活塞式航空煤油發(fā)動(dòng)機(jī)性能優(yōu)化及爆震抑制研究

劉學(xué)龍，劉正先,張雨生,劉豐年，周 磊,3，衛(wèi)海橋,3

(1.天津大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，天津 300072；2.中汽研(天津)汽車工程研究院有限公司，天津 300300;3.天津大學(xué) 內(nèi)燃機(jī)燃燒學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津 300072)

0 概述

無人機(jī)(unmanned aerial vehicl， UAV)因零人員傷亡，具備全天候、全區(qū)域偵察打擊能力，受到了世界各個(gè)國家的重視。點(diǎn)燃式活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)因具有經(jīng)濟(jì)性好、功率質(zhì)量比高、熱效率高等優(yōu)點(diǎn)，逐漸成為了中小型無人機(jī)的主流動(dòng)力裝置[1]。目前大部分的點(diǎn)燃式活塞航空發(fā)動(dòng)機(jī)主要采用航空汽油為燃料，但由于其閃點(diǎn)低、揮發(fā)性強(qiáng)、遇明火易著火的特性，導(dǎo)致航空汽油在運(yùn)輸、儲(chǔ)存和使用上存在很大的危險(xiǎn)性，不能適應(yīng)當(dāng)前對軍用航空發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料要求[2]。因此，以航空煤油等重油為燃料是點(diǎn)燃式活塞式航空發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)展趨勢[3-6]。

汽油與航空煤油在燃料物性參數(shù)上存在較大差異，雖然航空煤油閃點(diǎn)比汽油高，安全性能好，但其燃燒速率慢，容易發(fā)生爆震。這就導(dǎo)致如果將航空煤油直接應(yīng)用到汽油機(jī)上，發(fā)動(dòng)機(jī)會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的爆震傾向。為了避免這種現(xiàn)象的出現(xiàn)，避免發(fā)動(dòng)機(jī)損壞，點(diǎn)火角要推遲到上止點(diǎn)附近，燃燒相位十分靠后，導(dǎo)致燃燒效率降低。

國內(nèi)外眾多學(xué)者對點(diǎn)燃式航空煤油發(fā)動(dòng)機(jī)展開了研究。文獻(xiàn)[7]中在汽油中按體積比分別摻混10%、20%、30%、40%、50%航空煤油，并分析對動(dòng)力性及排放的影響。試驗(yàn)結(jié)果表明，隨著航空煤油摻混比例的提高，發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性下降，在摻混比為50%時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)困難。文獻(xiàn)[8]中對JP-5型的航空煤油進(jìn)行試驗(yàn)研究，試驗(yàn)研究表明，航空煤油容易爆震，采用JP-5航空煤油為燃料時(shí)并不能實(shí)現(xiàn)全負(fù)荷運(yùn)行，并且隨著轉(zhuǎn)速的增加爆震傾向加劇，其主要原因是燃油霧化和混合時(shí)間縮短。通過對燃料質(zhì)量分?jǐn)?shù)曲線進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，航空煤油較汽油燃燒更為緩慢。在仿真研究方面，文獻(xiàn)[9]中采用AVL FIRE仿真軟件，研究分析得到了航空重油發(fā)動(dòng)機(jī)的缸內(nèi)氣流流動(dòng)及燃燒特性。文獻(xiàn)[10]中對活塞式航空發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)性能進(jìn)行數(shù)值模擬，獲取了發(fā)動(dòng)機(jī)初始點(diǎn)火數(shù)據(jù)MAP圖，提取發(fā)動(dòng)機(jī)爆震特征，為燃燒航空煤油的點(diǎn)火提前角控制提供了依據(jù)。文獻(xiàn)[11]中通過仿真軟件建立一維性能仿真模型，針對采用航空煤油后爆震負(fù)荷區(qū)間窄，恢復(fù)功率有限的問題，提出添加抗爆劑、擴(kuò)大缸徑等技術(shù)措施恢復(fù)發(fā)動(dòng)機(jī)功率，但僅僅只是停留在理論層面，未進(jìn)行試驗(yàn)研究。文獻(xiàn)[12]中驗(yàn)證了空氣輔助霧化良好的霧化質(zhì)量，并進(jìn)行了點(diǎn)燃式活塞航空發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒特性研究，該試驗(yàn)研究僅在節(jié)氣門開度為35%下進(jìn)行，對于發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性恢復(fù)作用有限。

