1  试验装置
选用江动s195型涡流室式柴油机为原型机，改装后的试验样机如图1所示，相关参数如表1所示。对原机的改动设计包括：
①涡流室形状由吊钟型改为球型。目的是利用球型结构可产生较强的压缩涡流的特点，减少高压喷气由副室向主室扩散，促进主、副室混合气浓度分层。另外，采用球型副室后涡流室容积比由原机的45％降低到40％，且发动机的压缩比有所提高，有利于促进天然气着火。
②对燃烧室内壁进行了低散热设计，包括对燃烧室内壁陶瓷喷涂及涡流室镶块的空气夹层设计，由此可减少压缩行程散热量。
③副室内安装高热值陶瓷电热塞，充分发挥电热塞的助燃作用。以上设计有利于提高压缩终点缸内的温度。促进主副燃烧室内温度的合理分布，改善天然气着火和抑制燃烧敲缸。

2  起动性能

天然气压燃的困难之一是高辛烷值燃料实现压缩着火起动，为此采用进气空气加热和副室内电热塞助燃的措施以改善天然气着火性能。试验比较了在主、副室通道直径14 mm时不同的供气方式对电控喷射热面点火燃烧系统着火起动性能的影响，如图2所示。

在3种供气方式中，单进气管天然气低压供气方式对天然气着火最有利，单一的涡流室内高压喷射方式的着火最困难，复合供气方式的着火性能介于上述二者之间。分析原因为，高压喷射方式是在喷嘴前后压差较大的情况下供气的(高压喷气压力6 mpa)，高压天然气喷入气缸时存在较强烈的膨胀吸热现象，降低了压缩上止点附近燃烧室特别是涡流室内的温度。另外，由于高压喷射阀的最小喷气量偏大及涡流室内喷射方向等原因。造成涡流室内天然气与空气的混合气在电热塞附近的浓度分布不合适，以上两方面因素影响了天然气的着火。而低压进气道供气方式喷射压差小，吸热少，天然气与空气混合气在压缩终点附近的浓度、温度合适，因此低压供气方式更容易实现天然气着火起动。

3  燃烧影响因素

3．1主副燃烧室通道直径
在进气终了缸内混合气过量空气系数2．5，进气温度175℃，电热塞温度1 050℃。高压喷气定时为上止点前150℃a和高压喷气持续时间90℃a的条件下，研究了通道直径由8 rnm增至14 mm时对燃烧过程的影响。复合供气方式的燃烧特性如图3所示。

。由图3可知，通道直径从8 mm增加到14 mm时，缸内气体压力峰值和放热峰值逐渐增加，且放热过程由两级燃烧放热过程过渡到单级燃烧放热过程。当通道尺寸增大时，流动阻力减小，进入副室的空气量增大，促进了副室燃料的快速扩散，滞燃期缩短。促使着火角度提前；副室着火后火焰向主室扩散容易，主室的燃烧速度增加，燃烧持续期缩短。另外，通道直径增大后，由于大通道尺寸下强湍流区主要分布在副室中心。而复合供气模式下副室的着火区域正好位于中心，故大通道尺寸下的强湍流区对副室燃烧过程起到加速作用，同时也加快了主室混合气的燃烧速度。由此该燃烧系统的特征由镶块通道直径8 mm的两级着火燃烧逐渐过渡到通道直径14 mm的单级燃烧，导致缸内最高燃烧压力增加，上止点附近主副室放热更集中。由此可见，通道尺寸对复合供气燃烧过程的影响明显。适当减小通道直径，可实现两级着火和燃烧(通道直径8 mm时的放热出现双峰)，降低了燃烧速率和压力升高率，故不容易发生敲缸现象，有利于扩展压燃式天然气发动机功率范围。
3．2高压供气定时和高／低压供气比例
复合供气方式下天然气的高压供气定时和高／低压供气比例将影响缸内混合气形成的时间和空间分布情况，进而会影响混合气着火和燃烧过程。为此，本文研究了通道直径8 mm燃烧室天然气高压供气定时和高／低压供气比例对燃烧过程的影响。
3．2．1高压供气定时
选择高／低压供气比例为0．8：1，在过量空气系数1．5，进气加热温度130℃，电热塞温度1 050℃的条件下。对比研究了3种高压供气定时对燃烧和排放的影响。如图4所示。

