四沖程柴油機換氣過程的熱力參數(shù)計算方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于柴油機性能的熱力過程仿真技術(shù)領(lǐng)域，尤其設(shè)及一種四沖程柴油機換 氣過程的熱力參數(shù)計算方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 柴油機換氣過程的研究主要包括試驗法和計算機數(shù)值模擬法。試驗法是利用相關(guān) 測試技術(shù)在模擬和試驗機上進行研究，是理論研究的前提和基礎(chǔ)。但單一的試驗法，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"是四沖程柴油機換氣過程常用的分析方法，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，對發(fā)動機詳細的實驗分析是非常有用的，其分析結(jié)果豐富、細致和準(zhǔn) 確，但是需要高性能的計算機、較大的計算空間、較長的計算時間和大量的參數(shù)擬合。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 針對現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明W四沖程柴油機進排氣過程中換氣特點為依 據(jù)，提供了一種可實現(xiàn)快速預(yù)測的四沖程柴油機換氣過程的熱力參數(shù)計算方法，為四沖程 柴油機性能參數(shù)校核提供理論依據(jù)。
[0004] 本發(fā)明根據(jù)四沖程柴油機換氣過程特點，W配氣相位角為依托，提出了一種計算 四重程柴油機換氣過程中包括系統(tǒng)進氣量、缸內(nèi)進氣量、掃氣量、自由排氣量、強制排氣量、 掃氣滑移空氣量、W及各過程溫度和氣缸排煙溫度等熱力性能參數(shù)的方法，W實現(xiàn)換氣過 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)問題，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案：
[0006] 四沖程柴油機換氣過程的熱力參數(shù)計算方法，包括步驟：
[0007] 構(gòu)建進氣過程中柴油機系統(tǒng)進氣量計算模型，見公式（1)?（7):
[000引 m化=m ind+msc (D
【主權(quán)項】
1. 四沖程柴油機換氣過程的熱力參數(shù)計算方法，其特征在于： 構(gòu)建進氣過程中柴油機系統(tǒng)進氣量計算模型，見公式（1)?（7):
其中，mind為進氣過程中氣缸進氣量，min為進氣過程中柴油機系統(tǒng)進氣量，ms。為柴油 機掃氣過程掃氣量；i為柴油機系統(tǒng)氣缸數(shù)；下標(biāo)c表示進氣過程中進氣管狀態(tài)，R。表示進 氣管內(nèi)氣體常數(shù)，T。為進氣管內(nèi)冷卻介質(zhì)溫度，P。為進氣管壓力；N為柴油機轉(zhuǎn)速，V s為柴 油機氣缸有效工作容積，k為沖程系數(shù)，對于四沖程柴油機，k = 2 ; Iifill為柴油機進氣過程 充氣系數(shù)，V1。為氣缸進氣閥關(guān)閉時氣缸有效容積，V e。為氣缸排氣閥關(guān)閉時氣缸有效容積， 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 分別為氣缸進氣閥門和排氣閥門的面積，Hsc^ff為掃氣效率；Ψ(π s。）為無量綱壓比，匕為 進氣過程中排氣管壓力； 采集進氣管和排氣管的氣體狀態(tài)參數(shù)，將進氣管和排氣管的氣體狀態(tài)參數(shù)以及柴油機 機體幾何參數(shù)輸入柴油機系統(tǒng)進氣量計算模型，即可獲得柴油機系統(tǒng)進氣量、氣缸進氣量 和掃氣量。
2. 如權(quán)利要求1所述的四沖程柴油機換氣過程的熱力參數(shù)計算方法，其特征在于，還 包括： 構(gòu)建自由排氣過程結(jié)束時的排氣管熱力參數(shù)計算模型，見公式（8)?（10):
