汽油机缸内热功转换过程简化数模的研究

发布时间：2017-10-11 20:29

  本文关键词：汽油机缸内热功转换过程简化数模的研究

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【摘要】：在发动机正向开发过程中,由于对发动机性能与设计以及运行参数之间内在联系和变化趋势缺乏足够认识,设计与运行参数的优化及选择只能凭借经验或通过台架试验来实现,然而在实体发动机开发完成之前,是无法开展发动机台架试验的,所以一台新品发动机的开发,往往需要经过好几轮的设计修改与试验验证。为提高新品发动机在概念设计阶段的效率与精度,本文基于三台先进增压直喷汽油机的试验数据,基于Excel VBA平台开发相应数值式开发软件,提出最短燃烧持续期概念,研究分析各燃烧特性参数的共性规律和对发动机性能的影响、相互之间的内在联系和影响。论文研究结果表明:1)80%最短燃烧持续期与10%~90%燃烧持续期的差值主要受负荷影响,且负荷越低,两者的差值越大。而该差值越大,也意味其燃烧过程可以改善的空间也越大。2)燃烧品质参数随着负荷的增加而不断缓慢增加,除低速工况外,其值主要位于1.8-2.4之间,而低转速下的燃烧品质参数均大于2,且偏离比较严重,从低负荷到高负荷,其值主要从3到7变化。3)50%燃烧点、最高爆发压力位置和燃烧品质参数都与点火时刻呈正相关关系,随着点火时刻的推迟,三者开始缓慢的后移或增加,后期随着点火时刻的继续推迟,三者开始快速后移或增加;10%~90%燃烧持续期则与点火时刻呈负相关关系,随着点火时刻的推迟,其值开始快速减小,后期则慢慢趋于稳定;50%燃烧点位置决定着最高爆发压力点位置,二者呈标准的线性关系,且最高爆发压力点位置滞后于50%燃烧点位置,滞后时间大约为5°CA~7°CA。4)就高压循环热效率的影响因数而言,负荷的影响远大于转速;随着点火时刻的后移,高压循环热效率先是缓慢增加至稳定值,并且这个稳定值也是高压循环热效率的最大值,随着点火时刻的继续后移,发动机的高压循环热效率快速降低,为了保证发动机具有很好的高压循环效率,必须要很好的控制其点火时刻。上述研究结果为发动机概念设计过程中数模阶段边界条件的取值以及关键设计参数的选择和运行参数的优化提供了数据支持,同时也为发动机热功转换过程的优化提供了理论支撑,提高了新品发动机在概念设计阶段的效率与精度。
【关键词】：汽油机 数值式开发 热功转换 燃烧放热规律 最短燃烧持续期
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TK411
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第1章 绪论11-17
• 1.1 选题背景及意义11-14
• 1.1.1 选题背景11
• 1.1.2 发动机数值式开发的重要意义11-13
• 1.1.3 研究发动机缸内燃烧过程的重要意义13-14
• 1.2 国内外研究现状14-15
• 1.3 本文主要研究目的和内容15-17
• 1.3.1 主要研究目的15
• 1.3.2 主要研究内容15-17
• 第2章 发动机缸内工作过程及其燃烧放热规律的计算17-29
• 2.1 发动机性能指标基本关系式17-18
• 2.2 发动机缸内燃烧的热力平衡方程18-20
• 2.2.1 能量守恒方程18-19
• 2.2.2 质量守恒方程19
• 2.2.3 理想气体状态方程19
• 2.2.4 气体的内能方程19-20
• 2.3 燃烧放热规律计算模型20-22
• 2.3.1 活塞机械功21
• 2.3.2 工质内能变化量21
• 2.3.3 燃烧室壁面热交换量21-22
• 2.4 缸内传热模型22-24
• 2.4.1 经验公式23
• 2.4.2 半经验公式23-24
• 2.5 燃烧放热曲线的数值解24-25
• 2.6 两个关键问题的处理25-28
• 2.6.1 缸内瞬时温度25-27
