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可变压缩比技术对汽油机性能的影响
作 者: 林承伯
导 师: 刘敬平
学 校: 湖南大学
专 业: 动力机械及工程
关键词: 可变压缩比 膨胀比 汽油机 爆震 泵气损失
分类号: TK411
类 型: 硕士论文
年 份: 2014年
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内容摘要
作为汽油机关键参数之一的压缩比,对热能利用效率的提升具有很大意义。传统汽油机选择压缩比时以种种条件为限折中选出定值,难以发挥整机潜力。可变压缩比技术能够解决该限制,有效提升汽油机动力性及燃油经济性。本文研究了一种能够实现可变压缩比技术的连杆轴颈偏心套机构。文中分析了该机构的机械运动及相应的活塞运动规律,阐述了压缩比、各冲程长度与机构关键参数之间的变化关系。结果表明,当偏心起始角从0°变化至90°时,压缩比单调递减,膨胀比大于压缩比,做功过程气体膨胀更充分,可以得到更多的有效功,是该机构最具使用价值的工作区间。以GT-POWER计算软件为平台,文中搭建了一台1.6L自然吸气汽油机的仿真数模,并以试验实测数据进行校准,对不同压缩比状态下汽油机的性能进行计算。分析可知热效率、缸内最高温度、最高爆发压力随着压缩比的提升而提升,中小负荷工况表现尤其明显;由于气体的充分膨胀,缸内的温度也得到了适当的下降;比油耗则得到了良好的改善,以典型工况转速3000r/min为例,压缩比提升至13.2时,膨胀比为13.9,比油耗改善8%左右,热效率可提高4个百分点。此外,压缩比变化过程中,冲程的变化会给汽油机的进排气过程带来影响,使得泵气损失在中小负荷区有明显改善,但在大负荷区时有所恶化。压缩比提高时,爆震问题非常关键。文中以自燃理论为指导设计了一种爆震模型,使用爆震指数对爆震尺度进行预测。结果表明,随着发动机负荷、压缩比增大,爆震倾向逐渐增大;随着转速增加爆震倾向有所减小;相对高转速工况而言,低转速工况随负荷增大爆震倾向上升更快;而因为气体的过度膨胀,缸内未燃区温度有所下降,抑制了表面点火对爆震倾向的促进作用。以汽油机外特性爆震水平作为限制,文中对汽油机每个工况适用的最大压缩比进行了标定,在转速为2000r/min~3000r/min的中低负荷区域,该机构能够改善汽油机5%~10%的比油耗,而普遍区域都可达到4%~7%的水平,由此可见可变压缩比技术具有不错的前景。
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全文目录
摘要 5-6 Abstract 6-8 目录 8-10 插图索引 10-12 附表索引 12-13 第1章 绪论 13-20 1.1 选题背景及意义 13-16 1.2 国内外研究现状 16-18 1.3 论文研究的主要目的和内容 18-19 1.3.1 研究主要目的 19 1.3.2 研究主要内容 19 1.4 本章小结 19-20 第2章 VCR 机构简介与运动学分析 20-31 2.1 运动机构简介 20-24 2.2 机构运动规律 24-29 2.3 本章小结 29-31 第3章 性能仿真与分析 31-50 3.1 模型建立与校准 31-37 3.2 VCR 对汽油机性能的影响 37-48 3.2.1 汽油机的热力学分析 37-43 3.2.2 VCR 对泵气损失的影响 43-48 3.3 本章小结 48-50 第4章 爆震分析与控制 50-59 4.1 爆震理论基础及爆震预测模型 50-53 4.2 爆震限制方法及仿真分析 53-58 4.3 本章小结 58-59 展望和总结 59-62 全文总结 59-60 展望 60-62 参考文献 62-67 附录 A 攻读硕士学位期间发表的论文和获得成果 67-68 致谢 68
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中图分类: > 工业技术 > 能源与动力工程 > 内燃机 > 汽油机 > 理论
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