由图4可见，随着高压供气提前角加大，放热峰值增加、对应的相位角前

移，并在高压喷气提前角为一180℃a时出现压力升高率和放热率最高值。引起燃烧敲缸。发动机在高压供气提前角为一100℃a时，发动机hc、co排放量较大，no。排放量较低，主要由于高压供气定时推迟，受到高压喷气节流影响，副室着火前的焰前准备阶段出现温度突降，造成副室着火始点延后、燃烧不完全。co、hc生成数量增多；副室燃烧速度下降，减弱了对主室的引燃作用，导致主室燃烧速度变缓，燃烧温度下降，不利于副室生成的hc、co进一步氧化，因此hc、co排放量较大。随着高压供气定时提前，延长了高压天然气着火前在缸内的停留时间，增加了混合气与热的燃烧室壁面及电热塞的热交换数量，因此副室内混合气温度升高。同时，高压供气定时提前会使副室内天然气进入主燃烧室的数量增多，缓和了副室混合气过浓的状态，改善了副室内混合气的着火和燃烧条件，并使hc、co排放量降低。但主室浓度随之增加，燃烧速度加快，容易产生燃烧敲缸(由于发生敲缸时的发动机排放量数据不稳定，无法进行测量，故图4中的点为发生敲缸前一时刻的数值)。
3．2．2高／低压供气比例
选择高压供气定时为btdcl50℃a，在过量空气系数1．5，进气加热温度130℃，电热塞温度1 050℃条件下，研究了高／低压供气比例对燃烧和排放的影响，如图5所示。

可见，在每循环燃料总量不变的条件下，增加高压供气比例，副室内天然气数量相对增多，副室混合气浓度增加，同时高压天然气在副室内产生的膨胀吸热数量增多，导致副室混合气温度降低。因此随着高压供气比例增加，副室内的混合气出现着火困难和燃烧不完全现象，导致大量hc、co生成。由于副室内燃烧速度下降，使得主室中的稀混合气的引燃能量减少，主室燃烧放热速度变缓，缸内压力升高速度降低。主室内燃烧放热变缓，燃烧温度降低，不利于已生成的hc、co的氧化。故hc、co排放量较大，而副室内过浓的混合气分布和主室内过稀的混合气分布均不利于no：生成，所以no。排放量较少。

4  负荷特性
通道直径8 mm的涡流室镶块，复合供气方式下电控喷射热面点火燃烧系统在转速1 200 r／rain和1 400 r／min时的负荷特性并测量了对应各工况点的排放量，如图6～7所示。

由图6～7可知，采用通道直径8 mm镶块的燃烧室，主、副室混合气浓度分层突出，对抑制燃烧敲缸、提高发动机动力输出的作用明显。与低压供气方式相比较，在转速1 200 r／min时，采用复合供气方式的发动机其平均有效压力最高达到0．55 mpa。对应的发动机输出功率4．52 kw，达到原机相同转速的83％，而采用低压供气方式的发动机输出功率只有原机相同转速的40％。在转速1 400 r／min时，采用复合供气方式的发动机平均有效压力最高达到0．5 mpa，对应的发动机功率为4．84 kw，为原机相同转速下输出功率的73％，而在这一转速工况下低压供气方式受燃烧敲缸影响严重，发动机无法加载运行。采用复合供气方式的发动机，随着输出功率增加，副室内混合气加浓引起一定程度的不完全燃烧，导致燃料消耗率有所增加，co,hc排放量升高幅度较大，而nox受此影响较小，排放量变化不大。