作为一种特殊的内燃机,转子机因具有体积小、重量轻、功重比高和运行平稳等优点而被应用于许多特殊场合。由于转子机狭长的燃烧室,当其燃用汽油和正丁醇等液态燃料时,会出现蒸发雾化困难、火焰传播速度慢以及淬熄现象等问题,进而导致转子机的热效率低、油耗高和污染物排放高。通过改变燃料的特性来改善缸内的燃烧,降低转子机的油耗和排放是扩展转子机应用范围的可行方法。由于氢气具有点火能量低、燃烧速度快、燃烧界限宽、火焰温度高和淬熄距离短等特点,向进气道掺入少量氢气即可改善转子机的燃烧与排放特性。本文就掺氢对汽油和正丁醇转子机及纯氢转子机的燃烧与排放的影响进行了研究。由于转子机许多基本参数与传统内燃机不同,本文首先对转子机的缸体和转子型线生成方法进行了简介,并给出了转子机一些基本参数的计算方法。然后,借助热力学、传热学和内燃机原理等知识对转子机特有的热力学和传热过程进行了理论简析,提出了适合转子机燃烧与放热的计算方法。之后在实验台架上,对掺氢转子机的燃烧与排放特性进行了试验研究。在怠速及部分负荷工况下,就进气掺氢体积分数、过量空气系数和点火时刻等参数对掺氢汽油转子机及掺氢正丁醇转子机的燃烧与排放特性的影响规律进行了研究。掺氢汽油转子机怠速试验结果表明,在怠速不同过量空气系数和低怠速理论过量空气系数工况下,进气掺氢均可以改善汽油转子机燃烧与排放特性。掺氢可以降低汽油转子机的循环变动系数和燃料能量流量,缩短火焰发展期和快速燃烧持续期。同时,怠速时较高的HC和CO排放在掺氢后明显降低,在稀燃及低怠速时更加明显。掺氢汽油转子机部分负荷的试验结果表明,不同过量空气系数和点火时刻下,进气掺氢均可以提高原机的有效热效率和缸内压力,同时缩短火焰发展期和快速燃烧持续期,降低循环变动系数,减少传热损失和排气损失,并降低HC和CO排放。稀燃策略可以有效减少部分负荷时的NOx排放。正丁醇具有和汽油类似的燃烧与物化特性,因此本文也对掺氢正丁醇转子机怠速及部分负荷工况下的燃烧与排放特性进行了研究。与汽油转子机类似,在怠速及部分负荷试验中,正丁醇转子机均会产生大量HC和CO排放。试验研究发现进气掺氢能够有效降低正丁醇转子机在怠速及部分负荷下的HC及CO排放。部分负荷工况下,当掺氢体积分数从0提高到6.3%时,掺氢正丁醇转子机的有效热效率从15.7%提高到19.7%,火焰发展期由51.1^oCA缩短到30.8^oCA,降幅39.7%,快速燃烧持续期由73.4^oCA缩短到61.7^oCA,降幅15.9%,缸内最高温度由1064K升高到1102K,提高38K,快速燃烧持续期的循环变动系数由6.03%降低到0.81%,HC排放从6675ppm降低到3034ppm,降低幅度约为54.5%,CO排放从3914ppm降低到1910ppm,降低幅度约为51.2%。此外,还研究了过量空气系数和点火时刻等对掺氢正丁醇转子机燃烧与排放特性的影响规律。研究发现,掺氢可以提高正丁醇转子机不同过量空气系数及点火时刻下的有效热效率及做功能力,稀燃条件下更加明显。进气掺氢还有效降低了正丁醇转子机不同过量空气系数及点火时刻下的循环变动系数以及HC和CO排放。掺氢正丁醇转子机的NOx排放可以使用稀燃及推迟点火策略来降低。氢气十分适合在转子机内燃烧,本文进行了纯氢转子机怠速稀燃性能的试验研究。研究发现,不同于汽油及正丁醇燃料,当过量空气系数增大后,纯氢转子机怠速时的循环变动系数、缸内压力、最高缸内温度、火焰发展期和快速燃烧持续期的变化相对不明显,表明纯氢转子机的稀燃界限相对较宽。由于润滑油的蒸发,纯氢转子机也有HC和CO₂排放,NOx排放在纯氢稀燃时会降低。本文通过试验研究,证明掺氢对汽油和正丁醇转子机的燃烧具有明显的改善作用。此外,掺氢对汽油和正丁醇转子机的排放改善也很明显。纯氢转子机的试验研究发现,怠速条件下纯氢转子机的燃烧随过量空气系数变化不明显,表明其可以在更高的过量空气系数条件下相对稳定地运转。