內(nèi)的燃料-空氣混合物的燃燒，然而，目前的點火系統(tǒng)在滿足高效率和高功率密度的要求方面受到限制，這對環(huán)境友好的火花點火發(fā)動機是最基本要求。激光點火系統(tǒng)是用于點燃內(nèi)燃（IC）發(fā)動機中稀燃料-空氣混合物的技術上可行的替代點火系統(tǒng)，并且能夠克服傳統(tǒng)電火花點火系統(tǒng)面臨的大多數(shù)限制。在本文中，在不同的壓縮比和空燃比情況下，對稀薄CNG-空氣混合物的激光點火進行實驗性研究(激光火花塞結構見文中Fig.3)，以便挖掘CNG在運輸應用中的全部潛力。研究結果發(fā)現(xiàn)，隨著壓縮比從9.9增加到11.8，受限制的稀燃極限從λ=1.62增加到λ=1.76，這反映了在稀CNG-空氣混合物的激光點火中較高壓縮比應用是有利的，這對于開發(fā)稀燃CNG發(fā)動機至關重要。

Fig.3.Cross-section of laser spark plug

本文主要研究了不同壓縮比、不同混合強度的CNG-空氣混合氣激光點火對發(fā)動機性能、排放和燃燒特性的影響。缸內(nèi)壓力和HRR隨壓縮比的增大而增加。COVIMEP隨著每個λ的壓縮比增加而降低。較高的缸內(nèi)壓力使得制動功率和制動器熱效率隨著壓縮比的增加而提高，并且較高的壓縮比對燃燒穩(wěn)定性的改善也是明顯的。BSFC隨著每個λ的壓縮比增加而下降。這表明激光點火有助于顯著提高燃油經(jīng)濟性。總體而言，壓縮比為11.8時具有極好的燃油經(jīng)濟性，并改善熱效率，降低COV(coefficient of variance)，但 NOx排放量增加，可以通過使用EGR或尾氣后處理來控制。