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研究生: 黃源信
Yuan-Hsin Huang
論文名稱: 火星塞幾何位置對雙火星塞引擎效能與廢氣排放的影響
Effects of ignition spark location on performance and exhaust of a dual-spark four-stroke reciprocating engine
指導教授: 黃榮芳
Rong-Fung Huang
口試委員: 趙振綱
Ching-Kong Chao
林怡均
Yi-Jiun Lin
許清閔
Ching Min Hsu
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 工程學院 - 機械工程系
Department of Mechanical Engineering
論文出版年: 2020
畢業學年度: 108
語文別: 中文
論文頁數: 269
中文關鍵詞: 雙火星塞引擎燃燒分析計算流體力學
外文關鍵詞: dual-spark engine, combustion analysis, computational fluid dynamics
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  • 內燃機汽缸內的燃燒特性是決定引擎性能與汙染排放的重要參數,為了增進燃燒效率與降低汙染物的排放,進而提升引擎整體性能輸出,本研究於內燃機內除了原有的火星塞(主火星塞)增加一支火星塞(副火星塞),以達成上述之目的。使用商業套裝計算流體力學 (Computational Fluid Dynamics, CFD) 軟體CONVERGE,對一部二閥單缸四行程124.6 c.c.引擎進行計算分析,找尋雙火星塞引擎的最佳點火位置。在轉速固定5500 RPM時,改變副火星塞與水平之夾角、副火星塞橫向與軸向位置位置,探討汽缸內燃燒狀況。改變副火星塞安裝位置,分析缸內壓力峰值、溫度峰值、輸出指示功、熱效率、平均有效壓力、持續燃燒角度六個性能量化指標與燃燒後產物碳氫化合物質量、氮氧化物質量、一氧化碳質量、二氧化碳質量四個汙染量化指標,探討缸內溫度分布、油氣濃度分布與火焰傳遞速度。比較雙與單火星塞引擎的量化指標,判斷雙火星塞引擎副火星塞的最佳擺放位置。計算分析結果顯示,副火星塞安置的幾何參數重要性的次序為:(1) 軸向偏移,(2) 水平夾角,(3) 橫向偏移。當火星塞與水平之夾角為13°、副火星塞位於參考位置、副火星塞的軸向位置往參考位置向外拉出1 mm時,雙火星塞引擎的缸內壓力峰值、平均缸壓、溫度峰值、輸出指示功、熱效率、平均有效壓力最大、持續燃燒角度最短、氮氧化物排放增加(但仍低於法規標準值,可使用三元觸媒降低)、碳氫化合物排放減少(都遠低於法規標準值),表示雙火星塞技術有助於提升缸內燃燒效率並改善污染排放。


    The combustion characteristics in the cylinder of engines are important parameters that determine engine performance and pollutant emissions. Enhancing the combustion efficiency would increase the engine output and reduce the pollutant emissions and fuel consumption. The present study applied the dual-spark-plug technology to a two-valve, four-stroke, single cylinder reciprocating engine to enhance the combustion efficiency in the engine cylinder. The flow, combustion, fuel distribution, engine performance, and pollutant generation characteristics of the engine were analyzed using a computational fluid dynamics (CFD) program of CONVERGE. The engine speed and the intake efficiency were set at 5500 RPM and 37%, respectively. The typical parameters such as the peak mean pressure, peak mean temperature, indicated work, thermal efficiency, indicated mean effective pressure (IMEP), crank angle at 10%-90% MFB (mass fraction burning), amount of flame remaining before exhaust valve opening, nitrogen oxides (NOx), hydrocarbon (HC), carbon monoxide (CO), carbon dioxide (CO2) were calculated. The results were compared with those of a corresponding single-spark-plug engine. The secondary spark-plug geometric arrangement (i.e., the angle θ between the secondary spark plug and the horizontal axis, the lateral displacement f of the secondary spark plug, and the axial displacement δ of the secondary spark plug) as well as the fuel-air ratio were focused for analysis. The results showed that the priority sequence of the secondary spark plug geometric arrangement is: the axial displacement δ, the angle θ, then the displacement f. The optimized parameters (δ, θ, f) which would lead to high engine output and low pollutant emission were (-1 mm, 13°, 0). The dual-spark-plug technology could improve the combustion efficiency in the cylinder and improve pollution emissions after optimizing the secondary spark-plug geometric arrangement.

