【導(dǎo)讀】?jī)?nèi)燃機(jī)的誕生已有一百多年的歷史。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期不斷的改進(jìn)和提高，內(nèi)燃機(jī)已。經(jīng)成為一種比較成熟、完善的動(dòng)力機(jī)械。由于它的熱效率較高、適應(yīng)性好、結(jié)構(gòu)。為了節(jié)約能源，應(yīng)對(duì)全球性的石油危機(jī)，內(nèi)燃機(jī)經(jīng)濟(jì)性能的提高和新。燃料的應(yīng)用研究日益受到重視。為了保護(hù)環(huán)境，降低大氣污染，對(duì)內(nèi)燃機(jī)有害排。燃燒過(guò)程對(duì)內(nèi)燃機(jī)性能影響的重要性是眾所周知的。心環(huán)節(jié)，它與內(nèi)燃機(jī)的基本運(yùn)行參數(shù)，如功率、效率和排放等直接關(guān)聯(lián)。給研究燃燒過(guò)程帶來(lái)了很大的局限性[1,2]。的數(shù)學(xué)計(jì)算模型，進(jìn)行缸內(nèi)過(guò)程的三維數(shù)值模擬成為可能[3]。利用數(shù)值模擬，借助?；谶@種情況，本文對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)工作過(guò)程作接近實(shí)際的。而實(shí)現(xiàn)對(duì)各種燃燒現(xiàn)象進(jìn)行準(zhǔn)確的分析和預(yù)測(cè)。內(nèi)燃機(jī)燃燒數(shù)值模擬方法已成為內(nèi)。值模擬計(jì)算提供了條件，促進(jìn)了數(shù)值模擬內(nèi)燃機(jī)瞬時(shí)工作過(guò)程的蓬勃發(fā)展[10]。速、負(fù)荷等時(shí)，計(jì)算發(fā)動(dòng)機(jī)各種性能的相應(yīng)變化。內(nèi)燃機(jī)氣缸內(nèi)的氣體流動(dòng)均屬湍流流動(dòng)。實(shí)驗(yàn)表明，混合氣在很寬范圍內(nèi)，F(xiàn)SR與Re的關(guān)系如圖。

　　

【正文】 ]P o w e r E n g in e 1 [ W ] 圖 壓縮比對(duì)功率的影響 由圖 、 可以看出，隨著壓縮比的不斷提高，發(fā)動(dòng)機(jī)輸出扭矩也不斷增 大，但是有效燃油消耗率卻在不斷的減小。這表明隨著壓縮比的升高不僅可以提高汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性能，而且改善了發(fā)動(dòng)機(jī)的經(jīng)濟(jì)性。 中北大學(xué) 2021 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 第 34 頁(yè) 共 45 頁(yè) La y e r_ 1145150155160165170175180Torque[N.m]7 . 5 8 8 . 5 9 9 . 5 10 1 0 . 5 11co m p [ ]T o r q u e E n g in e 1 [ N . m ] 圖 壓縮比對(duì)扭矩的影響 La y e r_ 18 . 2 e 0 0 88 . 4 e 0 0 88 . 6 e 0 0 88 . 8 e 0 0 89 e 0 0 89 . 2 e 0 0 89 . 4 e 0 0 89 . 6 e 0 0 89 . 8 e 0 0 81 e 0 0 7BSFC[kg/(W.s)]7 . 5 8 8 . 5 9 9 . 5 10 1 0 . 5 11co m p [ ]B S F C E n g in e 1 [ k g / ( W . s ) ] 圖 壓縮比對(duì)燃油消耗率的影響 La y e r_ 1255525602565257025752580Peak Cylinder Temperature[K]7 . 5 8 8 . 5 9 9 . 5 10 1 0 . 5 11co m p [ ]P e a k C y lin d e r T e m p e r a t u r e C y lin d e r 1 [ K ] 圖 壓縮比對(duì)缸內(nèi)溫度的影響 結(jié)合圖 、 可以看出，壓縮比的提高使發(fā)動(dòng)機(jī)的缸內(nèi)壁溫度降低 。這是由于：壓縮比的提高，使得最高循環(huán)壓力急劇升高，且熱能轉(zhuǎn)化的有用功增加，從而使排氣溫度降低，排氣溫度低，使壁面溫度降低。所以壓縮比的提高可以改善發(fā)動(dòng)機(jī)的熱負(fù)荷尤其是降低排氣門(mén)以及閥座處的溫度。 綜合上述分析，壓縮比宜取較大值，但是最高燃燒壓力會(huì)隨之增大，當(dāng)最大壓力超過(guò)一定值時(shí)，不僅導(dǎo)致燃燒室部件機(jī)械負(fù)荷嚴(yán)重，還會(huì)造成爆燃的發(fā)生 ，因此壓縮比不應(yīng)取太大。