内燃机工作过程模拟部分参考资料

内燃机工作过程模拟部分参考资料第四节内燃机循环的热力学模型一、模拟计算的作用机的设计周期，节省开发研究费用。场的不均匀性问题以及工作过程的细节，故又称为零维模型。计算出发动机的宏观性能参数。在推导气缸内工作过程计算的基本微分方程式时，采用如下的简化假定：即为单区过程。工质为理想气体，其比热容、内能仅与气体的温度和气体的组成有关。气体流入与流出气缸为准稳定流动，不计流入或流出时的动能。二、基本的微分方程组dmeh dmeh udmmud)dedddT 1

dQ

dV dm

( B

p shd m( T

d d d d s（3—6）dmdmBdmsdmed d d d（3—7）pV mRT（3—8）seBw表示气缸内的有关参数，而λ为瞬时过量空气系数，其意义见下文。λ成分，则有uu(T,) （3—9）Tpm量随曲轴转角φ的变化关系，但由于方程组中还有多个待求解的微分变量，如dV，dQ，dQ，dm，dm等，必须列出相关的约束条件，逐一建立计算式，方可s w s e使方程组封闭。有关约束条件的计算要点如下：气缸工作容积根据活塞连杆机构运动学的几何关系式导出dV V s

1cos

1

d 2

1 c s

112sins式中，Vs

和λ (曲柄连秆比)可根据发动机的结构参数确定。c s工质流入、流出气缸的质量流量，可根据流体力学中气体流经节流过程ppdms,e

1

A d

s,e

s,e

s,e

（3—11）IφA状态有关，其通用计算式为

s,e

为流函数，与上下游的压力差即流动 2 k 2k pk pk1 p 2 k1 k1p

p k

k1

1 1 k 2 k

p

2 kk1

k1

k1式中，下标Ⅱ代表流动下游参数。工质与活塞顶面、气缸内壁面及缸盖底面的传热量计算式为dQw

FT

T13d 13

i wii1

（3—12）式中，各换热表面积Fi

可根据活塞位移情况以及发动机的几何参数确定；壁面温度Twi

根据统计值选定；换热系数α有多种经验或半经验的回归公式，实际应用时根据所研究对象的具体情况选定一种(参见文献[1]、[2]、[3]、[7])。放热规律来代替实际过程，常用的函数有余弦函数以及韦伯(Weibe中，韦伯函数是应用较广泛的一种，其形式为dQ dx m1 m 0m1 BHug

Hug

6.908 0

e6.908 d（3—13）

b ud

b u z

z

式中，η

为燃烧效率，取决于燃烧方式，而三个主要参数(燃烧始点φu

、燃烧0持续期φ

以及燃烧品质指数m)也与内燃机的类型有关，其中m的变化范围为z0.2～3.0，取决于燃烧放热的速率与方式。个简化关系式来计算物性参数，如较为常用的Justi公式u4.1868 0.09750.04851067.7683.36104 0.75 0.84.89646.4T2731021358.6 （3—14）

kJ／kgmol等特殊现象，其计算式较为复杂一些。(3—6)、(3—7)、(3—8)λ的概dmsdlo

dddmBdd

（3—15）对于首次迭代计算或缸内无残余废气时，可将其瞬时过量空气系数定为一个较大值，如104。三、缸内实际工作过程的计算应用以上建立的微分方程组(3—6)(3—7)直到满足要求。化形式，依工作顺序对各个时期的计算要点作如下简要说明：闭式阶段变化，质量守恒方程项赂去，这样能量守恒方程就变换为dT 1 dQw dVd m

pd （3—16）对于开式过程[见式(3—6)]而言，这一方程要简单得多。对于燃烧过程来说，工质的质量由于燃料的燃烧而发生变化，而燃料的燃烧dQB过程变化规律是预先给定的(如韦伯代用燃烧放热规律)，故质量守恒方程项则为dm dm

1 dQ B Bd d Hu d （3—17）对于瞬时过量空气系数的变化情况，不难推导出d ms

dQBd lmo B

2Hu d （3—18）缸内状态参数。开式阶段d 1 dm sd lomB d （3—19）出，从而使方程组得以封闭。四、进排气过程的计算统的设计结果、进行增压发动机的增压匹配计算等，也是十分重要的。完全是由气体的充填和排空决定的，把一些存在压力降的过程(如空气滤清器、气门、消声器等)当作节流元件。这样，对于简化后的简单容积系统，可以分别参数。五、内燃机性能的计算化关系，以及在整个循环中气缸内工质质量、瞬时过量空气系数的变化情况，根据模拟计算的缸内压力数据，就可以方便的计算出在该工况下的所有指示性能指标，如P，p ,b,η

等。为了模拟计算出内燃机的有效性能参数，需i mi i it要确定在该计算工况下的机械损失或机械效率，一般需要考虑内燃机的形式复杂，工况多变，目前尚