内燃机燃烧排放分析系统的开发与应用研究

摘要

随着全社会节约能源、保护环境的意识越来越高，国家对于内燃机的燃油经济性以及污染物排放标准也越来越严格。内燃机能否“节能减排”，归根结底在于其缸内燃烧过程的好坏。为了探究内燃机工作过程中燃烧特性，本文设计开发了一套内燃机燃烧排放分析系统，利用此系统，能帮助我们方便有效地研究内燃机的燃烧过程和排放特性，为提高内燃机的燃油经济性和降低污染物提供参考和指导。
　　本系统主要由硬件和软件两大部分组成，硬件部分由气缸压力传感器、电荷放大器、光电编码器、数据采集卡和PC机等组成，完成气缸压力信号、转速信号、曲轴转角信号以及内燃机工作参数的采集、传输等功能。软件部分基于LabVIEW编程环境，开发了与硬件配套使用的上位机程序，此程序包括数据采集模块、上止点修正模块、数据均值处理模块、示功图光顺模块、燃烧分析模块、转速采集模块和排放分析等功能模块，具备计算瞬时放热率、累积放热量、缸内温度、压力升高率、燃烧始点和终点以及燃烧持续期等功能。软件程序界面简洁美观，人机交互性能好。
　　为了验证本系统的实用性和可靠性，将本系统的运行结果与现有燃烧排放分析仪做对比，结果表明系统达到了预期设计目标，可以作为今后研究内燃机燃烧排放特性的有力工具。
　　最后，使用本系统对YC4D20柴油机的实测数据进行燃烧和排放分析，研究表明，本系统在实际的燃烧排放分析应用中切实有效，使得内燃机的燃烧和排放研究成本更低，系统布置更灵活，功能更多样化，具有较高的工程应用价值。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 内燃机燃烧排放分析系统的研发背景

1．2 国内外研究现状

1．2．1 国外研究现状

1．2．1 国内研究现状

1．2．3 国内外研究现状对比

1．3 本课题研究意义和主要内容

第二章 内燃机燃烧排放分析的理论基础

2．1 内燃机工作循环过程

2．2 内燃机工作过程的热力学模型

2．2．1 模型假设

2．2．2 基本微分方程

2．3 内燃机燃烧放热率的计算

2．3．1 内能变化量的计算

2．3．2 做功量的计算

2．3．3 换热量的计算

2．4 本章小结

第三章 内燃机燃烧排放分析系统的开发

3．1 系统的总体设计方案

3．2 系统的硬件组成

3．2．1 气缸压力传感器

3．2．2 电荷放大器

3．2．3 光电编码器

3．2．4 NI USB-6351数据采集卡

3．2．5 其他硬件

3．3 系统的软件组成

3．3．1 LabVIEW软件介绍

3．3．2 软件系统总体设计

3．3．3 主VI的设计

3．3．4 数据采集模块的设计

3．3．5 上止点修正模块的设计

3．3．6 数据均值处理模块的设计

3．3．7 示功图光顺模块的设计

3．3．8 燃烧分析模块的设计

3．3．9 转速采集模块的设计

3．3．10 排气污染物采集分析模块的设计

3．4 本章小结

第四章 系统的验证与应用实验

4．1 系统运行的验证

4．1．1 数据采集和上止点修正模块的运行

4．1．2 燃烧分析模块的运行

4．1．3 排放分析模块的运行

4．2 运用放热率分析不同工况燃烧过程的实验

4．2．1 实验设计

4．2．2 实验结果

4．2．3 利用放热率分析燃烧过程

4．3 不同工况下的排放结果分析

4．4 本章小结

第五章 全文总结和工作展望

5．1 全文总结

5．2 工作展望

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的学术论文