仍然取原來(lái)的壓縮比。 中北大學(xué) 2021 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 第 35 頁(yè) 共 45 頁(yè) 點(diǎn)火提前角對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)性能的影響 點(diǎn)火提前角是影響點(diǎn)燃式發(fā)動(dòng)機(jī)性能的重要運(yùn)轉(zhuǎn)因素。點(diǎn)火提前角的大小直接關(guān)系到發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒過(guò) 程，從而影響其輸出功率、燃料消耗率和燃燒溫度。對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)每一工況都存在一最佳點(diǎn)火提前角，使發(fā)動(dòng)機(jī)功率最大，燃料消耗率最低。合理的點(diǎn)火提前角不僅可以使發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性提高，還可以提高其經(jīng)濟(jì)性。 當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速一定時(shí)，隨著負(fù)荷的增加節(jié)氣門(mén)開(kāi)度增大，單位時(shí)間內(nèi)吸入氣缸內(nèi)的可燃混合氣數(shù)量增加，壓縮行程終了時(shí)燃燒室內(nèi)的溫度和壓力增高。同時(shí)殘余廢氣在氣缸內(nèi)混合氣中所占比例減少，混合氣燃燒速度加快，點(diǎn)火提前角應(yīng)適當(dāng)減小。反之，發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷減小時(shí)，點(diǎn)火提前角應(yīng)當(dāng)增大。 以下是 發(fā)動(dòng)機(jī)在標(biāo)定轉(zhuǎn)速 (3800r／ min)時(shí)，模擬計(jì)算出點(diǎn)火 提前角對(duì)其性能的影響。 由圖 看出， 發(fā)動(dòng)機(jī)隨著點(diǎn)火提前角的增大，最高燃燒壓力不斷的提高。 Lay e r_14 e + 0 0 64 . 5 e + 0 0 65 e + 0 0 65 . 5 e + 0 0 66 e + 0 0 66 . 5 e + 0 0 67 e + 0 0 67 . 5 e + 0 0 68 e + 0 0 6Peak Cylinder Pressure[Pa] 4 0 3 5 3 0 2 5 2 0 1 5 1 0st a r t o f C o m b u st i o n [ d e g ]P e a k C y lin d e r P r e s s u r e E n g in e 1 [ P a ] 圖 點(diǎn)火提前角對(duì)最大壓力的影響 點(diǎn)火提 前 角減小，由于其火焰?zhèn)鞑ニ俣嚷?，?huì)造成后燃現(xiàn)象，排氣溫度升高，從而使有效功率減小，燃料消耗率增大，動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性變差 (如圖 、 、 、 所示 )。 若增大點(diǎn)火提前角，可以彌補(bǔ)由于燃料火焰?zhèn)鞑ニ俣嚷鶎?dǎo)致熱效率下降的趨勢(shì)，從而改善發(fā)動(dòng)機(jī)缸內(nèi)的燃燒過(guò)程，使其功率增加，燃料消耗率降低，動(dòng)力性得以部分恢復(fù)。 由圖 可以看出，點(diǎn)火提前角大于 20186。CA 時(shí)，反而 引起壓縮負(fù)功增加，使有效功率減小，燃油消耗率也相應(yīng)增加 (如圖 所示 )。 中北大學(xué) 2021 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 第 36 頁(yè) 共 45 頁(yè) La y e r_ 125002550260026502700275028002850Peak Cylinder Temperature[K] 4 0 3 5 3 0 2 5 2 0 1 5 1 0st a r t o f C o m b u st i o n [ d e g ]P e a k C y lin d e r T e m p e r a t u r e C y lin d e r 1 [ K ] 圖 點(diǎn)火提前角對(duì)缸內(nèi)溫度的影響 La y e r_ 15700058000590006000061000620216300064000650006600067000Power[W] 4 0 3 5 3 0 2 5 2 0 1 5 1 0st a r t o f C o m b u st i o n [ d e g ]P o w e r E n g in e 1 [ W ] 圖 點(diǎn)火提前角對(duì)功率的影響 La y e r_ 1140145150155160165170Torque[N.m] 4 0 3 5 3 0 2 5 2 0 1 5 1 0st a r t o f C o m b u st i o n [ d e g ]T o r q u e E n g in e 1 [ N . m ] 圖 點(diǎn)火提前角對(duì)扭矩的影響 La y e r_ 18 . 