二沖程煤油發(fā)動機(jī)爆震燃燒數(shù)值模擬與試驗(yàn)研究.pdf

1、煤油具有閃點(diǎn)高、不易蒸發(fā)、使用安全性高等特性，作為特殊應(yīng)用條件下的單一化燃料具有很大優(yōu)勢，研究以煤油作為燃料的火花點(diǎn)燃式活塞發(fā)動機(jī)對其特殊應(yīng)用具有重要的意義。煤油與汽油相比，兩者的燃燒特性有很大的不同，煤油的火焰?zhèn)鞑ニ俣容^慢，燃燒過程粗暴，抗爆震性能差。爆震是火花點(diǎn)燃式發(fā)動機(jī)特有的一種非正常燃燒現(xiàn)象，嚴(yán)重的爆震不但會制約著火花點(diǎn)燃式煤油活塞發(fā)動機(jī)的動力性與經(jīng)濟(jì)性的提高，甚至破壞發(fā)動機(jī)機(jī)體。對于火花點(diǎn)燃式發(fā)動機(jī)，點(diǎn)火系統(tǒng)是其重要的組成部分

2、。點(diǎn)火時(shí)刻、點(diǎn)火能量以及雙火花塞異步點(diǎn)火相位是點(diǎn)火系統(tǒng)的關(guān)鍵參數(shù)，會對發(fā)動機(jī)爆震燃燒特性等產(chǎn)生重要影響。目前國內(nèi)外對二沖程煤油發(fā)動機(jī)的爆震燃燒特性，尤其是點(diǎn)火時(shí)刻、點(diǎn)火能量以及雙火花塞異步點(diǎn)火相位等點(diǎn)火系統(tǒng)關(guān)鍵參數(shù)對爆震燃燒特性影響的研究較少，因此研究點(diǎn)火系統(tǒng)關(guān)鍵參數(shù)對二沖程煤油發(fā)動機(jī)爆震燃燒特性的影響具有重要的理論意義與工程實(shí)用價(jià)值。
　　本文以某國防預(yù)研項(xiàng)目為研究背景，主要研究點(diǎn)火時(shí)刻、點(diǎn)火能量以及雙火花塞異步點(diǎn)火相位等點(diǎn)火系

3、統(tǒng)關(guān)鍵參數(shù)對二沖程煤油發(fā)動機(jī)爆震燃燒特性的影響等相關(guān)問題。論文圍繞爆震燃燒數(shù)值模擬、輕微爆震信號特征提取、爆震強(qiáng)度評價(jià)以及爆震燃燒試驗(yàn)研究等問題展開，主要研究內(nèi)容以及創(chuàng)新如下：
　　(1)采用三維CFD數(shù)值模擬方法對火花點(diǎn)燃式二沖程活塞發(fā)動機(jī)燃燒煤油的爆震燃燒特性進(jìn)行了研究。建立了二沖程煤油發(fā)動機(jī)燃燒室模型，利用三維CFD數(shù)值模擬工具計(jì)算了點(diǎn)火系統(tǒng)關(guān)鍵參數(shù)對煤油均勻混合氣溫度、火焰?zhèn)鞑ニ俣?、混合氣燃燒放熱量等的影響。采用Shell

4、爆震模型描述了混合氣的自燃過程，利用反應(yīng)中間產(chǎn)物Q的濃度衡量爆震強(qiáng)度的大小，分析了點(diǎn)火系統(tǒng)關(guān)鍵參數(shù)對二沖程活塞發(fā)動機(jī)爆震強(qiáng)度的影響。
　　(2)提出了基于內(nèi)稟模態(tài)特征能量法的輕微爆震信號特征提取方法，對二沖程煤油發(fā)動機(jī)缸內(nèi)壓力信號以及機(jī)體振動加速度信號進(jìn)行爆震信號特征提取。該方法對二沖程煤油發(fā)動機(jī)信號進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解，得到各階內(nèi)稟模態(tài)函數(shù)，獲取信號能量占主導(dǎo)地位的內(nèi)稟模態(tài)函數(shù)分量，對該分量進(jìn)行功率譜密度分析，得到了電控二沖程煤油發(fā)

