PA6柴油机消磁工况下瞬态特性的仿真研究
柴油机燃用生物柴油低温燃烧性能的仿真研究
柴油机燃用生物柴油低温燃烧性能的仿真研究近年来，世界石化燃料储量日益枯竭，人类对有害污染物的排放管制越来越严格，发动机可再生替代燃料和低排放燃烧策略因而引发广泛关注。
从植物油、废动物脂肪和废餐馆油脂(黄油脂)中提炼的烷基单酯通常被称为生物柴油，生物柴油由于其可再生性、极低的硫和芳烃含量、较高的十六烷值、较高的生物降解性和分子中富氧的优点，已成为更清洁的替代燃料，可用来填补石化柴油燃料的需求缺口[1-9]。
生物柴油具有与石化柴油大致相似的特性，即使没对发动机进行任何改造，也可直接用于柴油发动机。
与传统的柴油燃料相比，生物柴油富氧可使燃烧更完全，从而有效地减少发动机的颗粒物(PM)、一氧化碳(CO)和未燃物(THC)排放。
但是在柴油机上使用生物柴油会使NOx 排放升高[7-9]。
低温燃烧模式可同时降低NOx和炭烟排放[10-11]，通常是由大EGR(Exhaust Gas Recirculation，废气再循环)率来实现，这种方式用在生物柴油发动机上也有类似效果[12]。
据前人的研究结果可知，该机型在EGR阀全开时的EGR率不足以使发动机从传统燃烧模式向低温燃烧模式转变[13-14]，因此还需要采取其他技术手段。
邱伟[14]以4JB1柴油机为对象，进行了EGR结合推迟供油的手段实现柴油机低温燃烧的试验研究，其研究结果为本研究提供了柴油实现低温燃烧的性能变化的试验依据。
相关研究表明[14-16]，推迟喷油可以降低NOx 排放，但必然会对其他性能产生影响。
因此本研究针对EGR率和喷油正时对柴油机燃用生物柴油的燃烧过程、经济性、动力性和排放特性的影响进行了研究，为在柴油机上使用生物柴油替代燃料实现低温燃烧提供依据，有利于生物柴油的普及和推广。
病害问题是影响鱼苗培育成活率的主要因素，做好苗种培育阶段的病害防治工作，是提高苗种培育成活率的关键，下面就介绍几种鱼苗培育前期经常发生且危害比较大的病害防治技术，供读者参考。
86-基于虚拟样机的16PA6STC柴油机配气机构的运动特性研究--5thCAE年会
配气机构约束关系
Table 4.2 Bound of Valve-Train system 约束名称 旋转铰 利用弹簧和阻尼模拟碰撞 圆柱铰 球铰
526
第五届中国 CAE 工程分析技术年会论文集
推杆与摇臂 摇臂与 ground 摇臂与气门 气门与 ground 气门与气门座圈 气门弹簧与气门 气门弹簧与 ground 气门座圈与 ground
′ω lV && = h′ω2 lV cosγ sin β + hT h [cos2 γ sin(α −γ − β) −λ cos2 α sin β] 3 V T lT sin(α −γ ) lT sin (α −γ )
2
（3）
（4）
l2 ——气门侧的摇臂臂长（摇臂中心 O 到圆柱面中心 O2 的距离） ；
4 结论
1. 本文采用 Pro/E 和 ADAMS 软件相结合的方法，建立起基于完整数字化原型样机的 16PA6STC 柴油机配气机构动力学模型，能够满足该复杂系统产品设计分析的需要。 2. 通过仿真分析获得的机构运动学参数与力学参数，不仅提供了机构各部件的运动与动 力学特性，而且为进一步基于多体动力学的结构强度分析与系统优化奠定了基础。 3. 在不同转速下进行仿真，发现气门落座一瞬间均存在振动，只是在低速时振动幅值较 小，而高速时振动幅值大。气门加速度在低速时的振动和高速时的落座冲击表明发动机的良 好运行有一定的转速范围。 参考文献： 参考文献：
图 5 排气阀速度
图 6 排气阀加速度
结合位移曲线可以看出：在升程曲线中斜率较大的部分所经历的时间内，速度值也较大。
柴油机机体与油底壳组合瞬态响应有限元分析
２１ 边 界 条 件 ．
为 了将机体 振动响应分析结果更加准确 ，分析计算 时位 移边界条件需要与实际位 移约束条件保 持一致。实际工作中 ， 气缸体 由靠前端 的左右 共 ８个螺栓左 右 固定 ，为此将左右 ８ 个螺栓孔位 置的进行约束。考虑到后端 面通过 ８个螺栓 固定 于 飞轮壳 上 ，将这 ８个螺栓连接处节 点的所有 自由度进行 全 约束 。同时发动机机体上还装有其他附件 ， 如进 气管 、 排气管 、 启动 电机 和喷油泵等 ， 这些 附件一般通过螺 栓连接到机体上。 由于发 动机本身具有较大的刚度 ， 以安装 连接这些附件后 ， 所 对机体本 身刚度 的影 响很小 ， 其忽略。 将
１ 机体及 各组 件有 限元 模 型的 建立
２ 机 体 及油 底壳 边界 条件 与激 励 力的加 载
本文利用 Ａ Ｓ Ｓ有限元分析软件 的实体建模功能 ， ＮＹ 直接 在 Ａ Ｓ Ｓ中建 立了机体 、 ＮＹ 缸套 、 油底壳 的实体模 型。 相对其他 部分 ， 机体上部刚度大 ， 刚度最 薄弱 的裙部是机体结构振动 中
《 装备制造技术）００年第 １ ） １ ２ 期
柴 油机 机 体 与油 底 壳组 合 瞬 态 响应 有 限元 分 析
阙沛祯 ， 黄锦 成 ， 建宾 ， 昊 秦 窦