    摘要 Abstarct 致謝 目錄 符號索引 表圖索引 第一章 緒論 1.1 研究動機 1.2 文獻回顧 1.3 研究目的與方法 第二章 標的引擎規格 2.1 幾何構造 2.2 引擎參數 第三章 計算方法 3.1 計算軟體簡介 3.2 統御方程式 3.2.1 紊流模型 3.2.2 燃燒模型 3.3 數值方法 3.3.1 離散化方程式 3.3.2 PISO解法理論 3.3.3 收斂標準 3.4 數值模擬 3.4.1 計算網格 3.4.2 邊界條件 3.4.3 初始條件 3.4.4 網格獨立性 第四章 參數定義 4.1 位置參數 4.1.1 火星塞安裝相對位置參數定義 4.2 物理參數 4.2.1 平均壓力峰值 Ppeak 4.2.2 平均溫度峰值 Tpeak 4.2.3 指示功 Wi 4.2.4 熱效率 ηt 4.2.5 平均有效壓力 IMEP 4.2.6 燃燒持續角度 I10-90 4.3 引擎燃燒汙染生成物質量 4.3.1 碳氫化合物質量 mHC 4.3.2 氮氧化合物質量 mNOx 4.3.3 一氧化碳質量 mCO 4.3.4 二氧化碳質量 mCO2 第五章 單火星塞引擎性能計算分析 5.1 點火能量對於單火星塞引擎性能影響 5.2 單火星塞引擎流場衍化 5.2.1 Y方向流場中心切面 5.2.2 X方向流場中心切面 5.3 單火星塞引擎燃油分布演化 5.3.1 Y方向油氣分布中心切面 5.3.2 X方向油氣分布中心切面 5.4 點火後缸內溫度分布衍化 5.4.1 Y方向溫度分布中心切面 5.4.2 X方向溫度分布中心切面 5.5 單火星塞引擎性能與污染生成物量測 第六章 副火星塞安裝位置對引擎燃燒性能與汙染排放的影響 6.1 火星塞橫向偏移 f 6.1.1 幾何參數 6.1.2 副火星塞f = 0時,引擎性能隨火星塞與水平夾角θ之變化 6.1.3 副火星塞f = 0時,引擎燃燒汙染生成物隨火星塞與水平夾角θ之變化 6.1.4 當副火星塞f = -1.5時,引擎性能隨火星塞與水平夾角θ之變化 6.1.5 當副火星塞f = -1.5時,引擎燃燒汙染生成物隨火星塞與水平夾角θ之變化 6.1.6 當副火星塞f = +1.5時,引擎性能隨火星塞與水平夾角θ之變化 6.1.7 當副火星塞f = +1.5時,引擎燃燒汙染生成物隨火星塞與水平夾角θ之變化 6.1.8 f = -1.5 ~ f = +1.5與單火星塞引擎相較之平均變化率 6.1.9 θ = 20°時,引擎性能與生成汙染物隨橫向偏移f之變化 6.1.10 結果與討論 6.2 火星塞軸向偏移δ 6.2.1 幾何參數 6.2.2 當副火星塞δ = +1時,引擎性能隨火星塞與水平夾角θ之變化 6.2.3 當副火星塞δ = +1時,引擎燃燒汙染生成物隨火星塞與水平夾角θ之變化 6.2.4 當副火星塞δ = -1時,引擎性能隨火星塞與水平夾角θ之變化 6.2.5 當副火星塞δ = -1時,引擎燃燒汙染生成物隨火星塞與水平夾角(θ)之變化 6.2.6 δ = -1, 0, +1與單火星塞引擎總體平均提升 6.2.7 θ = 13時,引擎性能與生成汙染物隨軸向偏移δ之變化 6.2.8 結果與討論 6.3 主要變數 f, δ, θ 綜合討論 6.3.1 f、δ與θ變數選擇與應用 6.3.2 副火星塞f、δ與θ最佳安裝位置 第七章 單火星塞與雙火星塞燃燒分析 7.1 單火星塞引擎與雙火星塞引擎流場比較 7.1.1 Y方向流場中心切面 7.1.2 X方向流場中心切面 7.2 最佳雙火星塞安裝位置引擎與單火星塞引擎比較 7.2.1 雙火星塞引擎與單火星塞引擎燃油分布衍化 7.2.2 雙火星塞引擎與單火星塞引擎溫度分布衍化 7.2.3 雙火星塞引擎與單火星塞引擎火焰傳遞速度 7.2.4 雙火星塞引擎與單火星塞引擎輸出功 7.3 雙火星塞引擎性能對於排放汙染物之影響 第八章 結論與建議 8.1 結論 8.2 建議 參考文獻

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    無法下載圖示 全文公開日期 2025/07/13 (校內網路)
    全文公開日期 本全文未授權公開 (校外網路)
    全文公開日期 本全文未授權公開 (國家圖書館:臺灣博碩士論文系統)
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