不同预燃室结构对甲烷湍流射流点火燃烧的影响

冯钟辉，周 磊，刘沛林，高 强，李匡迪，卫海桥

(天津大学 内燃机燃烧学国家重点实验室，天津 300072)

0 概述

由于气候和环境问题备受关注，减少温室气体排放刻不容缓，而车辆运输是重要的温室气体排放途径之一。降低排放成为发动机研究和发展的重要方向，天然气等高效清洁能源作为汽油、柴油的代替燃料越来越受关注[1]。甲烷是天然气最主要的成分，由于其碳氢比较低且更易与空气混合使得燃烧更充分，产生的颗粒物和二氧化碳排放较少，相同热效率工况下二氧化碳排放可减少23%[2-3]。此外，天然气价格低廉，储量丰富[4]，抗爆性好，有利于解决点燃式(spark ignition， SI)发动机爆震问题，提高热效率。然而天然气着火温度高更难点燃，燃烧速度较慢，需要更高的能量来点燃混合气，使用预燃室射流点火系统(turbulent jet ignition, TJI)是实现天然气稳定着火的有效手段。

TJI不但可以提供更高的点火能量，还可以提高火焰速度促进燃烧。其将发动机燃烧室分为气缸内的主燃烧室和气缸盖上的预燃室两部分，预燃室通过一个或多个直径为几毫米的通道与主燃烧室相连。研究表明，TJI可使燃烧持续时间缩短，同时TJI还可以扩展稀燃极限[5-6],由于稀薄燃烧的燃烧温度较低，可以有效减少氮氧化物排放，使其达到接近零的水平[7-8]。此外在中负荷工况下，稀燃可以在降低废气排放的同时保持较低油耗，并获得更高的效率[9]。然而，稀薄燃烧较低的燃烧速度使燃烧过程变得更长且不完全，导致发动机燃烧不稳定[10]。……