（ 西 大 学 机械 工 程 学 院 ， 西 南 宁 ５ ０ ０ ） 广 广 ３０ ４
摘 要： 采用 ＡＮＳ Ｓ有限元分析软件 建立了 ４ ５型 柴油机 机体和油底 壳组合 的有 限元模 型， Ｙ ９ 对机体施加 缸 内压 力， 活塞侧 向力 以及
12PA6V柴油机热工故障仿真系统研究
续工作进度 ， 同时工程完成后的软件维 护核心模块功 能的增 加 ， 给使 用者增 添很大 的难度。为 了简化建模 工作 ， 将 采用 面向对 象的方法进 行建模 。按 照柴油 机 的结构模 型 和功能 模型 ， 把柴油 机划分 为进气 管 、 气缸 、 排气管 、 涡轮增压 器等
维普资讯
（ ＜ １２ ） 口 ｔ５
在当前计算机计 算技术 和柴 油机 工作过 程数值 模拟 计 算方法高度发展下 ， 故障模 拟计算是获得这 种样本集 的有 效
方法 。本 文 利 用 船 用 四 冲程 涡 轮 增 压 柴 油 机 热 工 故 障 仿 真
仉 ＝｛ 口＋１ ３ 【 （ ） ／
１
（． １２ 口≤２ ５≤ ）
的气体质量 ， 为相应气 体的焓 ； ｍ ｈ ｄ ａ为在 咖 转 角 内正 常、
柴油机故障仿真 的对象是个大型复杂 的系统 ， 传统 若按
面向结构的方法将整个系统视为一个整体来 考虑 ， 照数据 按
流 向 自顶 向 下 的 进 行 ， 模 工 作 将 十 分 复 杂 ， 样 会 大 大 延 建 这
（ ＞ ２ 口 ）
则 燃烧 放 热 率 ： Nhomakorabea模型编写程序 ， 结合 国内外柴 油机 制造厂 台架试 验 的数 据 ，
可以模拟计算柴油机涡 轮增压 系统 流道 污阻 、 塞 等故障 ； 堵
＝ （ 等 仉崎 雾＋
式 中 ： ，。为 量 纲 一 的 量 ， 别 表 示 在 某 一 曲 轴 转 角 时 ％ 分
理。
体 ， 内能 、 其 比热容仅 与气 体 的温度及组 成有关 ； 气体 流入 、 流出为准定常 流动 ； 出 口的动能忽略不计 。考 虑到漏泄等 进
热工 故 障 的影 响建 立 气 缸 内模 型 。 （） １ 能量 守 恒 方 程 ：
应急柴油发电机组的建模与瞬态仿真
应急柴油发电机组的建模与瞬态仿真【摘要】本文建立了某柴油发电机组柴油机的瞬态仿真模型，在Matlab/Simulink仿真平台编制了仿真计算程序，根据核电站反应堆安全停堆的负荷特性，进行了柴油机突加负载瞬态仿真计算，预测了柴油机的转速、喷油量、进气压力以及齿条位置等参数的变化。
将计算结果与国外某公司的计算结果进行了对比分析，验证了所建立仿真模型的准确性及实用性。
【关键词】柴油机；发电机组；瞬态；建模；仿真引言核电站遇到突发事件时，需要迅速启动柴油应急发电机组，对核反应堆进行及时冷却停堆，以避免重大事故的发生，这对柴油机的加载过程中的负载变化响应提出了严格的要求。
在机组设计时，必须根据反应堆安全停堆负荷特性对机组的启动及瞬态加载能力进行模拟。
本文建立了某柴油发电机组柴油机的瞬态仿真模型，在Matlab/Simulink仿真平台编制了仿真计算程序，根据某核电站反应堆安全停堆的运行特性，进行了柴油机加载过程的仿真模拟研究。
1 柴油机仿真的数学模型1.1 柴油机气缸内的基本方程假定气缸内的工质在任意时刻都是混合均匀的，各处的压力、温度和成分都相同，则可用压力、温度及质量三个基本参数表示缸内气体的状态，即能量守恒方程、质量守恒方程及状态方程，联立求解可得到气缸内温度Tz对曲轴转角的变化率：式中Vz为气缸工作容积，Qf为燃料燃烧的放热量，Qw为通过气缸壁的传热量，ms，mz为流入流出气缸的工质质量。
1.2 燃油燃烧放热规律本文所计算的是中高速柴油机，故选用双韦伯函数代用燃烧放热规律：双韦伯函数把预混合燃烧与扩散燃烧分开考虑，dx1/d代表预混合燃烧，dx2/d代表扩散燃烧，两种燃烧的持续期分别为zp与zd，τ=zp/2代表预混合燃烧领先角，Qp代表预混合燃烧的燃料分数，Qd代表扩散燃烧的燃料分数，Qp+Qd=1。
1.3 燃烧室周壁的热传导工质与气缸盖底面、活塞顶面和气缸套的表面等燃烧室诸壁面进行换热。
根据工质对燃烧室周壁的瞬时平均换热系数αw和壁面的平均温度Tw，按传热学中的牛顿公式，计算燃烧室周壁传热率：式中，n为柴油机转速；w为瞬时平均传热系数，采用Woschni公式计算；Ai为换热面积；Tz为气缸内工质瞬时温度；Tw为壁面的平均温度；i为1、2、3分别指气缸盖、活塞和气缸套。
16PA6STC柴油机整机虚拟样机及运动学仿真研究
