PFI汽油機(jī)爆震燃燒特性研究.pdf

1、爆震燃燒是火花點(diǎn)火內(nèi)燃機(jī)一種常見的異常燃燒模式，其本質(zhì)是火花點(diǎn)火形成的火焰在傳播過程中，未燃區(qū)發(fā)生自燃點(diǎn)火。當(dāng)爆震燃燒達(dá)到一定強(qiáng)度時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)即進(jìn)入“爆震”工況并產(chǎn)生“爆震”現(xiàn)象：氣缸內(nèi)存在強(qiáng)烈壓力波動(dòng)，并出現(xiàn)尖銳的敲缸聲以及劇烈的缸體振動(dòng)。當(dāng)工作在“爆震”工況時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒噪聲將會(huì)增強(qiáng)，輸出功率將會(huì)降低；發(fā)動(dòng)機(jī)長期工作在“爆震”工況下，機(jī)體將產(chǎn)生明顯的損傷，因而“爆震”工況是火花點(diǎn)火發(fā)動(dòng)機(jī)工作過程中要盡力避免的工況。
　　爆震燃燒

2、是發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生“爆震”現(xiàn)象的原因，爆震燃燒的發(fā)生又是由于未燃區(qū)可能存在混合氣自燃現(xiàn)象所致；這一過程與流動(dòng)（湍流）和燃料的詳細(xì)氧化過程（化學(xué)反應(yīng)機(jī)理）等有極大的關(guān)聯(lián)。隨著化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)研究與計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展以及CFD的進(jìn)步，采用流體計(jì)算耦合燃料詳細(xì)反應(yīng)機(jī)理成為了研究爆震燃燒現(xiàn)象的有效途徑。
　　本文選取ZS157FMI-3型單缸汽油機(jī)為對象進(jìn)行爆震燃燒研究?；谡n題組前期研究基礎(chǔ)并通過對爆震燃燒試驗(yàn)的分析，構(gòu)建了試驗(yàn)臺(tái)架系統(tǒng)。實(shí)現(xiàn)了點(diǎn)

3、火角度實(shí)時(shí)修改，并基于dsPIC30F6014A型單片機(jī)，設(shè)計(jì)完成了能夠進(jìn)行包括缸壓、爆震傳感器、氧傳感器、進(jìn)氣壓力和溫度、曲軸相位以及0～20mA標(biāo)準(zhǔn)電流信號(hào)和直流電壓信號(hào)等信號(hào)采集和分析功能的數(shù)據(jù)采集卡KCDAC和上位機(jī)分析軟件KCDAA。
　　建立了試驗(yàn)用單缸汽油機(jī)一維工作過程計(jì)算模型，并通過試驗(yàn)對該模型進(jìn)行了標(biāo)定。提出了“基于油耗和空燃比的汽油機(jī)充氣效率測試方法”，通過在試驗(yàn)用汽油機(jī)控制系統(tǒng)中增加空燃比精確控制模塊，實(shí)現(xiàn)了

4、試驗(yàn)發(fā)動(dòng)機(jī)外特性工況的精確充氣效率測量。在基礎(chǔ)上，提出了“三線標(biāo)定法”并對一維工作過程計(jì)算模型進(jìn)行了精確標(biāo)定，使得外特性工況下充氣效率、功率和扭矩試驗(yàn)值和計(jì)算值的最大誤差均在5％以下。
　　基于ECFM-3Z燃燒模型建立了ZS157FMI-3發(fā)動(dòng)機(jī)爆震燃燒過程的三維數(shù)值計(jì)算模型，并對不同點(diǎn)火角度、不同進(jìn)氣壓力以及EGR率下未燃區(qū)的自燃過程進(jìn)行了詳細(xì)分析。結(jié)果表明：未燃區(qū)發(fā)生自燃的位置大致固定，基本在背離火花塞一側(cè)靠近進(jìn)氣門的區(qū)域；

5、未燃區(qū)發(fā)生自燃的過程并非出現(xiàn)在孤立點(diǎn)，而是在一個(gè)大致的區(qū)域；當(dāng)未燃區(qū)產(chǎn)生第一次自燃后，還可能在其它位置發(fā)生新的自燃過程；進(jìn)氣壓力升高后，可能發(fā)生自燃的區(qū)域?qū)U(kuò)大。此外，通過擴(kuò)展經(jīng)典準(zhǔn)維燃燒模型，在其中耦合了描述未燃區(qū)混合氣詳細(xì)反映機(jī)理（TRF半詳細(xì)機(jī)理）的自燃子模型，并實(shí)現(xiàn)了較好的自燃發(fā)生相位預(yù)測。提出了實(shí)用的爆震燃燒量化指標(biāo)，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了爆震燃燒隨點(diǎn)火提前角、進(jìn)氣壓力、進(jìn)氣溫度、空燃比以及EGR等的變化規(guī)律。研究表明：在爆震燃燒