6 e 0 0 88 . 8 e 0 0 89 e 0 0 89 . 2 e 0 0 89 . 4 e 0 0 89 . 6 e 0 0 89 . 8 e 0 0 81 e 0 0 71 . 0 2 e 0 0 7BSFC[kg/(W.s)] 4 0 3 5 3 0 2 5 2 0 1 5 1 0st a r t o f C o m b u st i o n [ d e g ]B S F C E n g in e 1 [ k g / ( W . s ) ] 圖 點(diǎn)火提前角對(duì)燃油消耗率的影響 通過(guò)圖 、圖 、圖 可以清楚的看到，在 20186。CA 左右 ，整個(gè)曲線 中北大學(xué) 2021 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 第 37 頁(yè) 共 45 頁(yè) 出現(xiàn)功率、扭矩達(dá)到最大值，而此時(shí)油耗最小。因此，點(diǎn)火提前角選取 20186。CA。 配氣相位對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)性能的影響 配氣機(jī)構(gòu)是發(fā)動(dòng)機(jī)中的重要組成部件之一，它必須根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)工作循環(huán)及工作順序的要求，按 規(guī)律開(kāi)啟和關(guān)閉進(jìn)、排氣門(mén)，保證正確的配氣相位。合理的配氣相位是提高功率、降低油耗的一種有效方法，對(duì)改善發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)狀況、節(jié)約能源、提高經(jīng)濟(jì)效益，有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。配氣相位對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)容積效率、排氣能量的利用以及掃氣均有重要影響，其中對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)性能影響最大的是進(jìn)氣遲閉角及排氣提前角。氣門(mén)的提前開(kāi)啟和延遲關(guān)閉能使氣缸在進(jìn)氣時(shí)吸入盡可能充足的空氣，在排氣時(shí)使廢氣盡可能排除干凈，以提高發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性。 對(duì)于不同結(jié)構(gòu)形式、轉(zhuǎn)速的發(fā)動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō)，配氣正時(shí)的選擇有所不同，但配氣正時(shí)對(duì)整機(jī)性能的影響則是有規(guī)律可循的。合理的 配氣正時(shí)應(yīng)滿足發(fā)動(dòng)機(jī)各項(xiàng)性能指標(biāo)的要求，一般從以下幾個(gè)方面進(jìn)行綜合評(píng)定： (1)良好的充氣效率以保證發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性能； (2)合適的充氣效率特性以適應(yīng)發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩特性的需要； (3)較小的換氣損失以保證發(fā)動(dòng)機(jī)的經(jīng)濟(jì)性能； (4)必要的燃燒室掃氣作用以保證適當(dāng)降低高溫零件的熱負(fù)荷，達(dá)到可靠運(yùn)行等； (5)合適的排氣溫度。 本節(jié)主要對(duì) 進(jìn)氣提前角和排氣遲閉角進(jìn)行研究。 進(jìn)氣 提前 角對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)性能的影響 進(jìn)氣門(mén)早開(kāi)的目的是為了在近期開(kāi)始時(shí) 進(jìn)氣門(mén)能有較大的開(kāi)度或較大的進(jìn)氣通過(guò)斷面，以減小進(jìn)氣阻力，使進(jìn)氣通暢。若 進(jìn)氣門(mén)開(kāi)的過(guò)小，新鮮充量少，影響燃燒過(guò)程，不能充分燃燒。