16PA6STC柴油机整机虚拟样机及运动学仿真研究肖民;徐天明;姚寿广【摘要】目前国内对于柴油机虚拟样机技术的研究,往往局限于柴油机的某一个运动机构,不能对柴油机整体进行较为完整的建模和分析,也无法反映各机构之间的配合.针对这个问题,基于虚拟样机技术,利用Pro/engineer平台与Adams平台建立了16PA6STC型柴油机整机的虚拟样机,并对其进行了运动学仿真.仿真得到该样机各部件的运动学特性与理论计算结果较吻合.该样机的建立考虑了各机构之间的配合,比单个机构的虚拟样机能更好地反映柴油机整体的运动情况,可为该型柴油机的优化和设计改进提供可靠的依据.【期刊名称】《江苏科技大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2010(024)003【总页数】5页(P263-267)【关键词】柴油机;虚拟样机;运动学仿真【作者】肖民;徐天明;姚寿广【作者单位】江苏科技大学,船舶与海洋工程学院,江苏,镇江,212003;江苏科技大学,船舶与海洋工程学院,江苏,镇江,212003;江苏科技大学,船舶与海洋工程学院,江苏,镇江,212003【正文语种】中文【中图分类】TK422柴油机的“传统设计”主要采用“设计—试验—修改设计—再试验”这种多次反复的方法,一个型号柴油机的开发一般需要10年的时间, 耗费巨大[1].为了加快新型机械设备的研发速度,提高质量、减少成本[2],就需要一种新的技术来改变这种传统的设计方法.虚拟样机技术[3]的出现为解决柴油机的设计优化问题提供了一条可行之路.虚拟样机技术是机械工业的一项新兴技术[4],是一种应用产品数字化设计和计算机仿真技术构建产品的3D数字模型,并模拟真实产品,对其性能和行为进行仿真的一种全新的产品数字化设计方法[5].利用虚拟样机可代替物理样机对产品进行创新设计、测试和评估,缩短开发周期,降低成本,改进产品设计质量,提高面向客户与市场需求的能力[6].但是,目前我国国内对于柴油机虚拟样机技术的研究,往往局限于对某一个运动机构的研究.文献[7]建立了12VPA6柴油机曲轴-连杆-活塞机构的虚拟样机,对其进行了运动学与动力学仿真;文献[8]建立了4100QB发动机配气机构的虚拟样机;文献[9]建立了多级齿轮传动系统的虚拟样机.以上对于虚拟样机技术的研究,对柴油机不同的运动机构进行了仿真,也都得出了较准确的结果,但都没有对一台完整的柴油机进行虚拟样机的建立及运动学仿真研究.针对当前柴油机虚拟样机建立不完整的问题,本文充分考虑各机构之间的配合关系,对柴油机的虚拟样机技术进行了进一步的研究.本文基于虚拟样机技术,利用Pro/engineer wildfire 2.0 三维实体建模软件与Adams 2005仿真软件建立了16PA6STC柴油机整机的虚拟样机,并在Adams环境下对该样机进行了仿真运行,得到了该样机的运动学特性参数.对得到的参数进行分析后发现,该虚拟样机的运动学仿真特性与理论计算数据吻合较好,不但建立起了该型柴油机的虚拟样机,而且还形成了一套完整的建立柴油机整机虚拟样机的方法.1 整机虚拟样机的建立1.1 三维实体模型的建立根据16PA6STC 柴油机图纸,在Pro/engineer中建立16PA6STC柴油机整机的三维实体模型,整机三维实体模型包括以下部件: ① 曲轴-连杆-活塞机构; ② 配气机构;③ 正时齿轮传动机构; ④ 主要固定件.为了保证运动学仿真结果的准确性,主要运动部件的模型需要严格按照16PA6STC柴油机图纸来建立.固定件模型的建立则在保证其结构轮廓基本准确,重心位置正确的前提下,尽量简化模型以提高模型的仿真效率.然后按照各零部件的实际配合情况进行虚拟装配形成整机的三维实体模型,装配中要特别注意配气机构、曲轴-连杆-活塞机构和齿轮传动机构各自所处的相位,只有三者都处在准确的位置角度才能保证虚拟样机的正确性.建立的16PA6STC柴油机三维实体模型如图1所示.图1 16PA6STC柴油机整机三维实体模型Fig.1 3D solid model of 16PA6STC diesel1.2 多刚体模型的建立首先,利用Pro/engineer与Adams的接口Mechanism/pro模块[10-11]将16PA6STC柴油机整机三维实体模型中的各零件分别定义为刚体.刚体的定义采用Mechanism/pro中By Selection(手动逐个添加)的功能,原则上将具有相同运动状态的零件定义为一个刚体,例如将活塞顶部与活塞裙部定义为一个刚体,连杆及上下轴瓦定义为一个刚体.所有刚体定义完成后就可以进行约束的添加,每2个相互接触刚体之间都存在至少一个约束,需完成以下类型约束的添加:固定副、旋转副、移动副、球副、圆柱副.Mechanism/pro并不能完成所有约束的添加,某些复杂的约束,如碰撞、齿轮副、基本副和弹簧还需在Adams软件中进行添加.完成约束的添加之后16PA6STC柴油机整机多刚体模型就建立起来了,见图2,为方便观察隐藏了机架及部分气缸盖、气缸体.图2 16PA6STC柴油机整机多刚体模型Fig.2 Multi-rigid body model of16PA6STC diesel1.3 虚拟样机的建立要完成16PA6STC柴油机整机虚拟样机的建立,还需要完成数据的转换、剩余约束的添加,并对参数进行修改.首先,将建立的16PA6STC柴油机整机多刚体模型保存为Adams可读的格式,并由Adams读入.然后在Adams中完成剩余约束的添加:包括正时齿轮传动机构处的4个齿轮副、凸轮与气阀挺杆之间的碰撞,并在配气机构气阀上下座之间添加弹簧.