目前，國內(nèi)高校和研究單位對于活塞式航空煤油發(fā)動(dòng)機(jī)的研究大部分都是采用仿真分析，少數(shù)高校進(jìn)行了部分負(fù)荷工況試驗(yàn)，這主要是由于國內(nèi)對于活塞式航空煤油發(fā)動(dòng)機(jī)的研究尚未成熟，試驗(yàn)研究多采取將原有汽油機(jī)更換航空煤油作為燃料的方式，而航空煤油爆震傾向明顯的特征直接導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)只能運(yùn)行在中低負(fù)荷。

本文中基于一臺(tái)壓縮比可變的單缸熱力學(xué)發(fā)動(dòng)機(jī)，使用自主開發(fā)的空氣輔助噴霧系統(tǒng)，在全負(fù)荷條件下開展了活塞式航空煤油發(fā)動(dòng)機(jī)性能優(yōu)化及爆震抑制的試驗(yàn)研究，探究了雙點(diǎn)火、降低壓縮比及使用CO2輔助噴射航空煤油對發(fā)動(dòng)機(jī)的性能及爆震抑制的影響。

1 試驗(yàn)系統(tǒng)

1.1 發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架及測控裝置

試驗(yàn)基于一臺(tái)單缸四沖程試驗(yàn)機(jī)，主要參數(shù)如表1所示，發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)臺(tái)架示意圖如圖1所示。試驗(yàn)臺(tái)架經(jīng)自主電控設(shè)計(jì)，可采用空氣輔助噴射電控系統(tǒng)精確控制噴射參數(shù)。發(fā)動(dòng)機(jī)電控單元采用MoTec-M400，可精準(zhǔn)控制發(fā)動(dòng)機(jī)的噴油時(shí)刻及點(diǎn)火時(shí)刻，分辨率為0.5°[13]。空氣輔助霧化噴嘴位于排氣門側(cè)，采用電磁線圈式噴油器自主設(shè)計(jì)加工而成。

表1 發(fā)動(dòng)機(jī)主要參數(shù)

圖1 發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架示意圖

試驗(yàn)中主要測試量包括發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩、燃油消耗量、缸內(nèi)壓力、冷卻水溫度及當(dāng)量比。發(fā)動(dòng)機(jī)由直流電力測功機(jī)控制，同時(shí)監(jiān)測發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩，測功機(jī)最大功率為20 kW。燃油消耗量由杭州博皓瞬態(tài)油耗儀進(jìn)行測量，量程為0～5 kg/h，相對誤差為±0.2%[14-17]。發(fā)動(dòng)機(jī)缸內(nèi)動(dòng)態(tài)壓力測量采用安裝在燃燒室頂部的KISTLER 6118B水冷式缸壓傳感器，壓力信號(hào)由光電編碼器采集，經(jīng)電荷放大器放大信號(hào)后，由National Instruments PC-6123數(shù)據(jù)采集卡將缸壓數(shù)據(jù)保存。發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水和機(jī)油溫度采用PT-100鉑電阻傳感器進(jìn)行測量，由德國SIEMENS比例積分控制器分別控制，誤差范圍保持在±3 ℃。過量空氣系數(shù)通過美國ECM公司Lambda CAN模塊進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測。表2給出了主要測試設(shè)備的測試精度和誤差。

表2 測量設(shè)備裝置

本文中主要探究基于空氣輔助霧化的航空煤油發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒特性，試驗(yàn)燃料為三號(hào)航空煤油(RP3)，其理化特性如表3所示。

表3 試驗(yàn)燃料主要物性參數(shù)

1.2 空氣輔助霧化系統(tǒng)

