gtsuite的汽油机性能(附件)
爆震是汽油机常见的引起发动机损坏的原因，影响汽车的稳定性，但适量的爆震却能一定程度上增强汽车动力性。发动机的许多参数影响爆震的强度和时机，尤以点火提前角、压缩比和混合气浓度等因素最强。由于点火提前角和压缩比的大小对爆震有着正反两方面的作用，对于爆震这类不正常燃烧影响深度大，故被视作研究爆震的主要对象。本论文将以一维模拟软件GT-Power，构建1.6L四缸家用车汽油机工作过程的计算分析模型，计算分析点火提前角、混合气浓度和压缩比对爆震的影响，并作出上述参数对于爆震影响的图表。得出结论当压缩比为9～11.5，点火提前角BTDC为22°左右时，爆震强度能明显降低，当汽油机工作在上述状态，性能亦有显著提升。关键词 汽油机，爆震，GT-Power，性能优化
目 录
1 绪论 1
1.1 研究背景及历史 1
1.1.1 国外研究现状 1
1.1.2 国内研究现状 2
1.2 研究思路 2
1.3 爆震机理及危害 4
1.3.1 爆震机理 4
1.3.2 爆震的危害 4
1.4 本章小结 5
2 汽油机燃烧特性及爆震模型的建立 5
2.1 正常燃烧特性及数值分析 5
2.1.1 压缩过程 7
2.1.2 着火过程 7
2.1.3 火焰扩散过程 9
2.2 爆震模型的建立 11
2.3 本章小结 12
3 汽油机仿真模型的建立 12
3.1 GTSuite简介 12
3.2 仿真模型的建立 13
3.3 爆震模块的嵌入和调试 15
3.3 本章小结 15
4 运行参数对爆震的影响及控制爆震措施 16
4.1 控制参数的分析 16
4.2 压缩比对爆震的影响规律 16
4.3 点火提前角对爆震的影响 19
4.4 爆震的控制措施 21
4.5 本章小结 22
结 论 23
致 谢 24
参 考 资 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072^
料 25
1 绪论
1.1 研究背景及历史
汽车从1867年发明以来，经过各种各样的升级改造，如今已经成为成熟的生产活动产物。进入21世纪，中国成为汽车生产制造大国。作为汽车的核心动力，研发人员对于发动机研究已经趋于完善。家用车的主流发动机—汽油机的性能已经通过历代汽车工作者的努力，热效率达到惊人的48%，喷油器、火花塞、ECU的使用，使得汽油机的性能较以往有巨额提升。但汽油机有一个无法避免的缺陷—爆震，这是一个无论制造工艺水平怎样提高，点火时刻与压缩比如何改进都无法改善的缺陷，因为汽油在缸内的燃烧是无法控制的，汽油经雾化以混合气点燃，火焰及压力的传播是不规则，因此也是无法控制的。
爆震的研究应先归于燃料燃烧范围，只是属于非正常燃烧，爆震的产生往往伴随着发动机震动加剧、机械部件敲击生、引擎动力减弱，还有因此而导致的机械件的损坏。很多发动机设计者往往因爆震问题而夭折，提出的方案如：增高压力、压缩比及汽车引擎工作温度从而提升马力、降低油耗、减少污染，就是因为爆震问题太过突出而受到种种限制。爆震的起源往往和正常燃烧无异，即开始点火和燃烧途径都是正常的，但当到最后一部分混合气时即尾气（End Gas）时，由于混合气受热燃烧后压力变大而压缩了这部分气体，使得体积、温度和压力都发生了变化，导致燃烧的热量未传播到此处时便已自燃，同时以200m/s～300m/s的速度快速向周围波动，若与正常燃烧产生的波流相遇，由于压力波方向相反，便会产生剧烈振动，同时敲击缸体，发出金属撞击声，因此称之为爆震。
轻微的爆震无法被人的感官所察觉，在此我们称它为无感爆震，因此当你能感觉得到引擎爆震所产生的噪音和震动时，这时的爆震情况已经严重得超乎你的想像，我们称它为有感爆震。有感爆震持续一段时间后，将使得活塞、汽缸头、汽门、活塞环等产生严重的损坏。
因此，我们要从产生爆震的源头找起，利用GTPower模拟分析爆震机理，并依次来根据点火提前角和压缩比的变化引起的爆震频率的变化，并分析此时缸内压力、燃油消耗率、排放的CO和NO化物体积分数等因素，得出此时的汽油机性能，最终对汽油机进行优化设计，从而有效防止爆震的产生及其危害。
1.1.1 国外研究现状
国外对爆震研究发展比较早。近十几年对爆震的研究主要在于控制爆震发生频率及优化设计。
早在1935年，Estimation of the Combustion Products from the Cylinder of the Petrol Engine and Its Relation to "Knock"[1]一文中阐述了爆震汽油机缸内燃烧产物的估算及其与爆震的关系，具有极其权威的解释。
1998年，Petros Lappas[2]发表了文章Burn‐rate and knock reduction in the spark ignition engine通过利用当时的爆震模型，结果表明，较短的时间内稍大的压力和温度可以应用到空气燃料而没有爆震，减少SI发动机的燃烧时间能降低气体的爆震倾向。
2005年，Ylva Nilsson[3]等人在发表Detecting Knocking Spark Ignited Engines，介绍了爆震测算的方法，主要是信号处理算法检测爆震，并给出了大概的爆震时间和大小。
