汽油发动机富氧燃烧理论分析及试验研究

论文摘要

由于日趋严重的石油危机和环境保护的需要,对发动机的燃烧技术提出了越来越高的要求,各国研究人员都试图从发动机本身结构或燃油质量方面入手,研究改善发动机燃烧及动力性能的手段。本文针对汽油机的燃烧特点,在研究国内外柴油发动机富氧燃烧技术发展现状及趋势的基础上,提出汽油发动机富氧燃烧技术及燃烧过程中氧元素的作用机理,从燃烧火焰传播速度出发建立汽油发动机富氧燃烧火焰湍流传播模型,在理论分析的基础上进行汽油发动机富氧燃烧试验,对富氧燃烧模型及氧作用机理加以验证。(1)从进入发动机气缸助燃的空气入手,提出汽油发动机富氧燃烧技术及氧元素作用机理,从氧致因机理出发,研究发动机在不同组分空气助燃状态下的燃烧特征及排放特征,寻求改善发动机燃烧性能、提高输出动力能力的措施。(2)从燃烧火焰传播速度出发,提出富氧火焰湍流传播模型,把进入气缸助燃的空气中氧气的浓度作为主要因素之一,来反映汽油燃烧的速率和燃烧火焰的传播特征,体现汽油燃烧中氧的作用机理,并对氧气浓度对发动机燃烧特性的影响加以研究。(3)针对试验用Honda G200型单缸化油器式发动机,建立燃烧过程的半物理仿真模型,包括准维诊断模型、预测模型、工质物性参数计算子模型、燃烧室壁面传热计算模型等,对不同工况下发动机的燃烧特征进行预测。(4)根据燃烧化学平衡原理,对富氧燃烧状态下汽油燃烧过程的空燃比、混合气热值、理论燃烧温度及燃烧生成物进行理论分析计算。应用汽油机工作特性计算原理,对富氧空气中氧气浓度对发动机的燃烧特性、动力特性及排放特性进行理论分析。(5)利用三坐标测量仪对Honda G200型单缸化油器式发动机燃烧室结构进行测量,利用节点积分法建立燃烧室几何模型,确定边界条件,获得汽油燃烧过程中火焰传播特征,用于燃烧模型的分析计算。(6)在Honda G200型单缸化油器式发动机上进行富氧燃烧试验,研究富氧助燃下发动机的动力性能、燃烧性能及排放性能。同时利用气缸压力参数,分析发动机燃烧过程中的循环变动,考察燃烧过程的稳定性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 论文研究的背景及意义
• 1.2 汽油机研究发展的新动向
• 1.2.1 降低汽油机油耗和排放的必要性
• 1.2.2 汽油机发展的新技术
• 1.3 论文研究的理论基础
• 1.3.1 发动机燃烧过程
• 1.3.2 富氧燃烧技术的节能和环保效应
• 1.4 国内外相关行业研究现状和发展趋势
• 1.4.1 国外相关行业研究现状及发展趋势
• 1.4.2 国内相关行业研究现状及发展趋势
• 1.5 论文研究的主要内容
• 1.5.1 氧元素作用机理分析
• 1.5.2 富氧燃烧理论分析
• 1.5.3 富氧燃烧技术及理论验证研究
• 1.6 研究方法及技术路线
• 1.6.1 研究方法
• 1.6.2 技术路线
• 2 汽油机燃烧模型
• 2.1 概述
• 2.1.1 燃烧模型的选择
• 2.1.2 汽油机燃烧过程的试验研究
• 2.2 准维模型概述
• 2.3 准维诊断模型
• 2.3.1 控制方程
• 2.3.2 诊断模型的建立
• 2.3.3 工质物性参数计算
• 2.3.4 传热计算子模型
• W'>2.3.5 壁面平均温度T_W
• 2.4 准维预测模型
• 2.4.1 准维预测模型及其控制微分方程
• 2.4.2 富氧火焰湍流传播模型
• 2.4.3 初始条件与边界条件
• 2.4.4 数值计算程序框图
• 2.5 本章小结
• 3 富氧燃烧理论研究
• 3.1 汽油机燃烧过程
• 3.2 汽油机燃烧反应热及工质物性参数
• 3.2.1 燃烧反应方程式
• 3.2.2 燃用空气量
• 3.2.3 燃烧产物的组成
• 3.2.4 燃烧产物量
• 3.2.5 工质的内能与气体常数
• 3.3 汽油燃烧过程中富氧作用机理
• 3.3.1 氧气浓度对空燃比及燃油理论热值的影响
• 3.3.2 氧气浓度对气缸压力等热力学参数的影响
• 3.3.3 氧气浓度对发动机动力性能的影响
• 3.3.4 氧气浓度对发动机排放性能的影响
• 3.4 本章小结
• 4 气缸压力测定及燃烧室几何模型
• 4.1 气缸压力的测定
• 4.2 动态上止点的确定
• 4.3 气缸瞬时工作容积
• 4.4 燃烧室几何模型计算
• 4.4.1 节点的分析与处理
• f、V_b、A_b的几何计算'>4.4.2 A_f、V_b、A_b的几何计算
• 4.4.3 计算过程
• 4.5 本章小结
• 5 富氧燃烧试验研究
• 5.1 试验台架布置
• 5.2 富氧配气装置
• 5.3 试验设备与仪器
• 5.3.1 发动机
• 5.3.2 燃烧分析仪
• 5.3.3 数据的采集、保存及显示
• 5.4 试验方案
• 5.5 试验结果及分析
• 5.5.1 燃烧模型试验研究
• 5.5.2 富氧燃烧对发动机动力性能的影响
• 5.5.3 富氧燃烧对燃油消耗率的影响
• 5.5.4 富氧燃烧对发动机排放特性的影响
• 5.5.5 富氧燃烧对发动机燃烧特性的影响
• 5.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