汽油机小型化相关燃烧系统的模拟计算及实验研究

论文摘要

目前发动机仍主要依靠石油类燃料,而日益严重的石油资源的短缺问题和燃烧带来的大气污染和温室效应问题已经成为全球性问题。汽车发动机小型化是目前最有前途的用来改善燃油经济性、满足CO2排放法规的方法之一。发动机小型化是发动机通过应用先进技术在不增加气缸容积前提下,提高发动机的功率、扭矩和效率,降低油耗。为此国内外对发动机小型化相关理论进行了积极探索。本文采用实验和模拟研究相结合的方法,采用变压缩比、变配气正时、变点火位置及变提前角四种手段,进行探索压缩比、配气正时、点火位置及点火时刻对提高发动机性能的影响规律,对进一步开展发动机小型化的研究提供了理论指导。在发动机上采用了8：1；9：1；9.5：1这三种不同压缩比进行对比试验,试验时节气门全开,每组分别对800-2400r/min进行试验对比,发现随着压缩比增加,发动机扭矩提高,特别在中转速、高转速时增加更明显；对发动机三组不同的配气正时进行对比研究,发现在中低转速下进气门开启提前角从10°CA降低到5°CA时发动机扭矩下降27%左右；发动机排气推迟关闭角从8°CA时,低转速时扭矩比推迟关闭角从20°CA小10%,随着转速,扭矩增加速度比推迟关闭角20°CA快,到了2000r/m已被反超；分别对发动机两个不同的点火位置对发动机进行对比试验,从试验结果可以看到,低速低负荷时,离排气门比较近的火花塞点火性能比较好,中高速运行情况相反,2400r/m时,进气门处点火扭矩比排气门处点火高6%。基于一维非定常流动的数值解法,利用AVLBOOST一维仿真软件对发动机进行模拟研究,根据发动机试验的实际结构参数进行建模并计算,分析了汽油机配气正时、进气管长度及压缩对发动机性能的影响,并总结出一套进气管长度、配气正时对发动机汽油机进某工况点动力性能最佳方案。计算结果表明,发动机在进气提前角16°CA,排气迟闭角8°,转度1800r/m,发动机扭矩最大。进气管长度400mm,发动机在中等转速时动力性最佳。基于计算流体力学辅助内燃机分析理论,利用三维流体软件FIRE对发动机进气过程对点火室式直喷汽油机缸内的气流运动过程及燃烧过程进行了数值模拟。对比分析了不同配气正时在气流流动过程所形成涡流核湍流比；对比分析不同压缩比缸内温度、压力的分布；计算果表明,阿压缩比越高,缸内火焰传播速度越快,温度升高率越大。

论文目录

• 摘要
• 英文摘要
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景及意义
• 1.2 国内的研究现状
• 1.2.1 可变压缩比技术
• 1.2.2 可变配气正时技术
• 1.2.3 快速燃烧多点点火
• 1.2.4 缸内直喷技术
• 1.2.5 增压技术
• 1.2.6 发动机小型化综合技术
• 1.2.7 多维模拟技术
• 1.3 课题的研究内容
• 第二章 提高发动机性能的实验研究
• 2.1 引言
• 2.2 试验仪器及装置
• 2.3 实验结果与分析
• 2.3.1 不同配气正时对发动机性能的影响
• 2.3.2 点火时刻对发动机性能的影响
• 2.3.3 不同点火位置对发动机性能影响分析
• 2.3.4 不同压缩比对发动机性能的影响
• 2.4 本章小结
• 第三章 一维热动力学模拟计算
• BOOST一维热动力模拟软件的介绍'>3.1 AVL_BOOST一维热动力模拟软件的介绍
• 3.2 仿真一维模型的建设
• 3.3 原机模型的验证
• 3.4 发动机配气正时的优化
• 3.4.1 发动机配正时概述
• 3.4.2 模拟优化方法1)调节配气正时的准则
• 3.4.3 配气正时对发动机性能影响分析
• 3.4.4 气门持续角对发动机性能影响分析
• 3.5 进气管长度对发动机性能影响分析
• 3.6 本章小结
• 第四章 三维热动力学模拟计算
• 4.1 引言
• 4.2 燃烧室模型的建立及网格划分
• 4.2.1 实体模型建立
• 4.2.2 建立燃烧三维模型
• 4.2.3 动态网格模型的建立及检验
• 4.3. 计算结果分析
• 4.3.1 不同火花塞位置对燃烧过程的影响
• 4.3.2 多火花塞点火燃烧过程分析
• 4.3.4 不同火花塞点火对燃烧压力的比较
• 4.3.5 双火花塞相同相位不同点火提前角比较
• 4.3.6 不同配气正时进气流场对比分析
• 4.3.7 不同压缩比下缸内温度分布
• 4.3.8 不同压缩燃烧对比分析
• 4.4 本章小结
• 第五章 总结与展望
• 5.1 全文总结
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录A 攻读硕士期间参与科研工作和论文发表情况说明
• 一、攻读硕士期间主持与参与的科研工作
• 二、攻读硕士期间文章的发表情况