點燃式自由活塞發(fā)動機燃燒過程的仿真與優(yōu)化研究.pdf

1、天津大學(xué)碩士學(xué)位論文點燃式自由活塞發(fā)動機燃燒過程的仿真與點燃式自由活塞發(fā)動機燃燒過程的仿真與優(yōu)化優(yōu)化研究研究TheSimulationStudyOptimalResearchoftheCombustionProgressinanSparkIgnitionFreePistonEngine學(xué)科專業(yè)：動力機械及工程研究生：李冀輝指導(dǎo)教師：汪洋教授天津大學(xué)機械工程學(xué)院2016年12月I中文摘要點燃式發(fā)動機具有燃燒相位直接可控，燃燒過程無碳煙排放

2、，有害排放物后處理方便，震動噪聲小的優(yōu)點。但是受爆震現(xiàn)象的限制，發(fā)動機的圧縮比和適用缸徑都難以提高，SI發(fā)動機的熱效率問題，一直是內(nèi)燃機領(lǐng)域的難題。本文利用三維仿真軟件對火花點燃式液壓自由活塞發(fā)動機中的燃燒過程和爆震現(xiàn)象進行了研究，以探索提升SI燃燒過程壓縮比，提高熱功轉(zhuǎn)化效率的新途徑。建立了適用于點燃式自由活塞發(fā)動機燃燒與爆震過程仿真的三維仿真模型，研究了不同活塞運動規(guī)律對發(fā)動機的燃燒與爆震過程的影響，結(jié)果表明：當(dāng)壓縮比過高時，在靠近

3、缸壁的末端混合氣區(qū)發(fā)生自燃現(xiàn)象，引起發(fā)動機爆震。采用快速活塞運動規(guī)律，可以減小點燃式液壓自由活塞發(fā)動機的爆震傾向和爆震強度，但是會降低發(fā)動機的最高指示熱效率。仿真研究了多火花塞點火對發(fā)動機燃燒過程的影響，結(jié)果表明：多火花塞點火可以加快燃料的放熱速度，提升燃燒等容度，減小發(fā)動機的散熱損失，提高發(fā)動機的指示熱效率。受爆震限制，多火花塞點火會使發(fā)動機可用點火提前相位減小，但是當(dāng)以CA50的爆震極限點火相位來衡量爆震傾向時，單火花塞點火與多點火

4、花塞火效果相同。研究了不同燃燒室結(jié)構(gòu)對發(fā)動機燃燒過程的影響，結(jié)果表明：隨著火焰首次觸壁時間的增大，放熱率峰值增大；采用大口徑球形燃燒室，可以獲得較小的面容比，避免高溫區(qū)過早接觸活塞壁面，有利于減小燃燒過程中的散熱損失。最終優(yōu)化后的半球形燃燒室提升了發(fā)動機的指示熱效率。綜合本文的研究結(jié)果，得出了提高SI自由活塞發(fā)動機熱功轉(zhuǎn)化效率的新途徑：采用了快速活塞運動規(guī)律提高極限壓縮比，采用多火花塞點火提高放熱速率，采用半球形燃燒室進一步縮短燃燒持續(xù)