或 M 在上式中,M'∥M是未燃混合气质量百分比,V/V是未燃 混合气的容积百分比,因此(1-M'/M)为已燃质量百分比, (1-V/V)为已燃混合气容积比,并用(1-M"/M)代M/M,可 得 )-m(1 MM (2-4) 在燃烧过程中,假定已燃质量百分比等于压力升高比(这对 定容燃烧时是近似正确的),令 M P-P 尸f-P 式中px—相应于图2-2(c)燃烧结束时的气缸压力 可写出下列恒等式 p=(P-Pi yr y )+l P【-PiP Pf-P 代入式(2-4)得已然容积百分比 p=1-/(-p)-(.=)+1n1-p-p pr-Pi p pi-pi Pr-1)xb 十 在图2-3(b)上示出由式(2-5)绘出的x和y的关系曲线 3.由示功图宜接计算已燃质量百分比 利用高速数据釆集系统,按曲轴转角间隔△φ采集气缸压力 (△q一般取ICA),由此可得△q内气缸压力升高为△p.假定 4p的压力升高是由气缸容积改变而引起的压力升高Ap和燃烧引 起的压力升高△P组成(图2-4,在问隔△φ的开始和结束状 态,在不计及燃烧时,可以写为
0.8 0.6 0.2 0.2 0020.40.60.81.0 已燃容积百分比 2l00 20 25 装60 3.0 60 已燃容积百分比 (b) 图2-3x和%的关系 (a)由式(2-3)绘出x为残余废气百分比;(b)由式(2-5给出 Piff=piv 因此 △p,=P-p=pv) 假定在△φ内由燃烧引起的压力升高△与此期间燃烧的燃 15
料量成正比,这样就有 ∑△p T b 7 ∑△p 式中N——在整个燃烧 期内曲轴间隔△q的数目 以上就是当前仍得到广泛 应用的求取xb的 Rassweiler Ap 和 withrow方法,它的计算 精度取决于多变指数n值的选 取,因为在计算中被忽略的传 热、漏气以及隙缝气流(Crev ices Flow)均包括在n值之 中,此外n值本身也是一个变图24求已燃质量率x的 Rassweiler 和 Withrow法的说明图 值,但由于火花点火发动机燃 烧的循环变动相当厉害,如果以求取平均已燃质量百分比曲线作 为目标,采用 Rassweiler和 Withrow方法还是合适的 §2-2求取放热曲线的单区模型法 这一方法与求柴油机放热曲线类似,关键在于正确选用工质 的物性参数比热容比γ,使之能比较正确地反映出气缸内工质的 平均状态 把热力学第一定律应用于燃烧室(图2-5)有 5a=“U+bQM+bW+∑hdm; 式中5Qeb—燃烧过程中在d间隔内放出的化学能; bU,—在dt间隔内工质内能的变化; 16
8平一—对外作功,6W=V; bQ向气缸壁传热 因为U,=mu(T) du,=mc,(TDr+u(r)dm 式中 气缸内 开口系统边界 工质的质量 c, (T) Q 工 质的平均定容 比热容。 A'dmer 对于应用预混可燃 混合气的火花点火发动 机,要考虑到一部分可图2-5用于放热分析的燃烧省开口系统边界条件 燃混合气将在隙缝 Crevices)中流进、流出,这些隙缝是指活塞顶 岸和气红壁之间的容积,气缸盖和气缸体结合面上未充满气缸垫 的容积,火花塞和传感器周围和气红盖之间的残存容积等,总计 约占百分之几的燃烧室容积(上止处)这样质量平衡式为 dm 因此式(2-7)可改写为 82ch=d(mu)+h'dm er + pdV +80 bt s mc,dr +(h'-udmer+ pdv +sOnt 式中,dmx>0是指气流从气缸流入隙缝,dma<0是指气流 从隙缝流向气缸,当dma>0,h用气缸内状态,反之,当 dmar<0时,h用隙缝内的状态 应用理想气体状态方程式(设气体常数R不变)进一步简化 上式,得 6Q山=(2) dp dV RT )dm7+ch'-uydmer+pdV P +sOnt
P)vdp+C,+R)ndy+(h'-u+c, T)dmar R +△Q 式(2-9右边前两项的积分,即燃烧放热减去向壁面的热损失 以及隙缝效应,称为净放热( Net Heat Release).火花点火发动机 燃烧过程的热损失约占燃料总化学能的10~15%,传热损失估计 的正确性对燃烧末期的放热计算以及对最高燃烧温度计算的正确 性影响较大 dont Ah(x-T·) de 式中h—燃烧室壁面的平均传热系数; T—平均气体温度 平均壁面温度; A—燃烧室壁面面积 常用的GW oschin 公式为 hm2,k]=84cBm]0MPa107]-Wm/ F=28Cm(m/s)+34×10-C2()P-pm)·Tc(K) pIc 式中Cm一活塞平均速度; 足标C一—进气门关 p—着火运转时的气缸压力; 倒拖运转时的气缸压力; CC 可调整的常数; B一气紅直径 在式(1-9)中c/R 其中比热容比γ不论对已燃气体 还是未燃气体,随温度增加γ值减小,同时,γ值也随工质的组成 成分而变,为方便起见,可以假定以线性关系式y=a+bT代入