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1、发动机性能参数分析及优化胡乐明【摘 要】在当今能源短缺的形势下,为了降低发动机对石油的消耗和对环境的污染, 世界各国均在寻求和争论内燃机的代用燃料.文章主要分析了汽油发动机主要工作参数对工作性能的影响,为样机的调试以及改进供给了理论指导,从而削减了试验的盲目性,缩短了试验周期,降低了工作量.【期刊名称】中国高技术企业【年(卷),期】2023(000)009【总页数】3 页(P40-42)【关键词】发动机;性能参数;压缩比;点火提前角;配气相位【作 者】胡乐明【作者单位】江汉石油治理局第四机械厂江深修理效劳部,湖北荆州 434024【正文语种】中 文【中图分类】U467在当今能源短缺的形势下，为
2、了降低发动机对石油的消耗和对环境的污染，世界各国均在寻求和争论内燃机的代用燃料。在醇类燃料中，从原料来源、生产过程以及生产能量消耗等角度来考虑，甲醇作为内燃机代用燃料比乙醇具有更多的优越性。汽油机的良好替代燃料甲醇具有比汽油更高的辛烷值，允许使用更高的压缩比，因此甲醇是一种高效燃料。由于燃料分子中含有质量的氧，可以实现清洁燃烧，因而甲醇还是一种清洁燃料。在油价不断攀升的形势下，甲醇燃料的优势日渐突出，世界各大汽车公司都曾对甲醇的车用技术进展了乐观的争论与开发，提出了不同的方案。我国从 20 世纪 70 年月开头，也对甲醇燃料的应用开展了广泛的争论。汽油发动机的一些构造参数对其性能有较大的影响。
3、甲醇发动机是比较典型的汽油发动机，通过性能计算和结果分析，可对这些参数进展优化，获得较为抱负的发动机性能参数，对汽油发动机的设计和试验有指导作用。下面在整机模型牢靠的根底上，先后转变压缩比、点火提前角、配气相位，通过计算，分析它们对发动机性能的影响，指出存在的问题，并提出相应的改进意见。汽油机是将汽油和空气混合成可燃混合气，然后进入气缸用电火花点燃。四行程汽油机的每个工作循环均经过如下四个行程： 1进气行程。在这个行程中，进气门开启，排气门关闭，气缸与化油器相通，活塞由上止点向下业点移动，活塞上方容积增大，气缸内产生肯定的真空度。可燃混合气被吸人气缸内。活塞行至下止点时，曲轴转过半周，进气门关
4、闭，进气行程完毕。由于进气道的阻力，进气终了时气缸内的气体压力稍低于大气压，约为 0.07 0.09MPa。混合气进入气缸后，与气缸壁、活塞等高温机件接触，并与上一循环的高温剩余废气相混合，所以温度上升到 370400K。2压缩行程。进气行程完毕后，进气门、排气门同时关闭。曲轴连续旋转，活塞由下止点向上止点移动，活塞上方的容积缩小，进入到气缸中的混合气渐渐被压缩， 使其温度、压力上升。活塞到上止点时，压缩行程完毕。压缩终了时，混合气温度约为 600700K，压力一般为 0.61.2MPa。混合气被压缩之后，密度增大，压力和温度快速上升，为燃烧制造了良好条件。 3作功行程。当压缩冲程接近终了时，
5、火花塞发出电火花，点燃可燃混合气。由于混合气快速燃烧膨胀，在极短时间内压力可到达 35MPa，最高温度约为22002800K。高温、高压的燃气推动活塞快速下行，并通过连杆使曲轴旋转而对外作功。在作功行程中，活塞自上止点移至下止点，曲轴转至一周半。随着活塞下移，活塞上方容积增大，燃气温度、压力渐渐降低。作功行程终了时，燃气温度降至13001600K，压力降至 0.30.5kPa。4排气行程。混合气燃烧后成了废气，为了便于下一个工作循环，这些废气应准时排出气缸，所以在作功行程终了时，排气门开启，活塞向上移动，废气便排到大气中。当活塞到达上止点时，排气门关闭、曲轴转至两周，完成一个工作循环。 由于废
6、气受到流淌阻力及燃烧室容积的影响，不行能完全排尽。所以排气终了时， 气缸内废气压力总是高于大气压力，约为 0.1050.115MPa，温度为 900 1200K。留在缸内的废气，称剩余废气，它对下一循环的进气行程是有阻碍的，因此要求排气尽可能干净。综上所述，四行程汽油发动机经过进气、压缩、燃烧作功和排气四个过程，完成一个工作循环。这期间活塞在上、下止点间往复移动了四个行程，相应地曲轴旋转了两周。压缩比是影响发动机性能指标的一个重要构造参数。它表示活塞从下止点移到上止点时气缸内气体的压缩程度。压缩比越大，表示气体被压缩得越厉害，压力和温度上升得越快。高压缩比，可使发动机的循环热效率上升，指示功率