圖2為空氣輔助噴油器內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡圖，圖3為空氣輔助噴射控制波形圖。如圖3所示，空氣由進(jìn)氣口進(jìn)入并充滿混合腔。在接收到單片機(jī)發(fā)出的5 V下降沿觸發(fā)信號(hào)后，經(jīng)過短暫噴油延時(shí)(約1 ms)，在噴油脈寬時(shí)間內(nèi)，燃油經(jīng)進(jìn)油口流入噴油器，然后經(jīng)燃油噴嘴進(jìn)入混合腔，與壓縮空氣進(jìn)行混合，完成初次破碎。經(jīng)油氣間隔時(shí)間(約1 ms)后，燃油和空氣的混合氣經(jīng)空氣噴嘴以高速氣流噴入定容彈內(nèi)，由于空氣的膨脹作用促進(jìn)液滴破碎及燃油霧化。燃油電磁閥和空氣電磁閥則分別控制噴油脈寬和噴氣脈寬的數(shù)值。為了保證燃油可以噴入混合腔內(nèi)，噴油壓力應(yīng)高于噴氣壓力。

圖2 空氣輔助噴射結(jié)構(gòu)圖

圖3 空氣輔助噴射控制信號(hào)

2 參數(shù)定義及發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行工況

為了分析發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒過程，需要通過分析燃燒分析儀采集到的缸壓數(shù)據(jù)得到發(fā)動(dòng)機(jī)缸壓的一系列參數(shù)，方便進(jìn)行燃燒分析主要有：平均指示壓力(indicated mean effective pressure， IMEP)、指示燃油消耗率(indicated specific fuel consumption， ISFC)、放熱率(heat release rate， HRR)、主燃燒相位(CA50)、爆震強(qiáng)度(maximum amplitude pressure oscillations， MAPO)、平均爆震強(qiáng)度、爆震發(fā)生概率，具體物理定義及計(jì)算方法如下所示。

IMEP指單位氣缸容積在一個(gè)循環(huán)所做的指示功，如式(1)所示。通過計(jì)算IMEP可以對不同工作容積的發(fā)動(dòng)機(jī)工作循環(huán)熱工轉(zhuǎn)換有效程度進(jìn)行比較。

(1)

式中，Wi為發(fā)動(dòng)機(jī)一個(gè)循環(huán)的指示功；p和V分別為缸內(nèi)壓力和燃燒室的容積。Wi可通過p-V圖對燃燒循環(huán)(曲軸轉(zhuǎn)角-360°到360°)進(jìn)行積分計(jì)算得到。

ISFC指單位指示功的耗油量，通常用每千瓦時(shí)指示功所消耗的燃料質(zhì)量即g/(kW·h)表示。

進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)，一般都需要分析缸內(nèi)燃燒過程，進(jìn)行放熱率HRR計(jì)算。放熱率的計(jì)算主要是根據(jù)熱力學(xué)第一定律的標(biāo)準(zhǔn)單區(qū)放熱模型進(jìn)行分析[18-19]，計(jì)算公式如式(2)所示。

(2)

式中，Q為燃燒放出的熱量；γ為熱容比；θ為曲軸轉(zhuǎn)角。

主燃燒相位(CA50)指已燃燃料的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為50%時(shí)所對應(yīng)的曲軸轉(zhuǎn)角，能夠較好地反映發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒過程的能量分布。

對于爆震強(qiáng)度的評價(jià)，目前應(yīng)用最為廣泛的是壓力震蕩的最大幅值(maximum amplitude of pressure oscillations, MAPO)，該評價(jià)指標(biāo)直接反映爆震的最大破壞性[20]。MAPO通過濾波后缸壓絕對值的最大值計(jì)算得到，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為：

(3)

式中，pMAPO為壓力震蕩的最大幅值；v為壓力震蕩的帶通濾波信號(hào)；A為發(fā)生爆震時(shí)曲軸轉(zhuǎn)角；B為壓力震蕩結(jié)束時(shí)對應(yīng)的曲軸轉(zhuǎn)角。

平均爆震強(qiáng)度用來判定一個(gè)工況是否發(fā)生爆震，通常需要上百個(gè)燃燒循環(huán)的爆震強(qiáng)度進(jìn)行綜合判定，本文中以200個(gè)循環(huán)的爆震強(qiáng)度的算術(shù)平均值作為爆震評價(jià)指標(biāo)，超過0.1 MPa時(shí)判定為爆震工況。

爆震發(fā)生概率定義為爆震循環(huán)總數(shù)占所有燃燒循環(huán)(200個(gè)循環(huán))的百分比，當(dāng)爆震超過10%可以明顯聽到爆震的敲擊聲，造成發(fā)動(dòng)機(jī)的損壞，平均爆震強(qiáng)度設(shè)定閾值為0.1 MPa。

