压缩比对汽油发动机的性能影响分析(附件)
随着石油资源的日益枯竭，加上地缘政治的双重影响，国际油价持续上涨。又随着汽车尾气排放造成的环境污染日趋严重。这些都对汽车行业面临挑战。现在非常需要发展有的良好的燃油经济性能和排放性能的汽车。压缩比是在汽油发动机的各个参数中处于核心地位，对汽油发动机各大性能的提升具有很大意义。一般一台汽油发动机的压缩比的越大，汽油发动机则会有更高最高爆发压力，更高的最高爆发压力的升高率，和更高的发动机的扭矩，功率，更低的泵气损失。所以发动机的动力性越好。随着压缩比的提高，汽油发动机的燃料进气缸总量降低，汽油发动机燃烧效率，热效率提高，所以发动机的燃油经济性提高。但随着压缩比的提高，HC浓度会升高，所以发动机的排放性能一定程度会变差。本课题应用GT-POWER软件，通过改变压缩比，进行发动机仿真模型的模拟数值计算，分析压缩比的变化对发动机各性能的影响。通过分析表明，压缩比对发动机扭矩，功率，泵气损失，最高温度，最高爆发压力，热效率，CO浓度影响较大。随着压缩比的提高，发动机的扭矩，功率，发动机的最高温度，最高爆发压力，热效率都会提高，发动机的泵气损失，CO浓度会降低。可见，随着发动机压缩比的提高，发动机的动力性，燃油经济性都会提高，发动机的排放性能却会下降。关键词 压缩比 GT-power 发动机性能
目 录
目录 1
1 引言 2
1.1 课题的研究背景及意义 2
1.2 国内外研究状况 3
1.3 本文的主要工作内容 5
2 单缸发动机仿真模型 5
2.1 发动机工作过程的仿真与分析 6
2.2 模拟计算基本假设 6
2.3 缸内热力计算基本方程 7
3 压缩比对汽油发动机性能的影响 8
3.1 压缩比对汽油发动机动力性的影响 8
3.2 压缩比对汽油发动机燃油经济性能的影响 13
3.3 压缩比对汽油发动机排放性能的影响 15
结论 17
致谢 18
1 引言
1.1 课题的研究背景及意义
从2000年到现在，随着科学技术的进步，全球汽车行业高速发展。我国汽车工业同时也取得了不错的发展。2016年，中国汽车企业生产汽 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072^
车数量和汽车销售数量快速上升，再次突破2015年创下的历史记录。2016年，我国汽车企业生产了2811.9万辆汽车和销售了2802.8万辆汽车，比2015年多生产352万辆，比2015年多销售了350多万辆。到了2017年，我国汽车产销量继续保持在2888万辆的水平，再次突破2016年创下的记录，继续保持了自2011年创下的汽车产销世界第一地位。但中国仍然是一个发展中国家，汽车市场才刚刚起步，我国平均每人拥有0.14辆汽车，和美国的平均每人拥有0.797辆汽车有很大距离，也不及日本平均每人拥有0.591辆汽车以及韩国的平均每人拥有量0.376辆汽车，所以未来汽车产销还会有较大发展，因此，我国汽车市场潜力巨大。在国民经济发展中，汽车工业占据十分重要地位。汽车工业的质量是决定国家经济结构能否转型升级的重要保证。中国汽车企业在技术方面与欧美，日本等发达国家相比仍有一定差距，国际市场的竞争力相对薄弱，但份额逐年上升。自2000年以来，中国的汽车企业不断发展，自主汽车品牌在技术方面也取得一定进步，但与欧美，日本发达国家相比还有很大的上升空间。
一个国家的汽车产业的发展水平与这个国家的科研实力和富裕程度有密切关系。二十一世纪以来，随着我国综合国力的提升，汽车数量大幅上涨。但是，汽车数量的上升也给人们的日常生活带来了许多问题。首先是道路拥挤，北京、上海、广州、深圳都采取了机动车牌照拍卖的方式限制汽车的数量，竞拍的价格与一辆普通汽车相当。此外，还有一些城市采取单双号限行的方式，而且将成为常态。其次是石油问题，随着地缘政治的影响，今年以来的原油价格持续上涨。石油是不可再生资源，我国每年都要从国外进口大量的石油，2017年的进口量就高达4.2亿吨，我国的石油进口量在世界各国中位列第一。又由于新能源车在技术方面遇到瓶颈，受到电池的容量无法满足汽车行驶较长距离，充满电池所需的时间太长的影响，新能源汽车进入平常百姓家还需要一段时间。最大的问题是空气污染，近年来，我国的空气污染问题持续恶化，雾霾天数总体上升，直接危害人们的健康。由此，各国的汽车的燃油消耗量、尾气排放的法规都越来越严格。所以汽车产业要不断的发展自己的技术，来处理这些棘手问题。在新能源汽车技术发展遇到瓶颈，无法大规模商用，排放法规日趋严格的背景下，
我们急切需要发展技术来提高汽车的燃油经济性和改善排放性能。
