小型通用汽油机气缸压力采集与燃烧分析系统的研究

摘要

本文进行了小型通用汽油机气缸压力采集与燃烧分析系统的开发研究，该系统由数据采集卡、传感器等硬件、缸压数据采集和燃烧分析软件等组成。 基于示功图的信息是研究发动机缸内工作过程的重要手段。通过实测的示功图，经过计算整理可以获得诸如指示功、燃烧热效率等指示指标，最高燃烧压力及其对应曲轴转角、最高压力升高率及其对应曲轴转角、已燃质量分数、放热率等物理量，对进一步分析和揭示发动机缸内燃烧过程研究提供基础。 高分辨率、高采集率、多通道、无相差和可以任意设定采样频率等特性的A/D板卡及一大批性能优越的相关测试仪器如转角信号发生器、电荷放大器、工控计算机等计算机硬件技术的高速发展深刻影响着现代气缸压力数据采集系统的发展。本开发研究系统中的数据采集系统选用瑞士Kistler公司生产的6117B型火花塞式缸压传感器，可以采集发动机缸内气缸压力数据，非常便利于分析发动机缸内的燃烧状况。以倒拖法确定发动机动态上止点的位置，为燃烧分析提供准确的基准信息。对于实验室及周围的干扰信号，采取硬件、软件两方面的相应措施来减小对系统的干扰和影响。 使用Visual Basic.NET独立开发了汽油机气缸压力采集与燃烧分析软件。该软件在软件工程学的指导下，基于面向对象编程思想贯穿整个开发过程。软件界面设计简单、易于操作，独立的模块方便进一步扩充功能。软件设定为单通道采集气缸压力信号，还留有15个备用模拟通道。采集到的数据经过气缸压力数据标定处理和一系列光顺处理后，可绘制出气缸压力示功图、最大压力及出现的对应曲轴转角、压力升高率、已燃质量分数和累计燃料燃烧量等多项燃烧特性参数随曲轴转角的变化曲线图。 本文以一台SLIP68F型小型通用汽油机为研究对象。运用自行开发研制的测试系统对其进行了不同运行工况的实验研究，分析了小型通用汽油机放热率、燃烧效率以及E10,E50,E95特征点等燃烧性能参数，验证了自主开发的燃烧分析系统的可行性，为分析和改进发动机性能提供相应的基础。

目录

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第一章绪论

1.1内燃机气缸压力采集与燃烧分析系统研究的意义

1.1.1内燃机示功图

1.1.2稳态过程与非稳态过程

1.1.3小型通用汽油机发展现状

1.1.4数据采集与燃烧分析系统的要求

1.2内燃机燃烧分析系统研究现状

1.2.1计算机测试技术的发展

1.2.2国内外内燃机数据采集与燃烧分析系统现状

1.3本文的主要研究内容

第二章缸内燃烧数学模型的建立

2.1燃烧学模型建立

2.1.1燃烧模型分析

2.1.2模型基本假设

2.2气缸内热力过程的微分方程

2.2.1基本微分方程

2.2.2碳氧化为CO2的百分比

2.2.3化学当量方程

2.2.4工质摩尔数计算

2.2.5工质比热计算

2.3气缸的工作容积

2.4气缸周壁的传热

2.5本章小结

第三章数据采集与分析系统的结构与开发

3.1系统硬件结构

3.2缸压采集模块

3.3数据分析模块

3.3.1上止点的确定

3.3.2缸内p-φ图数据处理

3.3.3燃烧放热率的计算

3.3.4 Visual Basic.NET语言简介和面向对象编程

3.3.5燃烧过程分析

3.4燃烧分析模块软件界面

3.4.1燃烧分析模块主界面及功能介绍

3.4.2燃烧分析模块子界面及功能介绍

3.4.3其它按钮

3.5本课题研究开发的汽油机数据采集燃烧分析系统特点

3.6本章小结

第四章实验与数据结果分析

4.1试验条件

4.2实验工况与数据的采集

4.2.1试验工况确定

4.2.2缸内p-φ图的测录

4.3示功图分析

4.3.1示功图、压力升高率图

4.3.2燃烧过程p-V图分析

4.4放热规律分析

4.4.1放热百分率图

4.4.2放热规律图-dX／dψ图

4.5本章小结

第五章工作总结与展望

5.1工作总结

5.2展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