試驗(yàn)時(shí)，冷卻劑和潤滑油的溫度分別保持在 75 ℃ 和85 ℃。通過調(diào)整循環(huán)噴油量來保證當(dāng)量比為 1.00±0.01，待發(fā)動(dòng)機(jī)穩(wěn)定工作后記錄發(fā)動(dòng)機(jī)的相關(guān)參數(shù)如功率、燃油消耗率等，每個(gè)工況點(diǎn)采集200個(gè)循環(huán)缸內(nèi)壓力數(shù)據(jù)。為了使數(shù)據(jù)更加可靠，每個(gè)工況點(diǎn)進(jìn)行3次試驗(yàn)。文中統(tǒng)一用點(diǎn)火提前角來表示點(diǎn)火時(shí)刻，以上止點(diǎn)作為參照點(diǎn)，點(diǎn)火提前角正數(shù)表示上止點(diǎn)前，點(diǎn)火提前角負(fù)數(shù)表示上止點(diǎn)后。點(diǎn)火從正常燃燒掃描到發(fā)動(dòng)機(jī)出現(xiàn)爆震為止，通過數(shù)據(jù)分析找出最大制動(dòng)轉(zhuǎn)矩(maximum braking torque， MBT)時(shí)刻。表4為試驗(yàn)中發(fā)動(dòng)機(jī)詳細(xì)運(yùn)行參數(shù)。

表4 發(fā)動(dòng)機(jī)詳細(xì)運(yùn)行參數(shù)表

3 試驗(yàn)結(jié)果及分析

3.1 雙點(diǎn)火對航空煤油發(fā)動(dòng)機(jī)性能的影響

雙點(diǎn)火可以有效提高火焰?zhèn)鞑ニ俾?，提前燃燒相位，從而提升發(fā)動(dòng)機(jī)性能，被廣泛應(yīng)用于發(fā)動(dòng)機(jī)上，但雙點(diǎn)火對于航空煤油的性能影響仍需進(jìn)一步驗(yàn)證。壓縮比(compression ratio， CR)設(shè)置為6。

圖4為使用單點(diǎn)火和雙點(diǎn)火發(fā)動(dòng)機(jī)的缸壓放熱率對比，可以看出，采用雙點(diǎn)火時(shí)的最高燃燒壓力相較于單點(diǎn)火約增加了0.5 MPa，峰值放熱率也高于雙點(diǎn)火，CA50提前了約10°。

圖4 單點(diǎn)火與雙點(diǎn)火缸壓及放熱率對比

圖5為單點(diǎn)火與雙點(diǎn)火200個(gè)循環(huán)IMEP散點(diǎn)圖。雙點(diǎn)火時(shí)循環(huán)變動(dòng)率為3.27，明顯小于單點(diǎn)火時(shí)的5.03。這說明雙點(diǎn)火使缸內(nèi)平均指示壓力分布更為集中，循環(huán)變動(dòng)系數(shù)小，使得航空煤油燃燒更加穩(wěn)定。綜上所述，采用雙點(diǎn)火的方式可以有效地提高航空煤油的火焰?zhèn)鞑ニ俾?，有一定的抑制爆震的作用，還可以降低循環(huán)波動(dòng)。

圖5 單點(diǎn)火與雙點(diǎn)火200個(gè)循環(huán)IMEP散點(diǎn)圖

3.2 降低壓縮比對性能及爆震的影響

通過降低壓縮比的方式抑制航空煤油爆震，從而拓寬航空煤油燃燒的負(fù)荷區(qū)間。圖6、圖7表示不同壓縮比條件下空氣輔助霧化航空煤油的動(dòng)力性及經(jīng)濟(jì)性。試驗(yàn)結(jié)果表明，通過降低壓縮比至7以下，可以實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)全負(fù)荷運(yùn)行，減輕航空煤油的爆震傾向。