通过车辆的能量流分析技术，可以计算出各个传动系统、各个发动机系统所消耗的能量流，找出各个系统消耗能量的影响因素。通过分析这些影响因素，进行仿真分析的方法对在公路上驾驶汽车进行仿真分析，进而对整车系统进行合理设计提供依据。虽然汽车行驶并不是简单的匀速行驶，汽车的行驶的工况复杂多变。有在城市道路上走走停停的城市工况，也有在高速公路上高速行驶的高速工况。但汽车所消耗的能量大体上在发动机和传动系统上。汽车发动机附件所消耗的损失、汽车刹车时的损失、克服空气阻力的损失都比较的小。虽然现在每一处损失多有相对应的研究技术进行合理的减少损失的方案，但要减少能量损失，还应该把重点放在发动机上。由上我们可以知道，汽车的损失主要在发动机和传动系统上，所以可以通过提高发动机的效率和传动系统的效率来实现。在分析发动机效率方面，发动机的压缩比、发动机的膨胀比，发动机的燃烧等容度，发动机的热损失，回收尾气排放热能，发动机的机械损失，可变压缩比技术都与发动机效率方面有很大关联，可以适当的改变这些参数来提高发动机效率。除此之外，还可以采用油电混合技术，联合循环技术来减少汽车怠速时所带来的消耗。同时可以通过轻量化的设计来减少整车的重量；回收刹车时制动所消耗的能量等。
但是需要关注的是，汽车前行时所需要克服的行驶阻力的能量，把能量从发动机传递到行驶轮所损耗的能量都远远比发动机自身所消耗的能量要小。发动机作为汽车前进的动力源，发动机的性能的好坏直接影响着整个汽车的性能。发动机有很多的零部件组成，是一个复杂的机构，所以发动机有太多的机械运动规律。当我们掌握这些规律时，会大大提高汽车的排放性能和经济性能。
国内外研究状况
为了应对日益严重空气污染问题，美国和日本都出制定了非常严苛的汽车排放法规，希望控制汽车尾气的排放来减低环境污染问题。但是，随着油价的上涨，一些汽车企业为了降低汽车的油耗，却采用提高压缩比的方式。他们采用发动机仿真数学模型与实体实验相结合的方法，来分析采用高压缩比的发动机的性能。此外，他们也探析了发动机燃烧模式与发动机爆燃之间的关系。
自上世纪70年代以来，由于日本采取了非常严格的汽车排放控制法规来控制环境污染问题，同时无铅汽油技术的发展，日本车企生产汽车的压缩比大幅下降。此后几年，排放法规的日趋严格，使得压缩比值下降到历史最低点。随后，各车企在抗暴技术方面的突破，使得压缩比开始了上升趋势。在上世纪80年代，得益于无铅汽油技术的进步，爆燃问题得到一定解决，美国的平均压缩比高达9.050。
最近，欧州国家所制定的关于汽油的辛烷值的法规中规定，汽油的辛烷值大于或等于98。由于欧洲国家广泛使用含铅汽油，他们汽车的平均压缩比高达9.5。而由于日本和美国的法规，欧洲车企的出口到日本和美国的汽车的压缩比比在欧洲国家的压缩比要低。与美国汽车企业和日本汽车企业不同的是，欧洲国家的车企更倾向于设计有较大的压缩比调整范围的车。
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1 引言 2
1.1 课题的研究背景及意义 2
1.2 国内外研究状况 3
1.3 本文的主要工作内容 5
2 单缸发动机仿真模型 5
2.1 发动机工作过程的仿真与分析 6
2.2 模拟计算基本假设 6
2.3 缸内热力计算基本方程 7
3 压缩比对汽油发动机性能的影响 8
3.1 压缩比对汽油发动机动力性的影响 8
3.2 压缩比对汽油发动机燃油经济性能的影响 13
3.3 压缩比对汽油发动机排放性能的影响 15
结论 17
致谢 18
1 引言
1.1 课题的研究背景及意义
从2000年到现在，随着科学技术的进步，全球汽车行业高速发展。我国汽车工业同时也取得了不错的发展。2016年，中国汽车企业生产汽 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072^
车数量和汽车销售数量快速上升，再次突破2015年创下的历史记录。2016年，我国汽车企业生产了2811.9万辆汽车和销售了2802.8万辆汽车，比2015年多生产352万辆，比2015年多销售了350多万辆。到了2017年，我国汽车产销量继续保持在2888万辆的水平，再次突破2016年创下的记录，继续保持了自2011年创下的汽车产销世界第一地位。但中国仍然是一个发展中国家，汽车市场才刚刚起步，我国平均每人拥有0.14辆汽车，和美国的平均每人拥有0.797辆汽车有很大距离，也不及日本平均每人拥有0.591辆汽车以及韩国的平均每人拥有量0.376辆汽车，所以未来汽车产销还会有较大发展，因此，我国汽车市场潜力巨大。在国民经济发展中，汽车工业占据十分重要地位。汽车工业的质量是决定国家经济结构能否转型升级的重要保证。中国汽车企业在技术方面与欧美，日本等发达国家相比仍有一定差距，国际市场的竞争力相对薄弱，但份额逐年上升。自2000年以来，中国的汽车企业不断发展，自主汽车品牌在技术方面也取得一定进步，但与欧美，日本发达国家相比还有很大的上升空间。
