壓縮比對激光點火的天然氣發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，它在化學計量發動機中具有高氮氧化物排放的問題。通過燃燒不產生氮氧化物（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的電火花產生的等離子體點燃，導致滿足未來排放要求的稀燃常規CNG發動機的開發受到嚴重限制。火花點火（SI）發動機的點火系統負責啟動燃燒室內的燃料-空氣混合物的燃燒，然而，目前的點火系統在滿足高效率和高功率密度的要求方面受到限制，這對環境友好的火花點火發動機是最基本要求。激光點火系統是用于點燃內燃（IC）發動機中稀燃料-空氣混合物的技術上可行的替代點火系統，并且能夠克服傳統電火花點火系統面臨的大多數限制。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。研究結果發現，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，這對于開發稀燃CNG發動機至關重要。

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動機性能、排放和燃燒特性的影響。缸內壓力和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濟性。總體而言，壓縮比為11.8時具有極好的燃油經濟性，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。