最后,完成约束的添加之后,就可以对以下模型参数进行修改: ① 样机各零件的材料属性,包括材料的名称、密度、杨氏模量和泊松比; ② 零件之间的碰撞参数,根据常见金属碰撞参数表,对零件之间碰撞添加Stiffness(刚度系数)、Force Exponent(力的非线性指数)、Damping(最大粘滞阻尼系数)、Penetration Depth(最大阻尼时的变形系数); ③ 弹簧的参数,包括弹簧刚度、弹簧阻尼与预载荷; ④ 驱动转速及力载荷,驱动转速的设定要视具体工况而定,本文中选择16PA6STC柴油机额定工况下的转速,即1050r/min.力载荷为缸内气体压力,其施加通过Adams中Spline(样条曲线)功能实现.先将计算得到的缸内压力随时间变化关系用txt文档将数值保存下来,然后用Adams将txt文档导入为Spline格式,并施加到每个活塞的上顶面.计算得到的缸内压力p曲线如图3所示,曲轴转角θ为0°时为压缩行程结束上止点位置(其它图与之相同).完成约束添加及参数修改之后,16PA6STC柴油机整机虚拟样机就建立起来了,为了方便观察各主要运动件的安装及运动情况,将机架、油底壳等固定件透明化处理,16PA6STC柴油机整机虚拟样机如图4所示.图3 缸内压力曲线Fig.3 Curve of pressure inside cylinder图4 Adams环境下16PA6STC柴油机整机虚拟样机Fig.4 Virtual prototype model of 16PA6STC diesel in Adams2 运动学仿真分析2.1 样机调试及仿真运行在样机运行之前,使用Adams中的约束检查功能查看整个样机是否存在冗余约束,若存在冗余约束则需要对冗余的约束进行修改,直到冗余约束为零.在CPU为Intel奔腾双核2.20GHz、内存为1G的计算机上运行15min左右后,完成了16PA6STC柴油机的运动学仿真,得到一系列额定工况下16PA6STC柴油机运动学特性参数.16PA6STC柴油机16个气缸各缸的活塞及配气机构运动规律完全相同,只是彼此相差一个相位角,故文中仅选取A1气缸的曲轴-连杆-活塞机构、配气机构作为分析对象.仿真运行的时间表明,建立的16PA6STC柴油机整机虚拟样机对计算机要求较低,样机运行速度较快.2.2 曲轴连杆活塞机构运动学特性图5为A1缸活塞运动学特性理论曲线,s为活塞位移，v为活塞速度，a为活塞加速度.图6为A1缸活塞运动学特性仿真曲线.对比图5,6可以看到,仿真曲线与理论曲线的变化趋势一致且数值基本吻合,存在少许差异是因为理论曲线是在转速恒定的理想情况下计算出的,而仿真过程中曲轴转速并不是恒定不变,而是存在少许波动的.a) 活塞位移理论曲线b) 活塞速度理论曲线c) 活塞加速度理论曲线图5 活塞运动学特性理论曲线Fig.5 Curves of theoretical calculation on piston′s kinematics characteristicsa) 活塞位移仿真曲线b) 活塞速度仿真曲线c) 活塞加速度仿真曲线图6 活塞运动学特性仿真曲线Fig.6 Curves of simulation on piston′s kinematics characteristics2.3 配气机构运动学特性图7为A1缸进气阀运动学特性理论曲线,图8为该进气阀运动学特性仿真曲线.对比图7，8可以看出,进气阀的仿真升程曲线与理论曲线基本一致,仿真升程曲线最大值为20.945mm,理论升程曲线最大值为20.051mm,误差为4.46%.该误差主要是由进气阀到达最大升程瞬间的惯性力引起的,另外弹簧的波动对其也有一定影响.由于在理论计算和仿真过程中均将气门间隙设置为0,因此气门间隙对该计算结果没有影响,也不产生误差.仿真速度、加速度曲线与理论速度、加速度曲线变化趋势一致,数据较吻合.但仿真的速度、加速度曲线存在一定的波动,这是由于零件之间的碰撞及摩擦力等因素导致的,这相对于理论计算更真实地反映了零件之间的相互作用及进气阀的运动情况.a) 进气阀升程理论曲线b) 进气阀速度理论曲线c) 进气阀加速度理论曲线图7 进气阀运动学特性理论曲线Fig.7 Curves of theoretical calculation on inlet valve′s kinematics characteristicsa) 进气阀升程仿真曲线b) 进气阀速度仿真曲线c) 进气阀加速度仿真曲线图8 进气阀运动学特性仿真曲线Fig.8 Curves of simulation on inlet valve′s kinematics characteristics图9，10分别为排气阀运动学特性的理论曲线与仿真曲线.从图9，10可以看到排气阀运动学特性的仿真曲线与理论曲线变化趋势一致,数值较吻合.仿真曲线存在速度及加速度的波动,更真实地反映了排气阀的运动情况.对比图8，10还可以看出进气阀与排气阀的气阀重叠角约为175°CA,与16PA6STC柴油机技术文件中标明的176°CA大致相同,这进一步说明了仿真的正确性.