462汽油機形狀因子m值對燃燒過程影響

山西中北大學機械與動力工程學院 趙世峰 董小瑞 王艷華 吉文博

1 引言

隨著現代工業的發展，汽車已經成為人們生產生活不可或缺的工具，但是隨之而來的是全球能源危機和環境污染的日益加劇[1]。發動機作為汽車的心臟，是汽車動力的主要來源，同時也是造成環境問題的重要組成部分，因此有必要對發動機進行深入研究，在追求動力性的同時達到節能減排的效果[2-3]。

2 462汽油機BOOST模型的建立

2.1 發動機相關參數

表1 發動機主要參數

2.2 BOOST發動機模型的建立

圖1 BOOST模型圖

圖1 為建立的BOOST模型圖，其中參數選擇中，Species Transport選擇的是Classic，而不是General。而發動機轉速是指曲軸轉速，本文是穩態模擬，故發動機轉速設置為定值。計算模式有兩種：Single calculation和Animation。前者用于發動機單一運行點的計算，后者為循環計算提供用BOOST后處理器制作的結果動畫展示的一種特殊輸出方式。氣體性質有可變的、混合不變的、不變的三種。本次采用可變氣體性質，這意味著系統任意位置氣體性質取決于真實氣體組分、真實壓力和真實溫度。

3 仿真結果分析

Vibe函數的形狀參數m值主要決定該函數形狀，通過對測得的放熱曲線用最小二乘法得到形狀參數，反映了燃燒過程中有效活化中心相對密度隨時間而變化的特性參數，它可以確定燃燒過程進展的性質，所以稱為燃燒品質指數；同時在燃燒速度曲線dx/dφ上，形狀參數m值的變化描繪出燃燒速度曲線形狀的變化，所以又稱為形狀參數或形狀系數。

下面是本文用數值模擬的方法，對形狀參數m值做了更深入的研究。

圖2 燃燒過程形狀參數m對最大壓力升高率的影響

從圖2可以看出，形狀參數m值和最大壓力升高率呈負相關。形狀參數m 值增大，則其初期放熱量減小，壓力升高率減小，燃燒柔和；若形狀參數m 值減小，則初期放熱量較多，壓力升高率較大，工作粗暴。

下面三張圖表說明了形狀參數m值對燃燒放熱率的影響：

圖3 m=1.4時的燃燒放熱率

圖4 m=1.5時的燃燒放熱率

圖5 m=1.6時的燃燒放熱率

將圖3、4、5對比可以發現，形狀參數m值并不改變燃燒始點、燃燒持續時期，只是影響燃燒放熱率曲線的形狀，m值越大，最大放熱率點、燃燒中心離壓縮上止點越遠，初期放熱率也越慢。

4 總結

本文基于AVL公司的BOOST軟件對462汽油機的燃燒過程進行了研究，建立了零維燃燒模型，并對形狀參數m值進行數值模擬，運行得到的結果比較符合理論預測，所以建立的模型和實際燃燒過程匹配較好。

[1]鐘春敏.內燃機燃燒過程數學模擬的研究現狀及其發展[J].武漢：湖北大學學報，2004（6）:P1～4.

[2]李岳林,袁翔,曾昭茂,徐小林.汽油機燃燒過程的數值模擬[J].長沙：長沙交通大學學報,1999(3).P54～55.

[3]李岳林,張雨,萬力,沈文,郭曉汾.汽油機多區燃燒模型的建立及應用研究[J].內燃機工程，2002(3):P64～70.