圖6 不同壓縮比對空氣輔助霧化航空煤油動(dòng)力性的影響

圖7 不同壓縮比對空氣輔助霧化航空煤油經(jīng)濟(jì)性的影響

由圖6可知，在不同壓縮比條件下，IMEP均隨點(diǎn)火提前角增大而線性增加。在壓縮比為8時(shí)負(fù)荷區(qū)間拓寬有限，最大IMEP僅為0.491 MPa，點(diǎn)火提前角為-4°，點(diǎn)火時(shí)刻較晚，此時(shí)活塞在下行階段導(dǎo)致大量的熱量無法在上止點(diǎn)附近釋放，使得燃燒效率下降，動(dòng)力性下降。當(dāng)壓縮比為7時(shí)，此時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)可以全負(fù)荷工作，最大IMEP為0.791 MPa,點(diǎn)火提前角為-4°、-2°和0°，仍然會(huì)使得大量的熱量無法在上止點(diǎn)附近釋放，造成燃燒效率下降，并且在壓縮比為7時(shí)出現(xiàn)爆震的概率會(huì)增加,后面會(huì)詳細(xì)分析。在壓縮比為6時(shí)，最大IMEP為0.782 MPa,點(diǎn)火提前角為6°、8°和10°，相較于壓縮比7和8時(shí)更多的熱量會(huì)集中活塞下行初期釋放，燃燒效率提高。

由圖7可知，在不同壓縮比條件下，隨著點(diǎn)火提前角增大，ISFC均逐漸減小，最低油耗工況為在壓縮比為7時(shí)MBT點(diǎn)火時(shí)刻，為316 g/(kW·h)，因此從動(dòng)力性及經(jīng)濟(jì)性考慮壓縮比為7時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)性能最好。

圖8為不同壓縮比下平均爆震強(qiáng)度隨點(diǎn)火時(shí)刻的變化。可以看出，隨著點(diǎn)火提前角增大，平均爆震強(qiáng)度不斷增加，壓縮比由7降為6時(shí)，臨界爆震工況點(diǎn)由2°提前到-8°曲軸轉(zhuǎn)角，說明降低壓縮比起到了抑制爆震的作用。

圖8 不同壓縮比下平均爆震強(qiáng)度

圖9為不同壓縮比下200個(gè)循環(huán)MAPO散點(diǎn)圖，圖10為不同壓縮比MBT點(diǎn)火時(shí)刻下爆震概率分布情況。可以看出，壓縮比由8降低到7，由于負(fù)荷區(qū)間從15%負(fù)荷拓寬到全負(fù)荷，導(dǎo)致了壓縮比雖然降低，但爆震循環(huán)所占百分比由28.5%增加至62.0%；當(dāng)壓縮比下降到6時(shí)，此時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)由于壓縮比的下降，末端混合氣不易自燃，平均爆震強(qiáng)度下降，爆震循環(huán)只占6.5%，為正常燃燒工況，且點(diǎn)火提前角為10°，發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒相位更為提前，更多的熱量會(huì)在活塞下行初期釋放。

圖9 不同壓縮比下200個(gè)循環(huán)MAPO散點(diǎn)圖

圖10 不同壓縮比MBT點(diǎn)火時(shí)刻下爆震概率分布

在壓縮比為7時(shí)，動(dòng)力性及經(jīng)濟(jì)性綜合性能最優(yōu)，MBT點(diǎn)火時(shí)刻下，爆震循環(huán)所占百分比達(dá)到了62.0%，判定該工況為爆震工況，長期工作在爆震工況可能會(huì)影響發(fā)動(dòng)機(jī)使用壽命。在壓縮比為6時(shí)，動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性僅次于壓縮比為7時(shí)，但不易發(fā)生爆震，對發(fā)動(dòng)機(jī)的損害較小。

綜上所述，降低壓縮比是目前實(shí)現(xiàn)航空煤油全負(fù)荷運(yùn)行的必要手段，但會(huì)導(dǎo)致熱效率降低。研究更高效的爆震抑制手段，提高航空煤油發(fā)動(dòng)機(jī)的熱效率，是下一步工作的重點(diǎn)。

3.3 CO2輔助噴射對發(fā)動(dòng)機(jī)性能及爆震的影響

壓縮比設(shè)置為6，將輔助噴射的氣體換為CO2時(shí)，不同CO2噴射脈寬對動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性的影響見圖11、圖12。可以看出，MBT點(diǎn)火時(shí)刻下，隨著CO2噴氣脈寬從3 ms增加到9 ms，IMEP提升至0.779 MPa，但始終沒有超過5 ms空氣輔助噴射的IMEP；ISFC從336 g/(kW·h)逐漸降低到了 327 g/(kW·h)，相較于5 ms空氣輔助噴射經(jīng)濟(jì)性提高了1.8%，這說明將輔助噴射氣體由空氣更換為CO2，對提高發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性沒有幫助，但是可以提高經(jīng)濟(jì)性。而且隨著CO2噴氣脈寬的增加，可以實(shí)現(xiàn)將MBT點(diǎn)火時(shí)刻從-10°提前到-14°曲軸轉(zhuǎn)角，即點(diǎn)火提前角由10°變?yōu)?4°。