对图6，8，10进行综合对比可以得出如下结论: ① 进气阀开角约为活塞排气上止点之前55°CA,关角约为活塞进气下止点后33°CA;排气阀开角约为活塞膨胀下止点前70°CA,关角约为活塞排气上止点后120°CA.对比16PA6STC柴油机技术手册中的气阀开、关角度,可以看出所建立的16PA6STC柴油机整机虚拟样机的各运动机构相位配合较准确. ② 从主动机构(曲轴-连杆-活塞机构)到从动机构(配气机构),速度及加速度运动特性曲线的波动有所加剧.这是由于整个柴油机的运动传递由曲轴-连杆-活塞机构,经过正时齿轮传动机构,再到配气机构,零件之间的碰撞越来越复杂,速度和加速度的变化也越来越不规则,这更真实地反映了实际情况下柴油机各机构的运动情况.a) 排气阀升程理论曲线b) 排气阀速度理论曲线c) 排气阀加速度理论曲线图9 排气阀运动学特性理论曲线Fig.9 Curves of theoretical calculation on outlet valve′s kinematics characteristicsa) 排气阀升程仿真曲线b) 排气阀速度仿真曲线c) 排气阀加速度仿真曲线图10 排气阀运动学特性仿真曲线Fig.10 Curves of simulation on outlet valve′s kinematics characteristics3 结论1) 基于虚拟样机技术,建立了16PA6STC柴油机整机的虚拟样机,并对其进行了运动学仿真模拟.2) 对仿真结果的研究发现,该样机的运动学仿真特性与理论计算结果较吻合,且比理论方法更能反映16PA6STC柴油机的真实运动情况.3) 形成了一套建立柴油机整机虚拟样机的方法,与单个运动机构的虚拟样机相比,更能准确反映柴油机整体的运动情况及机构间的配合情况.4) 16PA6STC柴油机整机的虚拟样机建立较成功,该样机可用于16PA6STC柴油机整机的性能评测、优化及设计改进,也可为其他类型柴油机的分析、优化、设计提供参考.参考文献[1] 刘子强,冯明志,李丽婷,等.数字化设计技术在船用柴油机设计中的应用[J].柴油机,2006,28(6):8-10.Liu Ziqiang, Feng Mingzhi, Li Liting, et al. 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柴油机论文：柴油机进气过程的数值仿真研究
柴油机论文：柴油机进气过程的数值仿真研究【中文摘要】对柴油机而言,要使混合气形成和燃烧的过程完善,提高柴油机的动力性、经济性和排放指标,除了选择合适的进气道获取最佳涡流比外,还必须增加柴油机气缸内的进气充量,而提高进气充量与进气系统结构参数有关；所以,研究进气系统结构参数对充量的影响规律对于改善柴油机性能具有十分重要的意义。
合理设计进、排气系统是提高柴油机充气效率的有效措施之一。
进气管内气体的压力波动不仅影响进气门开启期间气缸的进气量,而且在进气门关闭后,还将影响下一循环气缸的进气量。
压力波动对气缸进气量的影响程度和进气管的长度、管径、发动机转速等因素有关。
随着计算机技术的发展,人们对进气系统的研制多采用数值模拟计算和少量试验相结合的方法。
通过正确地运用模拟计算,可以方便地对多种方案进行性能的预测和比较,分析各种因素对充气性能的影响,以判断其改进方向,最终通过少量的试验验证,就可以达到改善柴油机性能的。
论文主要研究进气系统对某单缸柴油机进气管内压力波动、进气充量和泵气损失的影响。
通过实验和模拟计算相结合的方法来合理设计进气系统的参数,有效利用进气谐振来改善进气系统的压力波动,提高发动机的充气效率,降低进气损失,进而改善柴油机性能。
首先,论文在阅读了大量与课题相关的国内外文献的基础上,系统地总结了发动机进气谐振系统的研究现状,研究了进行模拟计算所涉及的物理数学模型；其次,利用发动机一维流体计算软件AVL Boost建立了单缸柴油机的工作过程仿真模型,并通过计算结果和实验数据对模型的可靠性进行了验证；然后,利用建立的柴油机工作过程仿真模型对发动机进气系统的各零部件进行了优化计算,给出了最佳的进气系统参数；最后,为了充分利用发动机的进气动态效应,设计了一种新型的空气滤清器,并介绍了其工作原理和总体结构。
【英文摘要】For diesel engine, to improve the formation and combustion of the mixture and to improve the engine’s power, fuel economy and emissions targets, in addition to selecting the appropriate inlet swirl ratio for the best, it’s necessary to increase the gas charge into the diesel engine cylinder, while the structural parameters of the intake system has a relationship with the intake gas charge; so