基于热功转换过程相似性研究的汽油机性能标准数模开发

发布时间：2020-05-04 09:38

【摘要】：发动机数值仿真技术在现代发动机开发过程中应用十分广泛,极大缩短发动机设计开发的周期,有效提高发动机性能优化的效率。目前,发动机仿真技术存在以下问题:建模过程繁琐,需确定或优化的参数繁多,工作量巨大;仿真数模的精度难以保证,主要取决于对边界条件的把握;当计算结果与开发目标存在差异时缺乏优化方向的指导。同时,在能源危机和节能减排的背景下,高效节能的汽油机有着广阔的前景。因此,本文提出了一种建立在缸内热功转换过程相似性研究基础上的增压直喷汽油机标准仿真数模,在同类型不同内燃机之间进行参数移植,提供发动机的性能仿真优化的精确边界条件,并为发动机性能的数值式开发提供正确的优化指导方向。本文通过对比多台先进发动机的性能与结构对标数据,总结发动机气体动力学相似性和缸内燃烧过程、传热过程、以及热功转换过程中的相似性规律,来得到发动机的性能与其运行参数间的联系,最终,建立增压式直喷汽油机的标准仿真数模平台并进行验证。结果表明:满足发动机气体动力学相似性准则的不同进、排气系统能够得到相同的充量系数-转速特性曲线。对于不同的发动机缸内热功转换过程,发动机的燃烧效率和过量空气系数之间存在非常好的线性关系;韦伯燃烧模型中,燃烧持续期和50%燃烧位置点分别与转速、燃烧始点、过量空气系数、缸内残余废气系数存在定量的函数关系,燃烧品质参数基本在2.0左右,只有在很小负荷下燃烧品质参数会明显小于2.0;缸内传热过程中,发动机绝热效率均随负荷和转速增大而增大。借助上述相似性规律,建立增压直喷汽油机标准数模和性能仿真平台,将1.4T增压直喷汽油机重要参数移植到1.5T发动机模型中,扭矩、BSFC随转速变化的趋势基本和目标值吻合,尽管部分转速下存在差距,但是这种差异是发动机控制参数不同造成的,经优化后仿真结果接近发动机的目标值。
【图文】：

影响参数,梯级,发动机,缸内

气系数的温度，K；根据残余废气系数的定义，RGF 可以表达为：RGRG airmRGFm m RG、Δmair分别表示缸内残余废气质量和进气门关闭时刻缸内新鲜。，从上式(2.6)可以看出，IMEP 可以表达成进气密度、充量系数、、缸内热功转换效率的一个明确的关系式。进气密度又可进一步分压力与温度的函数；充量系数则可分解成进气阀关闭时的气缸容积比、缸内残余废气系数的函数；过量空气系数已是控制参数，，无需缸内热功转换效率则又可分解成燃烧效率、缸内热功转换效率和膨。逐级分解后，最终可将 IMEP 表达成发动机结构尺寸或设计参数( 等)、控制参数(如过量空气系数、气门重叠角、点火提前角等)和气压力与温度)等可控制、可优化的参数，如图 2.1 所示。最终目标表达成包含各主要设计、控制、与运行参数的控制方程组。

对比图,充量系数,相似性准则,气缸壁

c) 外接管长度为 250mm 的充量系数对比 d) 外接管长度为 1000 的充量系数对比图 3.1 未修正气缸壁温的充量系数-转速曲线相似性准则验证结果a) 外接管长度为 0 的充量系数对比 b) 外接管长度为 0 的充量系数对比
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TK412

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