• 2.6.2 绝热指数取值27-28
• 2.7 本章小结28-29
• 第3章 试验样机和台架试验29-34
• 3.1 试验样机介绍29
• 3.2 发动机台架试验29-33
• 3.2.1 试验设备29-32
• 3.2.2 台架试验内容32
• 3.2.3 试验台架布置情况32-33
• 3.3 试验数据预处理33
• 3.4 本章小结33-34
• 第4章 汽油机缸内热功转换过程简化数模的建立34-53
• 4.1 基于Excel VBA平台求解燃烧放热率34-38
• 4.1.1 Excel VBA简介34
• 4.1.2 编程思路及分析34-35
• 4.1.3 燃烧放热曲线数值解的编程处理35-38
• 4.2 三台样机主要燃烧特性参数随发动机转速负荷的变化规律38-40
• 4.2.1 样机 138-39
• 4.2.2 样机 239-40
• 4.2.3 样机 340
• 4.3 曲线拟合韦伯半经验公式40-48
• 4.3.1 发动机燃烧放热规律的简化表述41
• 4.3.2 利用最小二乘法拟合41-45
• 4.3.3 利用Matlab拟合45-47
• 4.3.4 利用 1st Opt拟合47-48
• 4.4 三台样机的韦伯燃烧特性参数随转速负荷的变化规律48-51
• 4.4.1 样机 148-49
• 4.4.2 样机 249-50
• 4.4.3 样机 350-51
• 4.5 本章小结51-53
• 第5章 增压直喷汽油机缸内热功转换过程的规律研究53-81
• 5.1 燃烧放热规律和主要燃烧特性参数介绍53
• 5.2 主要燃烧特性参数的规律研究53-58
• 5.2.1 10%燃烧点的变化规律53-54
• 5.2.2 50%燃烧点的变化规律54-55
• 5.2.3 90%燃烧点的变化规律55-56
• 5.2.4 10%~90%燃烧持续期的变化规律56-57
• 5.2.5 最高爆发压力位置的变化规律57-58
• 5.3 最短燃烧持续期及其相关影响58-62
• 5.3.1 最短燃烧持续期概念58-59
• 5.3.2 80%最短燃烧持续期的变化规律59-60
• 5.3.3 80%最短燃烧持续期与 10%~90%燃烧持续期的差异性对比60-62
• 5.4 韦伯燃烧特性参数的规律研究62-66
• 5.4.1 韦伯燃烧始点的变化规律62-63
• 5.4.2 韦伯燃烧终点的变化规律63-64
• 5.4.3 韦伯燃烧持续期的变化规律64-65
• 5.4.4 燃烧品质参数的变化规律65-66
• 5.5 各种燃烧特性参数之间的内在联系及相互影响66-72
• 5.5.1 点火时刻对 50%燃烧点的影响66-68
• 5.5.2 点火时刻对 10%~90%燃烧持续期的影响68-69
• 5.5.3 点火时刻对最高爆发压力位置的影响69-71
• 5.5.4 50%燃烧点对最高爆发压力位置的影响71-72
• 5.6 高压循环热效率的影响因数分析72-76
• 5.6.1 转速负荷对高压循环热效率的影响72-73
• 5.6.2 点火时刻对高压循环热效率的影响73-74
• 5.6.3 最高爆发压力位置对高压循环热效率的影响74-75
• 5.6.4 50%燃烧点对高压循环热效率的影响75-76
• 5.6.5 燃烧品质参数对高压循环热效率的影响76
• 5.7 各类燃烧特性参数在全工况下的取值范围76-78
• 5.7.1 主要燃烧特性参数在全工况下的取值范围77-78
• 5.7.2 韦伯燃烧特性参数在全工况下的取值范围78
• 5.8 研究结果对发动机性能正向开发的指导意义78-79
• 5.9 本章小结79-81
• 总结与展望81-83
• 参考文献83-86
• 附录A 攻读硕士学位期间发表的论文和获得成果86-87
• 致谢87

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本文编号：1014588