Abstract
本論文主要工作為火花點燃式引擎熱釋放率實驗分析, 引擎燃燒之數值模擬以及廢氣污染物排放預測三大部份。第一部份熱釋放率分析主要將實驗量測得到之汽缸壓力, 以理論分析, 數值轉換成燃油之化學能釋放, 燃燒現象則被視為一從未燃區間質傳、能傳至已燃區間之過程, 其唯一自變數為時間參數 (或曲軸角度),而經由實驗分析可將著火延遲時間、燃燒區間、燃油燃燒速率等燃燒參數皆可一併求得。由第一部份所求得之熱釋放率對曲軸角度之關係, 吾人可予以簡單之數學函數表示之, 或加入似空間參數–火燄傳播速度, 模擬預混合燃燒中之火燄傳播現象, 其介於未燃區間及已燃區間之質傳現象則變為密度、火燄傳播速度及介面面積之函數, 故以上三項參數與汽缸壓力、溫度、體積、混合物性質變化之關係則為燃燒模擬之重點所在, 其中壓力對活塞面之作功即為引擎動力來源, 故汽缸內之指示性能亦可計算求出。由第二部份之燃燒模擬加入主要化學反應式, 代入反應速率與汽缸壓力、溫度及油氣相當比之關係, 則可數值預測出主要火花點燃式引擎排放廢氣–NOx,CO,HC 之含量,此亦為環保法規中最重視之車用引擎對環境之污染源, 亦為本文之第三重點工作。本論文以實驗及理論研究車用汽油引擎之燃燒現象並建立一套電腦模擬軟體, 其功用在由引擎設計之幾何形狀參數及操作條件輸入下, 預測出汽缸內燃油燃燒率、指示性能–指示平均有效壓力與指示馬力、汽缸壓力與溫度曲線分佈圖等, 及主要廢氣污染物NOx,CO,HC 在排氣閥打開時之莫耳分率及質量分率等, 由其預測結果與實驗分析比較可得相同趨勢, 且誤差在可容許範圍, 再經由設計參數變化研究, 證明此套裝軟體可成為當今車用汽油引擎性能設計、油耗污染分析上之重要利器。