【導(dǎo)讀】教師的指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及叏得的成果。盡我所知，除文中特。位戒學(xué)歷而使用過的材料。對本研究提供過幫助和做出過貢獻(xiàn)的個(gè)。人戒集體，均已在文中作了明確的說明幵表示了謝意。文的部分戒全部內(nèi)容。研究所叏得的研究成果。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本。論文丌包含任何其他個(gè)人戒集體已經(jīng)収表戒撰寫的成果作品。本人完全意識到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)大學(xué)可以將。影印、縮印戒掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。涉密論文按學(xué)校觃定處理。紙、程序清單等），文科類論文正文字?jǐn)?shù)丌少于萬字。有圖紙應(yīng)符合國家技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)觃范。圖表整潔，布局合理，文字注釋必須使用工

　　

【正文】 放出的熱量 ； ??ddQw :工質(zhì)與氣缸蓋、缸套、活塞進(jìn)行熱交換的熱量 。 ?ddmh BBBB?:由于漏氣而引起的焓流； cm ：氣缸里工質(zhì)的質(zhì)量； u ：比內(nèi)能； cp ：氣缸內(nèi)壓力； V ：氣缸容積； cp ：噴入燃料燃燒放出的熱量； Qw ：壁熱損失； α：曲軸轉(zhuǎn)角； BBh ：漏氣焓； ?ddmBB ：氣質(zhì)量流。 熱力學(xué)第一定律內(nèi)容為：氣缸里的內(nèi)能變化等于活塞功、燃料燃燒放出的熱量、壁熱損失和漏氣引起的焓流的代數(shù)和。氣缸里的內(nèi)能變化等于活塞功、燃料燃燒放出的熱量、壁熱損失和漏氣引起的焓流的代數(shù)和。方程 ()對燃料在氣缸內(nèi)部和外部混合的發(fā)動機(jī)都適用。但是 ,考慮到由于燃燒而引起氣體成分的變化，對于外部混合和內(nèi)部混合的發(fā)動機(jī)采用不同的處理方式。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 共 40 頁 第 10 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 對于內(nèi)部混合的發(fā)動機(jī)，假定：進(jìn)入氣缸的燃料被立即燃燒 。燃燒產(chǎn)物與氣缸里的剩余氣體立即混合形成新的均勻統(tǒng)一混合氣體 。缸內(nèi)混合氣的空燃比的值從燃燒開始到燃燒結(jié)束不斷減小。 對于外部混合的發(fā)動機(jī)，假定：在燃燒開始前混合物是均勻混合物 。在燃燒過程中空燃比是恒定的 。 即使成分不同，已燃和未燃充氣也具有相同的壓力和溫度。 為了求解此方程，需要建立燃燒過程、氣缸壁傳熱和在一定壓力、溫度、氣體組成下的氣體性質(zhì)的模型。和氣體方程 () 一起，建立壓力、溫度和密度的關(guān)系。 [13] coc TRmVpc ???? 1 （ ） 發(fā)動機(jī)性能仿真的模型構(gòu)建 發(fā)動機(jī)模型構(gòu)建方案 該發(fā)動機(jī)是傳統(tǒng)吸氣，多點(diǎn)缸外噴射， 帶有空濾，催化吧，消聲器。建模時(shí)，考慮到以下假設(shè)： （ 1）油品質(zhì)量合格；（ 2）通風(fēng)冷卻設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)；（ 3）不考慮發(fā)動機(jī)點(diǎn)火提前角受 ECU實(shí)時(shí)控制；（ 4）不考慮材料的熱變形。 主程序?qū)λ锌捎迷峁┳顑?yōu)模擬計(jì)算。管道中的流動被視為一維 ,這就意味著從解氣體動力方程所得到的壓力、溫度和流速代表著管道橫界面的平均值。由于三維流動影響導(dǎo)致的處于發(fā)動機(jī)特殊部位的流動損失由適當(dāng)?shù)牧鲃酉禂?shù)來修正。如果需要對三維流動作詳細(xì)考慮 ,可以連接到 AVL 的三維流動模擬程序 FIRE 中進(jìn)行。這就是所說 ,發(fā)動機(jī)關(guān)鍵部位的多維模擬可以和其它地方的一維模擬結(jié)合起來。該特點(diǎn)對于氣缸里的進(jìn)氣運(yùn)動 ,二沖程發(fā)動機(jī)的掃氣和復(fù)雜的消音元件的模擬具有特殊用 。 根據(jù)該結(jié)構(gòu)簡圖 avl boost 調(diào)用模塊來，建立仿真計(jì)算模型。