2013年，Cheng Wei Zhang和Bing Xiao[4]发表Suppressing Knock of the DualFuel Engine by Injection Timing under Pressure Boundary Conditions，建立了双燃料发动机燃烧机理模型，研究了进气压力边界条件对双燃料发动机可靠性的影响，指出喷油定时可以抑制发动机爆震和提高发动机的可靠性。
目 录
1 绪论 1
1.1 研究背景及历史 1
1.1.1 国外研究现状 1
1.1.2 国内研究现状 2
1.2 研究思路 2
1.3 爆震机理及危害 4
1.3.1 爆震机理 4
1.3.2 爆震的危害 4
1.4 本章小结 5
2 汽油机燃烧特性及爆震模型的建立 5
2.1 正常燃烧特性及数值分析 5
2.1.1 压缩过程 7
2.1.2 着火过程 7
2.1.3 火焰扩散过程 9
2.2 爆震模型的建立 11
2.3 本章小结 12
3 汽油机仿真模型的建立 12
3.1 GTSuite简介 12
3.2 仿真模型的建立 13
3.3 爆震模块的嵌入和调试 15
3.3 本章小结 15
4 运行参数对爆震的影响及控制爆震措施 16
4.1 控制参数的分析 16
4.2 压缩比对爆震的影响规律 16
4.3 点火提前角对爆震的影响 19
4.4 爆震的控制措施 21
4.5 本章小结 22
结 论 23
致 谢 24
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料 25
1 绪论
1.1 研究背景及历史
汽车从1867年发明以来，经过各种各样的升级改造，如今已经成为成熟的生产活动产物。进入21世纪，中国成为汽车生产制造大国。作为汽车的核心动力，研发人员对于发动机研究已经趋于完善。家用车的主流发动机—汽油机的性能已经通过历代汽车工作者的努力，热效率达到惊人的48%，喷油器、火花塞、ECU的使用，使得汽油机的性能较以往有巨额提升。但汽油机有一个无法避免的缺陷—爆震，这是一个无论制造工艺水平怎样提高，点火时刻与压缩比如何改进都无法改善的缺陷，因为汽油在缸内的燃烧是无法控制的，汽油经雾化以混合气点燃，火焰及压力的传播是不规则，因此也是无法控制的。
爆震的研究应先归于燃料燃烧范围，只是属于非正常燃烧，爆震的产生往往伴随着发动机震动加剧、机械部件敲击生、引擎动力减弱，还有因此而导致的机械件的损坏。很多发动机设计者往往因爆震问题而夭折，提出的方案如：增高压力、压缩比及汽车引擎工作温度从而提升马力、降低油耗、减少污染，就是因为爆震问题太过突出而受到种种限制。爆震的起源往往和正常燃烧无异，即开始点火和燃烧途径都是正常的，但当到最后一部分混合气时即尾气（End Gas）时，由于混合气受热燃烧后压力变大而压缩了这部分气体，使得体积、温度和压力都发生了变化，导致燃烧的热量未传播到此处时便已自燃，同时以200m/s～300m/s的速度快速向周围波动，若与正常燃烧产生的波流相遇，由于压力波方向相反，便会产生剧烈振动，同时敲击缸体，发出金属撞击声，因此称之为爆震。
轻微的爆震无法被人的感官所察觉，在此我们称它为无感爆震，因此当你能感觉得到引擎爆震所产生的噪音和震动时，这时的爆震情况已经严重得超乎你的想像，我们称它为有感爆震。有感爆震持续一段时间后，将使得活塞、汽缸头、汽门、活塞环等产生严重的损坏。
因此，我们要从产生爆震的源头找起，利用GTPower模拟分析爆震机理，并依次来根据点火提前角和压缩比的变化引起的爆震频率的变化，并分析此时缸内压力、燃油消耗率、排放的CO和NO化物体积分数等因素，得出此时的汽油机性能，最终对汽油机进行优化设计，从而有效防止爆震的产生及其危害。
1.1.1 国外研究现状
国外对爆震研究发展比较早。近十几年对爆震的研究主要在于控制爆震发生频率及优化设计。
早在1935年，Estimation of the Combustion Products from the Cylinder of the Petrol Engine and Its Relation to "Knock"[1]一文中阐述了爆震汽油机缸内燃烧产物的估算及其与爆震的关系，具有极其权威的解释。
1998年，Petros Lappas[2]发表了文章Burn‐rate and knock reduction in the spark ignition engine通过利用当时的爆震模型，结果表明，较短的时间内稍大的压力和温度可以应用到空气燃料而没有爆震，减少SI发动机的燃烧时间能降低气体的爆震倾向。
2005年，Ylva Nilsson[3]等人在发表Detecting Knocking Spark Ignited Engines，介绍了爆震测算的方法，主要是信号处理算法检测爆震，并给出了大概的爆震时间和大小。
2013年，Cheng Wei Zhang和Bing Xiao[4]发表Suppressing Knock of the DualFuel Engine by Injection Timing under Pressure Boundary Conditions，建立了双燃料发动机燃烧机理模型，研究了进气压力边界条件对双燃料发动机可靠性的影响，指出喷油定时可以抑制发动机爆震和提高发动机的可靠性。
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