[发明专利]一种基于状态方程的发动机性能预测方法、系统

说明书

本发明公开了一种基于状态方程的发动机性能预测方法、系统，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迭代求解的方式，解决了传统求解偏微分方程难以收敛的困难。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，再采用温度‑容积热力状态方程计算工质温度，结合进气焓能计算实际工质温度，结合气体状态方程计算实际工质压力，并用当前循环中最后一个曲轴转角节点的发动机性能参数表征当前循环结束时的发动机性能参数，如此迭代循环直至实际工质温度与初始工质温度相等，实时工质压力与所述工质压力相等，获得发动机工质温度曲线和发动机工质压力曲线，进而获得发动机各项性能参数。

技术领域

本发明涉及发动机技术领域，具体涉及一种基于状态方程的发动机性能预测方法、系统。

背景技术

性能仿真计算是在发动机开发、优化以及理论研究过程中均不可缺少的重要技术。传统性能仿真计算软件例如GT-Power、AVL-Boost和Wave等均是利用能量守恒微分方程计算缸内实时压力与温度，从而计算各种发动机性能参数的，缸压与缸温的控制方程均为隐式偏微分方程，广泛使用龙格库塔法求解微分方程，但是其计算收敛性对初始条件的给定及各参数控制函数的形式要求均很高，很容易出现计算不收敛的问题，从而导致计算结果不准确，甚至无法计算的问题。此外，显然以上两控制方程的结构复杂、计算繁琐且物理含义不明显，这对不选用商业软件，而需要进行自主开发代码的人员带来极高的编程难度和计算时间成本。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种基于状态方程的发动机性能预测方法、系统，能够解决龙格库塔法求解微分方程难以收敛的困难，大幅简化计算思路与程序，对发动机性能进行高效地计算。

本发明采用的具体技术方案如下：

一种基于状态方程的发动机性能预测方法，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。

进一步地，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：