四沖程柴油機(jī)換氣過(guò)程的熱力參數(shù)計(jì)算方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于柴油機(jī)性能的熱力過(guò)程仿真技術(shù)領(lǐng)域，尤其設(shè)及一種四沖程柴油機(jī)換 氣過(guò)程的熱力參數(shù)計(jì)算方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 柴油機(jī)換氣過(guò)程的研究主要包括試驗(yàn)法和計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬法。試驗(yàn)法是利用相關(guān) 測(cè)試技術(shù)在模擬和試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行研究，是理論研究的前提和基礎(chǔ)。但單一的試驗(yàn)法，由于 其表面化數(shù)據(jù)的局限性，已難W滿足研究需求。目前數(shù)值模擬法中采用的計(jì)算模型大致可 分為容積法模型（Filling and Emptying method)、平均值模型（Mean Value Modeling)、 線性化模型（linearized modeling)、準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)模型（Quasi-steady modeling)等。"容積法 模型"是四沖程柴油機(jī)換氣過(guò)程常用的分析方法，主要基于缸內(nèi)質(zhì)量和內(nèi)能的關(guān)于曲軸轉(zhuǎn) 角的微分方程的求解，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)詳細(xì)的實(shí)驗(yàn)分析是非常有用的，其分析結(jié)果豐富、細(xì)致和準(zhǔn) 確，但是需要高性能的計(jì)算機(jī)、較大的計(jì)算空間、較長(zhǎng)的計(jì)算時(shí)間和大量的參數(shù)擬合。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明W四沖程柴油機(jī)進(jìn)排氣過(guò)程中換氣特點(diǎn)為依 據(jù)，提供了一種可實(shí)現(xiàn)快速預(yù)測(cè)的四沖程柴油機(jī)換氣過(guò)程的熱力參數(shù)計(jì)算方法，為四沖程 柴油機(jī)性能參數(shù)校核提供理論依據(jù)。
[0004] 本發(fā)明根據(jù)四沖程柴油機(jī)換氣過(guò)程特點(diǎn)，W配氣相位角為依托，提出了一種計(jì)算 四重程柴油機(jī)換氣過(guò)程中包括系統(tǒng)進(jìn)氣量、缸內(nèi)進(jìn)氣量、掃氣量、自由排氣量、強(qiáng)制排氣量、 掃氣滑移空氣量、W及各過(guò)程溫度和氣缸排煙溫度等熱力性能參數(shù)的方法，W實(shí)現(xiàn)換氣過(guò) 程熱力性能參數(shù)的快速預(yù)算和校核。
[0005] 為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案：
[0006] 四沖程柴油機(jī)換氣過(guò)程的熱力參數(shù)計(jì)算方法，包括步驟：
[0007] 構(gòu)建進(jìn)氣過(guò)程中柴油機(jī)系統(tǒng)進(jìn)氣量計(jì)算模型，見(jiàn)公式（1)?（7):
[000引 m化=m ind+msc (D
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 四沖程柴油機(jī)換氣過(guò)程的熱力參數(shù)計(jì)算方法，其特征在于： 構(gòu)建進(jìn)氣過(guò)程中柴油機(jī)系統(tǒng)進(jìn)氣量計(jì)算模型，見(jiàn)公式（1)?（7):