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 共 40 頁 第 11 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 空 氣 濾 清 器外 部 環(huán) 境進(jìn) 氣 總 管進(jìn) 氣 歧 管氣 缸排 氣 歧 管排 氣 總 管催 化 包 后 級 消 聲 器前 級 消 聲 器外 部 環(huán) 境 圖 發(fā)動機(jī)仿真模型 結(jié)構(gòu)簡圖 發(fā)動機(jī)模型的建立 圖 是用 boost 建立發(fā)動機(jī)的模型。 進(jìn)氣過程：新鮮空氣從邊界 SB1 進(jìn)入，通過管 1 后分兩路，一路沿著管道 2 進(jìn)入穩(wěn)壓倉PL1，另外一路通過管 3 進(jìn)入空濾 CL1，然后通過管 4,5,6 進(jìn)入諧振腔 PL2，再經(jīng)過進(jìn)氣總管7,8，進(jìn)入進(jìn)氣歧管 9 到 13 后，引入氣缸。 排氣過程：發(fā)動機(jī)排出的廢氣經(jīng)過排氣歧管 22 到 29 進(jìn)入排氣總管 30，經(jīng)過管 31 進(jìn)入催化包 CAT1，經(jīng)過管道 31 進(jìn)入諧振腔 PL3，再經(jīng)過管道 33 進(jìn)入 PL4，最終通過管道 24 通向邊界SB2.。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 共 40 頁 第 12 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ SB1SB2PL1PL2PL3PL4C1 C2 C3 C4R1R2R3R4 R5R6R7R8R9R10I1 I2I3I4M P1M P2M P3M P4M P5M P6M P7M P8M P9M P1 0M P1 1M P1 2M P1 3M P1 4M P1 5M P1 6M P1 7M P1 8CL1CAT1J1J2J3J4J5J61234567 891011 121314 15 16 1718 1920 2122 2324252627282930 31323334 圖 發(fā)動機(jī)性能仿真模型 表 對仿真模型的各元件進(jìn)行簡單介紹。 表 仿真元件簡介 氣缸 測試點(diǎn) 系統(tǒng)邊界 Plenum 三通管 空濾 催化器 C1 MP1 SB1 PL1 J2 CL1 CAT1 運(yùn)用 AVL BOOST 軟件提供的模塊建立相應(yīng)的物理模型后，便可根據(jù)熱力學(xué)、傳熱、傳質(zhì)等方面的知識，將簡單的物理模型進(jìn)行定量的數(shù)學(xué)描述，將收集的發(fā)動機(jī)數(shù)據(jù)輸入到相應(yīng)的模塊中去，即建立數(shù)學(xué)模型。模型建好以后，關(guān)鍵還要確定模型的邊界條件，因?yàn)檫x取合理的初始值可以對該發(fā)動機(jī)做功過程，在此階段壓力值達(dá)到最大值后逐漸進(jìn)行更準(zhǔn)確的模擬。利用已建立的初步模型進(jìn)行模少擬計(jì)算，求出該模型所包含的物理參量 。 邊界條件的輸入 (1)發(fā)動機(jī)基本參數(shù)的輸入 : 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 共 40 頁 第 13 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 發(fā)動機(jī)技術(shù)數(shù)據(jù)是指表述發(fā)動機(jī)基本構(gòu)造的參數(shù)，如缸數(shù)、發(fā)動機(jī)冷卻方式、氣門數(shù)、缸徑 行程、發(fā)動機(jī)排量、壓縮比等。這些參數(shù)，決定了發(fā)動機(jī)的基本尺寸和基本性能。大部分參數(shù)在第 2 章已經(jīng)列舉，現(xiàn)在只列出建立模型需要的參數(shù)。 表 發(fā)動機(jī)基本參數(shù) 缸徑 沖程 壓縮比 連桿長度 混合方式 83mm 91mm 145mm 非直噴 (2)燃燒模型： 氣缸內(nèi)燃料的燃燒是一個(gè)化學(xué)過程，它受許多參數(shù)影響。其中之一是空氣和燃料的比例（空燃比）。如果實(shí)際空氣比理論需要的多，使燃料充分燃燒，則叫稀燃。反之則叫富燃。在燃燒后既沒有未燃燃料剩余也沒有空氣剩余的空氣和燃料的比例叫做化學(xué)計(jì)量空燃比。下面的方程說明了 1kg 燃料完全燃燒所需要的化學(xué)計(jì)量的空氣量： )( oshcL H ???? （ ） 對于稀燃，一個(gè)循環(huán)釋放的熱量可以從氣缸里的燃料量和其低熱值計(jì)算得到。