基于扫气过程优化的二冲程汽油机燃烧特性研究

摘要

二冲程汽油机具有升功率高、质量轻、结构紧凑、价格低廉、能任意角度翻转工作等优点，在小型动力机械领域得到广泛应用。然而扫气过程中过多的燃油损失以及燃烧的不稳定性，导致其油耗和HC排放过高。随着人们环保意识的增强，针对二冲程汽油机制定了严格的排放法规，因此开展二冲程汽油机扫气和燃烧过程优化的研究，对于提升发动机整机性能起到很重要的作用。
　　 本文通过数值模拟和试验分析相结合的方法对1E37F二冲程汽油机的扫气过程及燃烧特性进行了研究。利用AVL BOOST软件对发动机的工作过程进行了模拟计算，并验证了模型的正确性，根据计算结果确定了三维模拟计算的初始条件和边界条件。同时，建立了二冲程汽油机曲轴箱-气道-气缸系统流体计算的三维数值模型，利用AVLFIRE软件对原机和改进机型标定工况时的扫气过程进行了三维瞬态数值计算，系统分析了扫气过程中缸内流场的发展与变化，得出了原机HC排放过高的主要因素。模拟结果分析表明，曲轴箱压力波动对扫气道和缸内的流场有一定影响，扫气过程中的逃逸损失、短路损失、环流损失、径向涡流的混合损失以及燃烧室形状不合理是原机HC排放高的主要原因。根据模拟计算指导的方法对原机的气道和燃烧室形状进行了优化，并对原机和改进机型的排放性能进行了试验验证。
　　 通过研究原机和改进机型的外特性性能变化规律，以实测示功图为基础，对两种机型的燃烧特性进行了详细分析。研究结果表明，改进机型的进气量增加，充量系数提高，标定工况时功率由0.63kW提高到0.75kW，增加了20.15％，燃油消耗率降低了9％。同时，改进机型的初期燃烧速度增加，各工况下的最高燃烧压力、压力升高率峰值以及放热率峰值明显提高，但随着转速的升高，放热率峰值相位相对滞后，燃烧持续期增大。相比于原机，改进机型的循环波动明显减小，循环波动率基本保持在10％以内，保持了较好的稳定性，但在高转速范围内循环波动率较大。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 本课题的研究背景

1．1．1 二冲程汽油机总体情况介绍

1．1．2 国内二冲程汽油机的技术现状与发展

1．1．3 二冲程汽油机排放控制的主要技术措施

1．2 二冲程汽油机的研究概况

1．2．1 二冲程汽油机换气过程的研究现状

1．2．2 二冲程汽油机燃烧过程的研究现状

1．3 本文主要研究内容

第二章 1E37F汽油机扫气过程数值模型

2．1 研究样机

2．2 几何模型的建立及网格的划分

2．2．1 几何模型的建立

2．2．2 计算网格的生成

2．3 气体流动的控制方程

2．3．1 质量守恒方程

2．3．1 动量守恒方程

2．3．4 组分质量守恒方程

2．3．3 能量守恒方程

2．4 湍流运动模型

2．5 控制方程的数值解法

2．5．1 离散方程的建立

2．5．2 常用的离散格式

2．5．3 流场数值计算方法

2．6 边界条件和初始条件的确定

2．7 本章小结

第三章 1E37F汽油机扫气过程模拟结果及改进方案

3．1 原机设计方案的模拟计算结果及分析

3．1．1 数值计算模型的验证

3．1．2 缸内速度场分布

3．1．3 缸内废气分布

3．1．4 曲轴箱-气道-气缸系统压力及湍动能分布

3．1．5 曲轴箱-气道-气缸系统温度场分布

3．2 1E37F汽油机扫气系统改进方案

3．3 改进机型曲轴箱-气道-气缸系统扫气计算结果

3．4 1E37F汽油机改进前后性能对比

3．4．1 试验方案

3．4．2 试验结果及分析

3．5 本章小结

第四章 1E37F汽油机燃烧特性研究

4．1 试验台及试验仪器介绍

4．1．1 试验装置

4．1．2 试验内容

4．2．测试结果分析

4．2．1 充量系数

4．2．2 外特性曲线

4．3 燃烧压力的分析

4．3．1 示功图的分析

4．3．2 最高燃烧压力及对应曲轴转角循环波动分析

4．3．3 压力升高率的分析

4．4 燃烧放热规律的分析

4．5 本章小节

第五章 全文工作总结及今后工作展望

5．1 本文主要工作

5．2 工作展望

参考文献

致谢

攻读硕士期间发表的论文