其中，mind為進(jìn)氣過(guò)程中氣缸進(jìn)氣量，min為進(jìn)氣過(guò)程中柴油機(jī)系統(tǒng)進(jìn)氣量，ms。為柴油 機(jī)掃氣過(guò)程掃氣量；i為柴油機(jī)系統(tǒng)氣缸數(shù)；下標(biāo)c表示進(jìn)氣過(guò)程中進(jìn)氣管狀態(tài)，R。表示進(jìn) 氣管內(nèi)氣體常數(shù)，T。為進(jìn)氣管內(nèi)冷卻介質(zhì)溫度，P。為進(jìn)氣管壓力；N為柴油機(jī)轉(zhuǎn)速，V s為柴 油機(jī)氣缸有效工作容積，k為沖程系數(shù)，對(duì)于四沖程柴油機(jī)，k = 2 ; Iifill為柴油機(jī)進(jìn)氣過(guò)程 充氣系數(shù)，V1。為氣缸進(jìn)氣閥關(guān)閉時(shí)氣缸有效容積，V e。為氣缸排氣閥關(guān)閉時(shí)氣缸有效容積， ε m為氣缸頭部熱交換系數(shù)，T m為中冷器出口空氣溫度；A sc;，eff為掃氣有效面積，A in和A wt 分別為氣缸進(jìn)氣閥門(mén)和排氣閥門(mén)的面積，Hsc^ff為掃氣效率；Ψ(π s。）為無(wú)量綱壓比，匕為 進(jìn)氣過(guò)程中排氣管壓力； 采集進(jìn)氣管和排氣管的氣體狀態(tài)參數(shù)，將進(jìn)氣管和排氣管的氣體狀態(tài)參數(shù)以及柴油機(jī) 機(jī)體幾何參數(shù)輸入柴油機(jī)系統(tǒng)進(jìn)氣量計(jì)算模型，即可獲得柴油機(jī)系統(tǒng)進(jìn)氣量、氣缸進(jìn)氣量 和掃氣量。
2. 如權(quán)利要求1所述的四沖程柴油機(jī)換氣過(guò)程的熱力參數(shù)計(jì)算方法，其特征在于，還 包括： 構(gòu)建自由排氣過(guò)程結(jié)束時(shí)的排氣管熱力參數(shù)計(jì)算模型，見(jiàn)公式（8)?（10):
其中，^、!^^、!!^^分別為自由排氣過(guò)程的起點(diǎn)溫度沒(méi)點(diǎn)溫度和自由排氣量；!^、 P6、m6分別表不排氣閥門(mén)打開(kāi)前氣缸內(nèi)廢氣的溫度、壓力和質(zhì)量；γ為自由排氣過(guò)程的煙氣 絕熱指數(shù)，P d為自由排氣過(guò)程結(jié)束時(shí)排氣總管壓力，R為排氣管廢氣氣體常數(shù)，V Ε()為氣缸排 氣閥打開(kāi)時(shí)氣缸工作容積；N為柴油機(jī)轉(zhuǎn)速，k為沖程系數(shù)，對(duì)于四沖程柴油機(jī)，k = 2 ; 采集排氣閥門(mén)打開(kāi)前氣缸內(nèi)氣體狀態(tài)參數(shù)及排氣管氣體狀態(tài)參數(shù)，將采集參數(shù)及柴油 機(jī)機(jī)體幾何參數(shù)輸入自由排氣過(guò)程結(jié)束時(shí)的排氣管熱力參數(shù)計(jì)算模型，即可獲得自由排氣 過(guò)程的起點(diǎn)溫度、終點(diǎn)溫度和自由排氣量。
3. 如權(quán)利要求2所述的四沖程柴油機(jī)換氣過(guò)程的熱力參數(shù)計(jì)算方法，其特征在于，還 包括： 構(gòu)建強(qiáng)制排氣過(guò)程結(jié)束時(shí)的排氣管熱力參數(shù)計(jì)算模型，見(jiàn)公式（11)?（13):
其中，Irap和m ΜΡ分別為強(qiáng)制排氣過(guò)程的終點(diǎn)溫度和強(qiáng)制排氣量，m 3。((|)為掃氣過(guò)程起始 的廢氣量;m6為進(jìn)氣閥門(mén)打開(kāi)前氣缸內(nèi)廢氣的質(zhì)量，Tbld和T JddIUt分別為自由排氣過(guò)程的起 點(diǎn)溫度和終點(diǎn)溫度；Pd為強(qiáng)制排氣過(guò)程結(jié)束時(shí)排氣總管壓力，V m為進(jìn)氣閥門(mén)開(kāi)啟時(shí)（即強(qiáng) 制排氣過(guò)程結(jié)束時(shí)）氣缸內(nèi)工作容積，R為強(qiáng)制排氣過(guò)程結(jié)束時(shí)排氣管廢氣氣體常數(shù)；N為 柴油機(jī)轉(zhuǎn)速，k為沖程系數(shù)，對(duì)于四沖程柴油機(jī)，k = 2 ; 采集排氣管氣體狀態(tài)參數(shù)，將權(quán)利要求2獲得的自由排氣過(guò)程的起點(diǎn)溫度和終點(diǎn)溫 度、排氣管氣體狀態(tài)參數(shù)以及柴油機(jī)機(jī)體幾何參數(shù)輸入強(qiáng)制排氣過(guò)程結(jié)束時(shí)的排氣管熱力 參數(shù)計(jì)算模型，獲得強(qiáng)制排氣過(guò)程的終點(diǎn)溫度和強(qiáng)制排氣量以及掃氣過(guò)程起始的廢氣量。