it’s of great significance for improving engine performance that we do some research on the influence rules of the structural parameters of the intake system on the gas charge.Rationally design the intake and exhaust system is one of the effective measures to improve the engine volumetric efficiency. The gas pressure fluctuations in the intake pipe affect the gas charge not only in the intake valve opening time but also in the intake valve closing time of the next engine cycle. The degree of influence of pressure fluctuations on the gas charge has a relationship with the intake pipe length, diameter, engine speed and otherfactors.With the development of computer technology, people prefer to use numerical simulation combined with a few experiments to develop the intake system. Through the proper use of simulation, we can easily predict and compare a variety of projects, analyze various inflation factors on engine performance, in order to determine the direction of its improvement, and in the end through a small number of test verification, we can achieve the purpose of improving diesel engine performance.This paper studies the influence of intake system of a single cylinder diesel engine on intake manifold pressure fluctuations, intake gas charge and pumping loss. Through the combination of experiment and simulation, we confirm the rational design parameters of intake system; Through the effective use of intake resonance, we improve the intake system pressure fluctuations and improve the engine volumetric efficiency and lower air intake losses, thereby improving engine performance. Firstly. I have read a lot of literature of related topics, based on a systematic summary of the engine intake resonance research, studied the simulation calculations of the physical and mathematical models; Secondly, I establish a single-cylinder diesel engine simulation model through the use of the engine one-dimensional fluid calculationsoftware AVL Boost, and validate the reliability of the model through the calculation result and the experimental data; Then, using the established simulation model of diesel engine working process, all parts of the engine intake system are optimized, and the best intake system parameters are given; Finally, in order to take full advantage of the dynamic effect of the engine intake system, I design a new type of air filter, describe the working principle and present the overall structure.