7、增大。但是点燃式发动机受爆燃的限制，承受的压缩比往往偏低。通过模拟计算，获得气体发动机在 n=3800rpm 时，不同压缩比=7、7.5、8、8.5、9、9.5、10、10.5、11 下的工作过程参数和性能数据。从图 1、图 2 可看出，在压缩比由 7 变化到 11 的过程中，发动机的最高燃烧压力和有效功率均呈上升趋势，说明压缩比的提高对改善燃烧有利。并且随着压缩比的提高，发动机的循环热效率增大，如图 3 所示： 由图 4 和 5 可以看出，随着压缩比的不断提高，发动机输出扭矩也不断增大，但是有效燃油消耗率却在不断减小。这说明随着压缩比的上升不仅可以提高甲醇裂解气发动机的动力性能，而且改善了发
8、动机的经济性。结合图 1 和图 6 可以看出，压缩比的提高使发动机的排气温度降低。随着发动机最高燃烧压力的增大，排气温度却不断地降低。这是由于：压缩比的提高使得最高循环压力急剧上升，且热能转化的有用功增加，从而使排气温度降低。压缩比的提高可以改善发动机的热负荷尤其是降低排气门以及阀座处的温度。点火提前角是影响点燃式发动机性能的重要运转因素。点火提前角的大小直接关系到发动机的燃烧过程，从而影响其输出功率、燃料消耗率和燃烧温度。对于发动机每一工况都存在一最正确点火提前角，使发动机功率最大，燃料消耗率最低。合理的点火提前角不仅可以使发动机动力性提高，还可以提高其经济性。当发动机转速肯定时，随着负荷的
9、增加节气门开度增大，单位时间内吸入气缸内的可燃混合气数量增加，压缩行程终了时燃烧室内的温度和压力增高。同时剩余废气在气缸内混合气中所占比例削减，混合气燃烧速度加快，点火提前角应适当减小。反之，发动机负荷减小时，点火提前角应当增大。以下是发动机在标定转速3800rpm时，模拟计算出点火提前角对其性能的影响。由图 7 看出，发动机随着点火提前角的增大，最高燃烧压力不断的提高。通过图 9 可以清楚的看到，在 20CA 左右时，整个曲线消灭功率、扭矩到达最大值，而此时油耗最小。因此， 点火提前角选取 20CA。点火提前角减小，由于其火焰传播速度慢，会造成后燃现象，排气温度上升，从而使有效功率减小，燃料
10、消耗率增大，动力性、经济性变差 如图 8、9 所示。假设增大点火提前角，可以弥补由于燃料火焰传播速度慢所导致热效率下降的趋势，从而改善发动机缸内的燃烧过程，使其功率增加，燃料消耗率降低，动力性得以局部恢复。点火提前角大于 20CA 有效功率减小，燃油消耗率也相应增加如图 9 所示。配气机构是发动机中的重要组成部件之一，它必需依据发动机工作循环及工作挨次的要求，按规律开启和关闭进、排气门，保证正确的配气相位。合理的配气相位是提高功率、降低油耗的一种有效方法，对改善发动机技术状况、节约能源、提高经济效益，有格外重要的现实意义。配气相位对发动机容积效率、排气能量的利用以及扫气均有重要影响，其中对发动
11、机性能影响最大的是进气迟闭角及排气提前角。气门的提前开启和延迟关闭能使气缸在进气时吸入尽可能充分的空气，在排气时使废气尽可能排解干净，以提高发动机的动力性和经济性。对于不同构造形式、转速的发动机来说，配气正时的选择有所不同，但配气正时对整机性能的影响则是有规律可循的。合理的配气正时应满足发动机各项性能指标的要求，一般从以下几个方面进展综合评定： 1良好的充气效率以保证发动机的动力性能。2. 适宜的充气效率特性以适应发动机扭矩特性的需要。3. 较小的换气损失以保证发动机的经济性能。4. 必要的燃烧室扫气作用以保证适当降低高温零件的热负荷，到达牢靠运行等。5. 适宜的排气温度。进展配气相位优选计算
12、的挨次是：先优选与排气系统无关的进气关闭正时，以最大充气效率为目标函数，选定一个进气迟闭角；然后在确定了的进气迟闭角条件下， 以从排气开到关的泵气功最小为主要准则，优选排气提前角。合理的配气相位是提高功率、降低油耗的一种有效方法，对改善发动机技术状况、 节约能源、提高经济效益，有格外重要的现实意义。因此，在 AVLBOOST 环境下集成 ISIGHT 软件，对发动机的进气迟闭角和排气提前角额定转速下 3800rpm 进展了联合设计优化。原机配气相位和优化后的配气相位见表 1：发动机优化前后数值模拟性能参数比照见表 2， 其与优化前的数据比照，优化后模拟计算出来的甲发动机的功率、扭矩比优化前显著
13、提高，而油耗略有降低。承受高压缩比、高挤气面积比的燃烧室，提高了发动机的热效率，也明显提高汽油发动机的经济性和动力性。通过性能计算和结果分析，可对这些参数进展优化，可以获得较为抱负的发动机性能参数，对汽油发动机的设计和试验具有指导作用。【相关文献】1 黄震，张武高，周校平.乘用自然气发动机技术及其应用 J.自然气工业，2023，1.2 王灵敏，宋希庚，薛冬.汽油机工作过程的数值模拟J.小型内燃机与摩托车，2023，305. 3汪洋，王雪雁，蒋宁涛，等.甲醇发动机的性能争论J.燃烧科学与技术，2023，125.4 李艳红.直喷式柴油机的特性推测及参数优化D.镇江：江苏大学，2023.5 李岳林，张雨，万力，等.汽油机多区燃烧模型的建立及应用争论J.内燃机工程，2023，233.