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基于缸内压力波动方程推导的汽油机小型化爆震现象分析
| 论文题名： | 基于缸内压力波动方程推导的汽油机小型化爆震现象分析 |
| 关键词： | 燃烧过程;波动方程;反射系数;汽油机;汽车发动机;小型化爆震 |
| 摘要： | 动力性是汽车发动机的重要指标，随着人们环境保护意识的增强与相关法规对于二氧化碳的排放限值的越来越严格，节能减排成为了汽车工业的重点发展方向。为了达到上述目的，发动机小型化技术，也就是指在保证性能的情况下通过增压等来减小发动机的体积，已成为汽油机发展的重要趋势之一。 然而，增压带来的直接后果便是汽油机爆震，这已成为限制汽油机小型化的最大障碍之一。爆震的形成原因十分复杂，目前尚没有较为统一的结论，主流观点主要有：“末端气体自燃说”和“火焰加速说”，这两种观点都认为爆震发生时由于能量的急剧释放会形成特殊的冲击波。 对于汽油机而言，压力波动是爆震的典型的表现形式，发动机燃烧过程中的压力波动现象和燃烧室的声学特性是有紧密关系的，但是大部分对燃烧压力振荡的研究并没有一个较为直观的公式表述，不能将燃烧时强非稳态的瞬变量与燃烧室内的压力波动之间的关系解释清楚。本文在前期工作的基础上对宏观平均压力和瞬时波动压力进行了推导，探讨了波动方程求解过程中的边界条件：反射系数的表达式及其对压力波动的影响，确认了三层结构反射系数的具体取值范围并结合不同工况讨论了反射系数对于压力波动计算的影响。在此基础上实现了燃烧过程中压力波动现象的数值计算，并与原有波动方程计算结果及试验数据进行了对比分析，证明本方程能够更加准确地用于压力波动现象的模拟。 本文进一步讨论了汽油机小型化过程中一些关键参数对压力波动的影响，分别计算了进气压力、温度、压缩比、点火提前角、转速对平均压力和波动压力的影响。波动部分对参数改变后的响应更为迅速，幅值的变化也更为明显。发现压力在震荡过程中会出现多个共振峰，这将有助于探索燃烧噪声的成因与控制方法。最后，从中选取了两个最为关键的参数：进气压力与压缩比，分别结合EGR讨论其对发动机性能的影响，发现与提高压缩比相比，增压技术对内燃机性能的改善更为合适。在此基础上将三个参数综合讨论以分析其对汽油机小型化过程中功率提升与抑制爆震的协同作用。针对本文模拟的机型研究了压缩比、增压和EGR率等的匹配关系，适当的EGR率与汽油机小型化技术相结合应用能够同时起到提升发动机性能与抑制波动压力的效果。 |
| 作者： | 史宁 |
| 专业： | 动力工程 |
| 导师： | 卫海桥 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 天津大学 |
| 学位年度： | 2011 |
| 正文语种： | 中文 |
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