【关键词】柴油机进气系统充气效率泵气损失数值仿真【英文关键词】diesel engine intake system volumetric efficiency pumping loss numerical simulation【目录】柴油机进气过程的数值仿真研究摘要9-10ABSTRACT10-11第1章绪论12-22 1.1课题的背景和意义12-13 1.2 发动机进气谐振系统研究现状13-16 1.3 发动机进气系统模拟计算研究现状16-20 1.4 本课题的主要研究内容20-22第2章 AVL Boost软件数值模拟理论基础22-42 2.1 气缸子系统高压循环过程的计算22-29 2.1.1 气缸子系统基本假设22-23 2.1.2 气缸子系统基本微分方程23-24 2.1.3燃烧放热率的计算24-25 2.1.4 气缸工作容积的计算25-26 2.1.5 传热计算26-28 2.1.6 气缸漏气损失的计算28-29 2.2 气缸子系统换气过程的计算29-34 2.2.1 进排气质量流率的计算30-33 2.2.2 进排气道传热的计算33-34 2.3 进排气子系统的计算34-40 2.3.1 进排气子系统基本假设35 2.3.2 进排气子系统基本微分方程35-36 2.3.3 管道阻力的计算36-39 2.3.4 空滤器计算模型39-40 2.4 本章小结40-42第3章柴油机工作模型的建立及验证42-52 3.1 循环模拟软件42-43 3.2 模型的建立43 3.3 参数的确定43-50 3.3.1 边界条件的确定43-44 3.3.2 平均摩擦损失压力的确定44 3.3.3 循环喷油量的确定44-45 3.3.4 各管道和元件参数的确定45-46 3.3.5 气缸模块参数确定46-50 3.4 模型的验证50-51 3.5 本章小结51-52第4章进气谐振系统的优化52-78 4.1 进气动态效应52-55 4.2 进气系统优化计算55-73 4.2.1 空滤器阻力的分析55-59 4.2.2 进气管长度的分析59-70 4.2.3 进气管直径的分析70-72 4.2.4 可变长度进气管的理论分析72-73 4.3 新型滤清器的设计73-75 4.3.1 技术背景73 4.3.2 工作原理简介73-74 4.3.3 总体结构设计74-75 4.4 本章小结75-78第5章总结与展望78-80参考文献80-84致谢84-86攻读硕士学位期间发表的学术论文及参与的科研项目86-87学位论文评阅及答辩情况表87。
基于多体动力学的柴油机瞬态转速仿真研究
括大 地 ） ；机 组 的 多刚体 系 统 动力 学模 型 如 图 １ 所
示。
律性 ． 于 非 正常 工作 状 态 的柴 油机 动 力性 能 将 受 处 到 影 响 ， 导 致 瞬 态 转 速 波 动 而产 生 畸变 ， 此 可 将 据
以判 断各气 缸 的工作 状态 。
瞬态 转 速 的仿 真 可 以 通 过 改 变仿 真 模 型 中输
２ 仿 真 模 型 的试 验 验 证
由 于柴 油 机 的零 部 件 众 多 ， 构 复 杂 ， 动 方 结 运
态 转 速 波 动 对 比 、 态 角加 速 度 对 比 、 谱对 比图 瞬 频
谱。
式多种多样 ， 既有 曲轴 的旋 转 运 动 ， 有 连 杆 的平 也 面运 动 。因此 ， 在建模 的过程 中 ， 不可避 免 地对各 零 件 间 的约束进 行 了理想 简 化 。然 而简化 后 的多体 动 力 学 模 型 能 否 还 能 在 一 定 程 度 上 准 确 反 映 其 物 理 实 体 的动态 特性 ， 不得 而知 。因此 ， 这 有必 要对 所建
圈 １多 刚体 动 力 宇 ｛ 奠型
根据 轴 系各 个 零 件 间 的实 际 运 动 关 系将 运 动
副简化 成 理想 约束 。其 中 ， 活塞 销 与连 杆 小头 简化
１ 柴 油机 动 力学 仿 真 模 型 的 建 立
柴 油机 瞬态 转 速 是 气 缸 压 力 和 往 复 惯 性 力 相 互 作 用 的结 果 ， 响瞬 态转 速 的主 要 因素 包 含 在柴 影
中 ， 对 应 的 刚体 替 换 成 柔 性 体 ． 现 动 力 传 递 系 将 实
张 昌锋
黄 映 云 高 浩 鹏 ： 基于 多体 动 力 学 的 柴 油 机 瞬 态转 速 仿 真 研 究
