[发明专利]一种基于状态方程的发动机性能预测方法、系统

权利要求书

1.一种基于状态方程的发动机性能预测方法，其特征在于，包括：

步骤一、将发动机每一循环的曲轴转角离散化为若干曲轴转角节点；设定发动机的初始工质温度和初始工质压力；

步骤二、利用发动机的燃烧加热量、发动机的传热量和发动机的排气焓能计算发动机工质的温度变化量；所述温度变化量为第i+1个曲轴转角节点相对于第i个曲轴转角节点的温度变化量；i为整数；

步骤三、根据步骤二中所述的温度变化量，采用温度-容积热力状态方程计算工质容积变化后的第i+1个曲轴转角节点的工质温度；

步骤四、根据步骤三所述工质温度，计算第i+1个曲轴转角节点的实际工质温度，并计算第i+1个曲轴转角节点的实时工质压力；

步骤五、以第i+1个曲轴转角节点的实际工质温度和实时工质压力作为第i+2个曲轴转角节点的初始工质温度和初始工质压力，重复步骤二至步骤四，直至得到发动机当前循环的最后一个曲轴转角节点的实际工质温度和实时工质压力作为发动机当前循环结束时的实际工质温度和实时工质压力；

步骤六、以所述发动机当前循环结束时的实际工质温度和实时工质压力作为下一发动机循环的初始工质温度和初始工质压力，重复步骤二至步骤五，直至所述当前循环结束时的实际工质温度与所述初始工质温度相等，所述当前循环结束时的实时工质压力与所述初始工质压力相等，获得发动机工质温度曲线和发动机工质压力曲线；

步骤七、根据所述发动机工质温度曲线和所述发动机工质压力曲线，获得发动机指示功率和发动机热效率，用于表征发动机性能；

步骤二中，所述计算发动机工质的温度变化量为：先将所述发动机的燃烧加热量、发动机的传热量和发动机的排气焓能相加，得到第i+1个曲轴转角节点相对于第i个曲轴转角节点的动能变化量；再根据所述动能变化量结合温度能量方程计算得到所述温度变化量；

所述温度变化量用公式表示为：

其中，dTⁱ表示温度变化量，dE_kⁱ表示动能变化量，c_vⁱ表示第i个曲轴转角节点处发动机工质热力状态下的比热容，m^i*表示除进气质量外的缸内工质总质量；

步骤三中，所述采用温度-容积热力状态方程计算工质容积变化后的第i+1个曲轴转角节点的工质温度为：

其中，T^i+1*表示工质容积变化后的第i+1个曲轴转角节点的工质温度，dTⁱ表示温度变化量，Tⁱ表示第i个曲轴转角节点的工质温度，表示第i至第i+1曲轴转角节点之间缸内工质分子间距的变化幅度，Vⁱ表示第i个曲轴转角节点的工质容积，dVⁱ表示第i至第i+1曲轴转角节点之间缸内的工质容积变化，κⁱ表示第i曲轴节点处工质热力状态下所对应的比热比；

步骤四中，所述计算第i+1个曲轴转角节点的实际工质温度为：根据进气焓能和进气质量稀释效应计算所述实际工质温度；

所述实际工质温度用公式表示为：

其中，Tⁱ⁺¹表示第i+1曲轴转角节点的实际工质温度，c_vⁱ表示第i个曲轴转角节点处发动机工质热力状态下的比热容，m^i*表示除进气质量外的缸内工质总质量，T^i+1*表示工质容积变化后的第i+1个曲轴转角节点的工质温度，h_sⁱdm_sⁱ表示第i至第i+1曲轴转角节点之间进入缸内新鲜空气的总焓能量即进气焓能，dm_sⁱ表示第i至第i+1曲轴转角节点之间进入缸内的新鲜空气质量，h_sⁱ表示环境热力状态下新鲜空气的比焓能，m^i*+dm_sⁱ表示考虑进气质量后缸内工质的总质量；

步骤四中，所述计算第i+1个曲轴转角节点的实时工质压力为：先根据发动机的实时工质质量和实时工质容积计算得到实时工质密度，再根据所述实时工质密度和所述实际工质温度通过气体状态方程计算得到所述实时工质压力；

所述实时工质压力用公式表示为：

pⁱ⁺¹＝ρⁱ⁺¹Rⁱ⁺¹Tⁱ⁺¹

其中，pⁱ⁺¹表示第i+1曲轴转角节点的实时工质压力，ρⁱ⁺¹表示第i+1曲轴转角节点的实时工质密度，Rⁱ⁺¹表示第i+1曲轴转角节点的气体状态常数，Tⁱ⁺¹表示第i+1曲轴转角节点的实际工质温度。