圖11 不同CO2噴射脈寬對動(dòng)力性的影響

圖12 不同CO2噴射脈寬對經(jīng)濟(jì)性的影響

產(chǎn)生這些現(xiàn)象的主要原因?yàn)椋篊O2是一種高比熱容氣體，采用CO2輔助航空煤油噴射時(shí)，在促進(jìn)霧化的同時(shí)也有效提高了缸內(nèi)工質(zhì)比熱容，使得發(fā)動(dòng)機(jī)缸內(nèi)燃燒溫度降低，因此平均指示壓力隨著CO2的增加而降低，動(dòng)力性下降；此外，由于CO2可以降低缸內(nèi)燃燒溫度，有抑制爆震，MBT點(diǎn)火時(shí)刻可進(jìn)一步提前，改善因航空煤油燃燒速度慢導(dǎo)致的燃燒相位靠后的問題，發(fā)動(dòng)機(jī)效率提高，從而使經(jīng)濟(jì)性提高。

為了進(jìn)一步深入分析不同CO2噴射脈寬對爆震的影響，如圖13所示，分析了不同CO2噴射脈寬對爆震發(fā)生概率的影響?？梢钥闯?，隨著CO2噴射脈寬的增加，在同一點(diǎn)火提前角時(shí)爆震發(fā)生概率下降，CO2抑制爆震的效果明顯，這主要是由于CO2顯著降低了缸內(nèi)燃燒溫度。圖14為不同CO2噴射脈寬對平均爆震強(qiáng)度的影響，可以看出隨著CO2噴射脈寬的增加，平均爆震強(qiáng)度降低，并且平均爆震強(qiáng)度幾乎都低于0.1 MPa，為正常燃燒工況,結(jié)合圖13來看，雖然部分爆震發(fā)生概率較高，但發(fā)生爆震強(qiáng)度并不高。

圖13 不同CO2噴射脈寬下爆震發(fā)生概率

圖14 不同CO2噴射脈寬下平均爆震強(qiáng)度

圖15為MBT點(diǎn)火時(shí)刻下，空氣與CO2輔助噴射時(shí)缸壓及放熱率對比，可以看出相較于空氣，CO2輔助噴射航空煤油的缸內(nèi)壓力及放熱率均略微下降。隨著CO2噴射脈寬從3 ms增加至9 ms，一方面由于噴射脈寬的增加，抑制爆震的效果明顯，缸內(nèi)壓力及放熱率呈下降趨勢，另一方面由于CO2抑制爆震作用，點(diǎn)火提前角可以進(jìn)一步提前，使得燃燒相位更為提前，缸內(nèi)壓力有上升的趨勢，二者綜合使得CO2噴射脈寬9 ms缸內(nèi)壓力略有增加，其他脈寬缸內(nèi)壓力基本一致，峰值放熱率隨CO2噴射脈寬增加而下降。

4 結(jié)論

(1) 采用雙點(diǎn)火可以有效提高航空煤油火焰?zhèn)鞑ニ俾?，提前燃燒相位，降低循環(huán)波動(dòng)，實(shí)現(xiàn)航空煤油穩(wěn)定燃燒，并且有抑制爆震的作用。

(2) 通過降低壓縮比的方法可實(shí)現(xiàn)航空煤油發(fā)動(dòng)機(jī)全負(fù)荷下運(yùn)行。壓縮比降至6，發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性較好，不易發(fā)生爆震。最大IMEP為0.782 MPa，ISFC為330 g/(kW·h)。

(3) 采用CO2輔助噴射航空煤油時(shí)，隨著CO2噴射脈寬的增加，同一點(diǎn)火提前角下，發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性下降，但由于CO2的抑制爆震的作用，MBT點(diǎn)火時(shí)刻最大可提前至上止點(diǎn)前14°，使得燃燒相位提前，發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒效率提高。