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采 集 和分 析 系统 、高灵 敏度 传感 器 等测试 设 备 ，成 本 较 高 。而采 用 由试验 数据 验证 的仿 真模 型模 拟 涡
模 型 对 Ｐ ６柴油 机调 速 器 、涡轮增 压 器和进 排 气管 等 系统 对 消磁 脉 冲 的响 应 进 行 了分 析 。分 析 Ａ
表 明 ，该模 型对稳 态工 况和 瞬态 工况都 具有 较好 的预 测 能力 。 由此 可 以提 出柴 油机在 消磁 工 况下
各 系统 的相应 改进 方 案 。
喷油泵 一 调速 器 系 统 和 曲轴 扭 矩输 出 系统 。气 缸 不
仅 与排 气管 相连 ，而且通 过转 矩 、转速 、负 荷与 调 速 器 、油泵 联 系在一 起 。某 瞬时所 谓转 速与 给定转 速 的差 别决定 了调速 器 的工作 ；转 速与调 速 器 的工 作 又决 定 了油泵 的供 油量 ；该 瞬 时循环供 油 量及气 缸 内的空气 量又 决定 了气 缸 的燃烧 情况 。认 为在 柴
Ｗａ ｇＳ ｉ ｎ ，ＡｎＳ ｉ ｅ ｈ ｏＬ ｍｉ ｎ ｈｍｉｇ ｈｊ ，Ｓ ａ ｉ ｎ ｉ
（ ｏ ｅｅｏ ｒ ｅａ ｄＰ ｗ ｒ ｎｉｅｒ ｇ Ｎ ｖ ｎ ｅｓｙｏ ｎｉｅｒ ｇ Ｈｕ ｅ ｈ ｎ ３ ０ ３ Ｃ ｌ ｇ ｆ ｉ ｎ ｏ ｅ ｇ ｅｉ ， ａｙＵ ｉ ｒｉ ｆ ｇ ｅｉ ， ｂｉ ｌ Ｍａ ｎ Ｅ ｎ ｎ ｖ ｔ Ｅ ｎ ｎ Ｗｕ ａ４ ０ ３ ）
Ｍａｌ ｂ ｉ ｌｎ ａ ｅ ｎ ｆ ｌ— ｍｐｔ ｔ ｄ，ａ ｄ ｅ ｃｔｍｅ ｓ ｆｏ ｔ ｅ ａ ｓ ｕ ｓ ｓ ｔ ｈ ｙ ｔ ｍｓ ｔａ ／Ｓ ｍｕ ｉ ｋ ｂ ｓ ｄ ｏ ｕ ｌｅ ｙ ｍｅｈｏ ｎ ｘ ｉｅ ｎｔ ｒ ｍ ｈｅ ｄ ｇ ｕ ｓ ｐ ｌｅ ｏ ｔ ｅ ｓ ｓｅ ｌｋ ｐｅ ｄ ｒ ｇ ｌ ｔｒ ｕｒ ｉ ｅ ａ ｄ ｐ ｐ ｌｎ ｓｗｅ ｅ ａ ａｙ ｅ ｙ ｔ ｓｍｏ ｅ ．Ａｎ ｈｅ ｓｍｕ ａｉ ｎ ｒ ｓ ｌｓｓ ｏ ｉ ｅ ｓ ｅ ｅ ｕ ａ ｏ ，ｔ ｂ ｎ ｎ ｉ ｅｉ ｅ ｒ ｎ ｌｚ ｄ ｂ ｈｉ ｄ １ ｄ ｔ ｉ ｌｔｏ ｅ ｕ ｔ ｈ ｗ ｔ ａ ｈ ｓ ｍｏ ｅ ｓｇ ｏ ｔｆｒ ｃ ｓｉ ｇ ｂ ｔ ｈｅ ｓａ ｌ ｎ ｒ ｎ ｉｎ ｒ ｉ ｇ ｃ ｎ ｔｏ ｓ ｈ ｔｔ ｉ ｄ ｌｉ ｏ ｄ ａ ｏ ｅ ａ ｔｎ ｏ ｈ ｔ ｔ ｂ ｅ ａ ｄ ｔａ ｓｅ ｔｗｏ ｋ ｎ ｏ ｄｉ ｎ ．Ｔｈ ｓ ｉ ｒ ｖ ｍｅ ｔ ｉ ｕ ｍｐ ｏ ｅ ｎ
０ 引 言
柴 油机 瞬态 特性 是指 在变 速或 变 负荷情 况下 柴 油机 的性能 。 随着柴 油机 强化 度及 增压 度 的进一 步
提高 ，瞬态 特性 问题 也变 得 突出 。为 了改善 涡 轮增 压柴 油机 加速 和 加载过 程 中的性能 ，必 须对 其 瞬态 特性 进行 试 验研 究或 理论 模拟 研究 。由于 瞬态特 性 的特 点 ，试验 研究 需要 快 速 响应测 功器 、高 速数 据
关 键 词 ：柴 油机 ；瞬 态特性 ；消磁 ；仿 真模 型
中 图分类 号 ：Ｔ ４ １ ２ Ｋ ２ ． 文献 标识 码 ：Ａ 文章 编 号 ：１０ ４ ５ （ ０ １ ０ ０ １ ０ ０ １— ３ ７ ２ １ ） ５— ０ ５— ４
Ｍ ｏ ｅｉ ｇ ｏ ｄ ｌｎ ｆＰＡ６ Ｄｉｓ ｌＥｎｇｎｅ Ｔｒ ｎ ｉｎ ｅ ｅ ｉ ａ ｓｅ ｔＣｈａ ａ ｔｒｓｉ ｒ ｃｅ ｉｔｃ Ｕｎｄｅ ｇ ｕｓｉ ｎｄ ｔｏ ｒ Ｄｅ ａ ｓｎｇ Ｃｏ ｉｉ ｎ
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第３ ３卷（ ０ １ 第 ５期 ２１ ）
柴油机
Ｄｉ ｓ ｌＥｎ ｉ ｅ ｅ ｅ ｇｎ
…
…
｛ 智能化与控制 ；
Ｅ Ｈ ‘ 】 … 】 … Ｈ ｌ ●
Ｐ ６柴 油 机 消 磁 工 况 下 瞬 态 特 性 的 仿 真 研 究 Ａ
王世 明 。安 士杰 ，邵 利 民
（ 军工 程大 学船 舶 与动力 学 院 ，湖北武 汉 ４ ０ ３ ） 海 ３０３ 摘 要 ：用 Ｍａ ａ ／ ｉ ｌ ｋ建立 了一 个基 于充 满一 空法 的 Ｐ ６柴 油机 瞬 态 工作过 程模 型 ，用此 ｔｂＳ ｉ ｌ ｍｕ ｎ 排 Ａ
对消磁脉冲的响应进行了分析。
１ Ｐ ６柴 油 机 瞬 态 工 作 过 程模 型 Ａ
用 充 满． 排空 法 和 热 力 学 第 一定 律 建 立 了柴 油 机 的瞬态工 作过 程模 型 ，在模 型 中考虑 了柴 油机 的 每一个 气 缸 、排 气 总 管 、涡 轮 、压 气 机 、进 气 管 、
Ａｂ ｔ ｃ ：Ａｎ ｔａ ｓｅ ｔ ｗ ｒ ｉ ｇ ｐ ｏ ｅ ｓ ｓｍｕ ａ ｉｎ ｍｏ ｅ ｏ Ａ ｉ ｓ ｌ ｅ ｇ ｎ ａ ｓａ ｌ ｈ ｄ ｗｉ ｓｒ ｔ ａ ｒ ｎ ｉ ｎ ｏ ｋ ｎ ｒ ｃ ｓ ｉ ｌｔ ｄ ｌ ｆｒ Ｐ ６ ｄ ｅ ｅ ｎ ｉ ｅ ｗ ｓ ｅ ｔ ｂｉ ｅ ｔ ｏ ｓ ｈ