微小尺度往复活塞式内燃机极限尺寸的循环分析

摘要

建立微型活塞式内燃机性能测试试验台,对微小尺寸活塞式内燃机性能进行测评,并类比各种宏观尺度机型的性能数据.结果表明:微型活塞式内燃机平均有效压力(BMEP)显著低于其他类比机型,燃油消耗率高、有效热效率低和热负荷不高;但平均机械损失压力(FMEP)受转速升高的影响不显著,故能达到较高工作转速,并使其单位容积功率密度反而超过其他类比机型.采用循环模拟数值方法分析微型活塞式内燃机工作过程,揭示BMEP低于其他类比机型的主要原因是充量系数低;而有效热效率低下的主要原因是混合气较浓、燃烧不充分以及燃油在扫气过程中直接排出气缸所致.因此,微型活塞式内燃机进一步微细化的方向是提高运行转速,并改善其充量交换和缸内燃烧过程.热力学数值推演得出微型活塞式内燃机最小极限缸径尺寸在4～5 mm,工作转速在40 000 ～ 50 000 r/min.