若進(jìn)氣門(mén)開(kāi)的過(guò)大，廢氣可能流入進(jìn)氣歧管，使進(jìn)氣量減少。 因此選擇合理的進(jìn)氣 提前 角非常的重要。 通過(guò)計(jì)算，獲得了進(jìn)氣遲閉角分別為 15176。 CA、 20176。 CA、 25176。 CA、 30176。 CA、35176。 CA、 40176。 CA、 45176。 CA、 50176。 CA、 55176。 CA 時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī) 的一些性能參數(shù)。 進(jìn)氣提前角模擬實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表 。所得的曲線 如圖 、 、 、 所示。 中北大學(xué) 2021 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 第 38 頁(yè) 共 45 頁(yè) 表 進(jìn)氣 提前 角模擬實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù) 進(jìn)氣提前角（186。 CA） 功率（ W） 燃油消耗率（ Kg/W s） 最高燃燒 壓力（ Pa） 扭矩（ N m） 15176。 +06 20176。 +06 25176。 +06 30176。 +06 35176。 +06 40176。 +06 45176。 +06 50176。 57071 +06 55176。 +06 01000020210300004000050000600007000015 176。 20 176。 25 176。 30 176。 35 176。 40 176。 45 176。 50 176。 55 176。進(jìn)氣提前角 CA功率 W 圖 進(jìn)氣 提前 角對(duì)功率的影響 02040608010012014016018015 176。 20 176。 25 176。 30 176。 35 176。 40 176。 45 176。 50 176。 55 176。進(jìn)氣提前角 CA扭矩 （N.m） 圖 進(jìn)氣 提前 角對(duì) 扭矩 的影響 中北大學(xué) 2021 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 第 39 頁(yè) 共 45 頁(yè) +0015 176。 20 176。 25 176。 30 176。 35 176。 40 176。 45 176。 50 176。 55 176。進(jìn)氣提前角 CA燃油消耗率 （Kg/W.s） 圖 進(jìn)氣 提前 角對(duì)燃油消耗率的影響 +06+06+06+06+06+06+06+06+06+06+0615 176。 20 176。 25 176。 30 176。 35 176。 40 176。 45 176。 50 176。 55 176。進(jìn)氣提前角 CA最高燃燒壓力（Pa） 圖 進(jìn)氣 提前 角對(duì)最高燃燒壓力的影響 綜合圖 — ，發(fā)動(dòng)機(jī)隨著進(jìn)氣 提前 角的增大，功率、扭矩、最高燃燒壓力先增大然后減?。ǜ鶕?jù)模擬計(jì) 算數(shù)據(jù)在 25176。 CA 左右存在最大值），而油耗是先減小后增大。 排氣 遲后 角對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)性能的影響 排氣門(mén) 在排氣行程結(jié)束之后，即在排氣行程上止點(diǎn)之后關(guān)閉，謂之排氣門(mén)晚關(guān)。從上止點(diǎn)到排氣門(mén)關(guān)閉曲軸轉(zhuǎn)過(guò)的角度稱為排氣遲后角。排氣門(mén)晚關(guān)則是為了利用廢氣流動(dòng)的慣性，在排氣遲后角內(nèi)繼續(xù)排氣，以減少缸內(nèi)的殘余廢氣量。 它一方面可以避免因排氣流動(dòng)截面積過(guò)早減小而造成的排氣阻力的增加，使活塞強(qiáng)制排氣所消耗的推出功與缸內(nèi)的殘余廢氣量增加；另一方面 還可以利用排氣管內(nèi)氣體流動(dòng) 的慣性從氣缸內(nèi)抽吸一部分廢氣，實(shí)現(xiàn)過(guò)后排氣。 因此，最 佳排氣 遲后角 的選取也是很重要的。 在保持進(jìn)氣遲閉角為 25176。 CA，其它配氣相位角不變的情況下，分別選取排氣中北大學(xué) 2021 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 第 40 頁(yè) 共 45 頁(yè) 提前角為： 20176。 CA、 25176。 CA、 30176。 CA、 35176。 CA、 40176。 CA、 45176。 CA，通過(guò)模擬計(jì)算，獲得一系列性能參數(shù)值。如圖 、 、 、 所示。 表 排氣