其中，^、!^^、!!^^分別為自由排氣過程的起點溫度沒點溫度和自由排氣量；!^、 P6、m6分別表不排氣閥門打開前氣缸內(nèi)廢氣的溫度、壓力和質(zhì)量；γ為自由排氣過程的煙氣 絕熱指數(shù)，P d為自由排氣過程結(jié)束時排氣總管壓力，R為排氣管廢氣氣體常數(shù)，V Ε()為氣缸排 氣閥打開時氣缸工作容積；N為柴油機轉(zhuǎn)速，k為沖程系數(shù)，對于四沖程柴油機，k = 2 ; 采集排氣閥門打開前氣缸內(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 機機體幾何參數(shù)輸入自由排氣過程結(jié)束時的排氣管熱力參數(shù)計算模型，即可獲得自由排氣 過程的起點溫度、終點溫度和自由排氣量。
3. 如權(quán)利要求2所述的四沖程柴油機換氣過程的熱力參數(shù)計算方法，其特征在于，還 包括： 構(gòu)建強制排氣過程結(jié)束時的排氣管熱力參數(shù)計算模型，見公式（11)?（13):
其中，Irap和m ΜΡ分別為強制排氣過程的終點溫度和強制排氣量，m 3。((|)為掃氣過程起始 的廢氣量;m6為進氣閥門打開前氣缸內(nèi)廢氣的質(zhì)量，Tbld和T JddIUt分別為自由排氣過程的起 點溫度和終點溫度；Pd為強制排氣過程結(jié)束時排氣總管壓力，V m為進氣閥門開啟時（即強 制排氣過程結(jié)束時）氣缸內(nèi)工作容積，R為強制排氣過程結(jié)束時排氣管廢氣氣體常數(shù)；N為 柴油機轉(zhuǎn)速，k為沖程系數(shù)，對于四沖程柴油機，k = 2 ; 采集排氣管氣體狀態(tài)參數(shù)，將權(quán)利要求2獲得的自由排氣過程的起點溫度和終點溫 度、排氣管氣體狀態(tài)參數(shù)以及柴油機機體幾何參數(shù)輸入強制排氣過程結(jié)束時的排氣管熱力 參數(shù)計算模型，獲得強制排氣過程的終點溫度和強制排氣量以及掃氣過程起始的廢氣量。
4. 如權(quán)利要求3所述的四沖程柴油機換氣過程的熱力參數(shù)計算方法，其特征在于，還 包括： 構(gòu)建掃氣過程結(jié)束時的排氣管熱力參數(shù)計算模型，見公式（14)?（16):
其中，ms_ut為掃氣過程滑移出去的空氣量，m _為掃氣過程結(jié)束時排氣總管廢氣量，T d 為掃氣過程結(jié)束時排氣總管廢氣溫度；ms。為掃氣過程掃氣量，s為掃氣過程滑移系數(shù);min 為進氣過程中氣缸進氣量，1%為燃油消耗量；Hlbld^t為自由排氣過程的自由排氣量，Hl raip為 強制排氣過程的強制排氣量，msc;((l)為掃氣過程起始的廢氣量;為強制排氣過程結(jié)束時氣 缸內(nèi)殘余的廢氣量，c p，s_ut為掃氣過程煙氣平均比熱，c 自由排氣過程和強制排氣過 程煙氣平均比熱，cp，d為換氣過程煙氣平均比熱；Traip為強制排氣過程的終點溫度，即強制排 氣過程結(jié)束時排氣管中煙氣溫度；Ts_ut為掃氣過程起點溫度，即氣缸進氣溫度； 將權(quán)利要求1?3的計算結(jié)果輸入掃氣過程結(jié)束時的排氣管熱力參數(shù)計算模型，獲得 掃氣過程滑移出去的空氣量、以及掃氣過程結(jié)束時排氣總管的廢氣量和廢氣溫度。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種四沖程柴油機換氣過程的熱力參數(shù)計算方法，本發(fā)明基于柴油機系統(tǒng)的進氣量等于氣缸進氣量與掃氣量之和，以及與配氣相位角排氣閥門關(guān)閉時刻和進氣閥關(guān)閉時刻氣缸內(nèi)進氣容積，構(gòu)建了四沖程柴油機進氣過程柴油機系統(tǒng)進氣量計算模型；利用四沖程排氣過程特點，同時依據(jù)排氣閥門開啟時刻、進氣閥門開啟時刻的排氣量，構(gòu)建四沖程柴油機各排氣過程結(jié)束時排氣管熱力參數(shù)計算模型；采用構(gòu)建的模型即可獲得柴油機換氣過程的熱力參數(shù)。本發(fā)明簡單，實用性強，精確度高，與實際熱力參數(shù)誤差在3％以內(nèi)。
【IPC分類】G06F17-50
【公開號】CN104537142
【申請?zhí)枴緾N201410680664
【發(fā)明人】孫寶芝, 周濤濤, 宋福元, 李彥軍, 張國磊, 李曉明, 楊龍濱, 韓懷志, 張鵬
【申請人】哈爾濱工程大學(xué)
【公開日】2015年4月22日
【申請日】2014年11月24日