4. 如權(quán)利要求3所述的四沖程柴油機(jī)換氣過(guò)程的熱力參數(shù)計(jì)算方法，其特征在于，還 包括： 構(gòu)建掃氣過(guò)程結(jié)束時(shí)的排氣管熱力參數(shù)計(jì)算模型，見(jiàn)公式（14)?（16):
其中，ms_ut為掃氣過(guò)程滑移出去的空氣量，m _為掃氣過(guò)程結(jié)束時(shí)排氣總管廢氣量，T d 為掃氣過(guò)程結(jié)束時(shí)排氣總管廢氣溫度；ms。為掃氣過(guò)程掃氣量，s為掃氣過(guò)程滑移系數(shù);min 為進(jìn)氣過(guò)程中氣缸進(jìn)氣量，1%為燃油消耗量；Hlbld^t為自由排氣過(guò)程的自由排氣量，Hl raip為 強(qiáng)制排氣過(guò)程的強(qiáng)制排氣量，msc;((l)為掃氣過(guò)程起始的廢氣量;為強(qiáng)制排氣過(guò)程結(jié)束時(shí)氣 缸內(nèi)殘余的廢氣量，c p，s_ut為掃氣過(guò)程煙氣平均比熱，c 自由排氣過(guò)程和強(qiáng)制排氣過(guò) 程煙氣平均比熱，cp，d為換氣過(guò)程煙氣平均比熱；Traip為強(qiáng)制排氣過(guò)程的終點(diǎn)溫度，即強(qiáng)制排 氣過(guò)程結(jié)束時(shí)排氣管中煙氣溫度；Ts_ut為掃氣過(guò)程起點(diǎn)溫度，即氣缸進(jìn)氣溫度； 將權(quán)利要求1?3的計(jì)算結(jié)果輸入掃氣過(guò)程結(jié)束時(shí)的排氣管熱力參數(shù)計(jì)算模型，獲得 掃氣過(guò)程滑移出去的空氣量、以及掃氣過(guò)程結(jié)束時(shí)排氣總管的廢氣量和廢氣溫度。
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種四沖程柴油機(jī)換氣過(guò)程的熱力參數(shù)計(jì)算方法，本發(fā)明基于柴油機(jī)系統(tǒng)的進(jìn)氣量等于氣缸進(jìn)氣量與掃氣量之和，以及與配氣相位角排氣閥門(mén)關(guān)閉時(shí)刻和進(jìn)氣閥關(guān)閉時(shí)刻氣缸內(nèi)進(jìn)氣容積，構(gòu)建了四沖程柴油機(jī)進(jìn)氣過(guò)程柴油機(jī)系統(tǒng)進(jìn)氣量計(jì)算模型；利用四沖程排氣過(guò)程特點(diǎn)，同時(shí)依據(jù)排氣閥門(mén)開(kāi)啟時(shí)刻、進(jìn)氣閥門(mén)開(kāi)啟時(shí)刻的排氣量，構(gòu)建四沖程柴油機(jī)各排氣過(guò)程結(jié)束時(shí)排氣管熱力參數(shù)計(jì)算模型；采用構(gòu)建的模型即可獲得柴油機(jī)換氣過(guò)程的熱力參數(shù)。本發(fā)明簡(jiǎn)單，實(shí)用性強(qiáng)，精確度高，與實(shí)際熱力參數(shù)誤差在3％以內(nèi)。
【IPC分類】G06F17-50
【公開(kāi)號(hào)】CN104537142
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410680664
【發(fā)明人】孫寶芝, 周濤濤, 宋福元, 李彥軍, 張國(guó)磊, 李曉明, 楊龍濱, 韓懷志, 張鵬
【申請(qǐng)人】哈爾濱工程大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年4月22日
【申請(qǐng)日】2014年11月24日