低熱值是一種燃料屬性，可以從下面的公式計(jì)算得到： wosnhcHu 2 4 4 01 0 8 0 01 0 4 6 56 2 8 09 2 8 7 03 4 8 3 5 ?????? () 式中： Hu 低熱值； c 燃料中碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)； h 燃料中氫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)； o 燃料中氧的質(zhì)量分?jǐn)?shù)； s 燃料中硫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)； n 燃料中氮的質(zhì)量分?jǐn)?shù)； w 燃料中水的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。 在富燃中，在循環(huán)中產(chǎn)生的總熱量由氣缸中的空氣量決定。即使實(shí)際空氣比理論所需少，燃料也會全部被轉(zhuǎn)換成燃燒產(chǎn)物。 但是，在富燃和稀燃的條件下燃燒產(chǎn)物的組成成分是不同的。燃燒產(chǎn)物的組成成分由所用的燃料類型、空燃比、壓力和溫度決定。如果有足夠的時(shí)間達(dá)到化學(xué)平衡，產(chǎn)物的成分組成總是一樣的。 因此， BOOST 程序中包含了有關(guān)于燃料轉(zhuǎn)換因子的模型，以考慮過量空氣系數(shù)在 到 之間的不完全燃燒過程，韋伯函數(shù)經(jīng)常用來近似描述發(fā)動機(jī)真實(shí)的放熱特征。 [13] Vibe 燃燒放熱模型： )()1( zmaymc eymaddx ??????? ?? （ ） QdQdx? （ ） cy ?????? 0 （ ） 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 共 40 頁 第 14 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 式中： Q 為每循環(huán)燃料燃燒放熱量， kJ ； 為燃燒始點(diǎn)， 176。（ CA）； △ ψc 為燃燒持續(xù)期， 176。（ CA）； m 為燃燒品質(zhì)； a 完全燃燒的 Vibe 參數(shù)， a=。 表 Vibe模型基本參數(shù) 轉(zhuǎn)速（ r/min） 點(diǎn)火提前角 (176。CA) 空燃比 燃燒持續(xù)期 (176。CA) 1000 5 40 1500 41 20xx 5 42 2500 5 43 3000 6 44 3500 6 45 4000 5 46 4500 47 5000 48 5500 8 49 6000 7 50 (3)傳熱模型 傳向燃燒室壁，即缸蓋、活塞和缸套的熱量如下計(jì)算： )( wicwiwi TTAQ ???? ? （ ） Qwi 為壁熱流（通過缸蓋、活塞和缸套的若量）； Ai 為表面積（缸蓋，活塞，缸套）； αw為傳熱系數(shù)； Tc 為缸內(nèi)氣體溫度； Twi為壁溫（缸蓋、活塞和缸套的溫度）。 為了計(jì)算傳熱系數(shù)， 由于 boost 提供的幾種傳熱模型其中 woschni 1978 用于高溫循環(huán)。 于是 選用 Woschni1978 模型： ,1,1,1, )]([ 0 acccccDmccw ppVp TVCcCTpD ???????????? ?? （ ） mu ccC / ??? ， 對于 DI 發(fā)動機(jī) C2 = ，對于 IDI 發(fā)動機(jī) C2 = 。D ： 氣缸筒直徑； ： 平均活塞速度； ： 圓周速率； ： 每缸置換的容積； ： 發(fā)動機(jī)氣缸內(nèi)壓力 [bar]； ： 進(jìn)氣門關(guān)閉時(shí)氣缸內(nèi)溫度； ： 進(jìn)氣門關(guān)閉時(shí)缸內(nèi)壓力 [bar]。 [13] （ 4）配氣相位 配氣相位就是進(jìn)、排氣門的實(shí)際開閉時(shí)刻，通常用相對于上、下止點(diǎn)曲拐位置的曲軸轉(zhuǎn)角的環(huán)形圖，配氣相位就是進(jìn)、排氣門的實(shí)際開閉時(shí)刻，通常用相對于上、 下止點(diǎn) 曲拐 位置的 曲軸 轉(zhuǎn)角的環(huán)形圖來表示。發(fā)動機(jī)在換氣過程中，若能夠做到排氣徹底、進(jìn)氣充分，則可以提高充氣系數(shù)，增大發(fā)動機(jī)的輸出功率。 四沖程 的每個(gè)工作行程，其曲軸要轉(zhuǎn) 180176。 現(xiàn)代發(fā)動機(jī) 轉(zhuǎn)速很高，一個(gè)行程經(jīng)歷的時(shí)間很短（如上海 桑塔納 的四沖程的發(fā)動機(jī)，在最大功率的發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 共 40