一个国家的汽车产业的发展水平与这个国家的科研实力和富裕程度有密切关系。二十一世纪以来，随着我国综合国力的提升，汽车数量大幅上涨。但是，汽车数量的上升也给人们的日常生活带来了许多问题。首先是道路拥挤，北京、上海、广州、深圳都采取了机动车牌照拍卖的方式限制汽车的数量，竞拍的价格与一辆普通汽车相当。此外，还有一些城市采取单双号限行的方式，而且将成为常态。其次是石油问题，随着地缘政治的影响，今年以来的原油价格持续上涨。石油是不可再生资源，我国每年都要从国外进口大量的石油，2017年的进口量就高达4.2亿吨，我国的石油进口量在世界各国中位列第一。又由于新能源车在技术方面遇到瓶颈，受到电池的容量无法满足汽车行驶较长距离，充满电池所需的时间太长的影响，新能源汽车进入平常百姓家还需要一段时间。最大的问题是空气污染，近年来，我国的空气污染问题持续恶化，雾霾天数总体上升，直接危害人们的健康。由此，各国的汽车的燃油消耗量、尾气排放的法规都越来越严格。所以汽车产业要不断的发展自己的技术，来处理这些棘手问题。在新能源汽车技术发展遇到瓶颈，无法大规模商用，排放法规日趋严格的背景下，
我们急切需要发展技术来提高汽车的燃油经济性和改善排放性能。
通过车辆的能量流分析技术，可以计算出各个传动系统、各个发动机系统所消耗的能量流，找出各个系统消耗能量的影响因素。通过分析这些影响因素，进行仿真分析的方法对在公路上驾驶汽车进行仿真分析，进而对整车系统进行合理设计提供依据。虽然汽车行驶并不是简单的匀速行驶，汽车的行驶的工况复杂多变。有在城市道路上走走停停的城市工况，也有在高速公路上高速行驶的高速工况。但汽车所消耗的能量大体上在发动机和传动系统上。汽车发动机附件所消耗的损失、汽车刹车时的损失、克服空气阻力的损失都比较的小。虽然现在每一处损失多有相对应的研究技术进行合理的减少损失的方案，但要减少能量损失，还应该把重点放在发动机上。由上我们可以知道，汽车的损失主要在发动机和传动系统上，所以可以通过提高发动机的效率和传动系统的效率来实现。在分析发动机效率方面，发动机的压缩比、发动机的膨胀比，发动机的燃烧等容度，发动机的热损失，回收尾气排放热能，发动机的机械损失，可变压缩比技术都与发动机效率方面有很大关联，可以适当的改变这些参数来提高发动机效率。除此之外，还可以采用油电混合技术，联合循环技术来减少汽车怠速时所带来的消耗。同时可以通过轻量化的设计来减少整车的重量；回收刹车时制动所消耗的能量等。
但是需要关注的是，汽车前行时所需要克服的行驶阻力的能量，把能量从发动机传递到行驶轮所损耗的能量都远远比发动机自身所消耗的能量要小。发动机作为汽车前进的动力源，发动机的性能的好坏直接影响着整个汽车的性能。发动机有很多的零部件组成，是一个复杂的机构，所以发动机有太多的机械运动规律。当我们掌握这些规律时，会大大提高汽车的排放性能和经济性能。
国内外研究状况
为了应对日益严重空气污染问题，美国和日本都出制定了非常严苛的汽车排放法规，希望控制汽车尾气的排放来减低环境污染问题。但是，随着油价的上涨，一些汽车企业为了降低汽车的油耗，却采用提高压缩比的方式。他们采用发动机仿真数学模型与实体实验相结合的方法，来分析采用高压缩比的发动机的性能。此外，他们也探析了发动机燃烧模式与发动机爆燃之间的关系。
自上世纪70年代以来，由于日本采取了非常严格的汽车排放控制法规来控制环境污染问题，同时无铅汽油技术的发展，日本车企生产汽车的压缩比大幅下降。此后几年，排放法规的日趋严格，使得压缩比值下降到历史最低点。随后，各车企在抗暴技术方面的突破，使得压缩比开始了上升趋势。在上世纪80年代，得益于无铅汽油技术的进步，爆燃问题得到一定解决，美国的平均压缩比高达9.050。
最近，欧州国家所制定的关于汽油的辛烷值的法规中规定，汽油的辛烷值大于或等于98。由于欧洲国家广泛使用含铅汽油，他们汽车的平均压缩比高达9.5。而由于日本和美国的法规，欧洲车企的出口到日本和美国的汽车的压缩比比在欧洲国家的压缩比要低。与美国汽车企业和日本汽车企业不同的是，欧洲国家的车企更倾向于设计有较大的压缩比调整范围的车。
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