5、動機(jī)缸內(nèi)壓力信號的爆震特征頻率與機(jī)體振動加速度信號的爆震檢測頻率。該方法可在較低信噪比下有效地提取發(fā)動機(jī)信號的爆震信號特征頻率，為爆震強(qiáng)度評價(jià)、爆震在線監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)以及爆震燃燒試驗(yàn)等研究打下了重要基礎(chǔ)。
　　(3)提出了基于內(nèi)稟模態(tài)高頻分量積分法的缸內(nèi)壓力信號爆震強(qiáng)度評價(jià)方法以及基于主導(dǎo)內(nèi)稟模態(tài)峰值法的機(jī)體振動加速度信號爆震強(qiáng)度評價(jià)方法，對二沖程煤油發(fā)動機(jī)的爆震強(qiáng)度進(jìn)行了有效評價(jià)?；趦?nèi)稟模態(tài)高頻分量積分法的缸內(nèi)壓力信號爆震強(qiáng)度評

6、價(jià)方法對二沖程煤油發(fā)動機(jī)缸內(nèi)壓力信號進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解，獲取爆震高頻信號分量以及理想燃燒曲線，以理想燃燒曲線峰值對應(yīng)的曲軸轉(zhuǎn)角作為爆震窗口起始點(diǎn)以及參考窗口終點(diǎn)，計(jì)算爆震窗口和參考窗口內(nèi)的高頻分量積分能量比，即為爆震因子，以爆震因子作為爆震強(qiáng)度評價(jià)指標(biāo)，進(jìn)行了缸內(nèi)壓力信號的爆震強(qiáng)度評價(jià)?；谥鲗?dǎo)內(nèi)稟模態(tài)峰值法的機(jī)體振動加速度信號爆震強(qiáng)度評價(jià)方法對二沖程煤油發(fā)動機(jī)的機(jī)體振動加速度信號進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解，得到了爆震檢測頻率范圍內(nèi)的主導(dǎo)內(nèi)稟模態(tài)函

7、數(shù)分量，以主導(dǎo)內(nèi)稟模態(tài)函數(shù)分量峰值作為爆震強(qiáng)度評價(jià)指標(biāo)，進(jìn)行了機(jī)體振動加速度信號的爆震強(qiáng)度評價(jià)。
　　(4)以基于主導(dǎo)內(nèi)稟模態(tài)峰值法的機(jī)體振動加速度信號爆震強(qiáng)度評價(jià)方法為依據(jù)，設(shè)計(jì)并研制了二沖程煤油發(fā)動機(jī)爆震在線監(jiān)測系統(tǒng)，在線監(jiān)測了二沖程煤油發(fā)動機(jī)爆震燃燒試驗(yàn)過程中的發(fā)動機(jī)爆震強(qiáng)度。確定了發(fā)動機(jī)爆震在線監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，對發(fā)動機(jī)爆震在線監(jiān)測系統(tǒng)的硬件系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，完成了發(fā)動機(jī)爆震在線監(jiān)測系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)，包括信號采集模塊、信號處

8、理模塊、爆震判斷模塊以及數(shù)據(jù)存儲模塊等；進(jìn)行了爆震在線監(jiān)測試驗(yàn)，驗(yàn)證了二沖程煤油發(fā)動機(jī)爆震在線監(jiān)測系統(tǒng)的有效性。
　　(5)建立了二沖程煤油發(fā)動機(jī)爆震燃燒試驗(yàn)系統(tǒng)，進(jìn)行了二沖程煤油發(fā)動機(jī)爆震燃燒試驗(yàn)研究。在線改變點(diǎn)火時(shí)刻、點(diǎn)火能量、雙火花塞異步點(diǎn)火相位等點(diǎn)火系統(tǒng)關(guān)鍵參數(shù)，獲取了點(diǎn)火系統(tǒng)關(guān)鍵參數(shù)不同時(shí)的缸內(nèi)壓力信號、缸蓋溫度、排氣溫度等數(shù)據(jù)。利用內(nèi)稟模態(tài)高頻分量積分法進(jìn)行了二沖程煤油發(fā)動機(jī)缸內(nèi)壓力信號的爆震強(qiáng)度評價(jià)，采用爆震因子作為