CN110728044B - 一种针对于活塞环槽内气体压力状态的集成计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于提供一种针对于活塞环槽内气体压力状态的集成计算方法，通过气室理论求得环槽内气体压力状态分布，而后基于参数化分析，得到影响气体压力的环槽几何参数显著性，且选取最为显著的影响因数作为判定依据。引入Pearson相关系数，建立环槽内气体压力状态与影响参数之间的函数关系。根据相关系数强度表，取0.6为相关程度分界线，而后逆推得到环槽几何参数的临界值。本发明同时适用于低速二冲程内燃机和中高速四冲程内燃机；集成了现有的两种主流计算方法，利用环槽轴向高度等显著因子有效地结合了简易替代法和传统理论计算方法，发挥了各自的优点，避免现有方法的缺陷。

Description

一种针对于活塞环槽内气体压力状态的集成计算方法

技术领域

本发明涉及的是内燃机中活塞环动力学特性分析、润滑特性分析等。

背景技术

活塞环是内燃机的关键零部件之一，其主要作用是润滑与气密。活塞环的润滑性能与气密性能都与环组间的窜气量密切相关，而窜气量取决于活塞环组间气体压力状态。活塞环槽内的气体压力是环组间气体压力状态的重要组成部分。因此，对活塞环槽内的气体压力状态分布进行研究分析，对于活塞环的动力学特性、润滑特性以及气密性都有着重要意义，且环槽内的气体压力状态的精确性会影响其他特性分析结果的精度，所以环槽内的气体压力状态分析还具有重要的工程意义。

目前文献中关于活塞环槽内气体压力状态的计算方法分为三种：

忽略环槽内气体状态对系统的影响，视环槽内气体压力值为零。这种方法易于实行，但将严重影响环组间气体状态分布计算结果的精度。

将环槽内气体压力等同于燃烧室内气体压力。这种方法也易于实行，且在多数情况下，能保证一定程度上的精度。而当环在环槽内的相对位置发生改变或环槽结构发生变化时，则该计算方法的精度会发生变化，从而产生计算偏差。

应用气室理论将环槽视为单独的气室进行数值计算。该方法较为复杂，不易实行。但该方法能保证环在环槽内任意位置时或环槽结构发生对应的变化时计算结果的精度。

发明内容

本发明的目的在于提供克服现有方法的缺陷，得到更加高效且准确的活塞环槽内气体压力状态计算方法的一种针对于活塞环槽内气体压力状态的集成计算方法。

本发明的目的是这样实现的：

本发明一种针对于活塞环槽内气体压力状态的集成计算方法，其特征是：

引入Pearson相关系数，建立环槽轴向高度与气体压力差之间的函数关系，Pearson相关系数公式如下式：

其中，x_i为在确定的环槽轴向高度下求得的环槽压力值；y_i为燃烧室压力值；i为曲柄转角度数；

当气缸压力与环槽内压力差值小时，将环槽内压力视为气缸压力进行处理；当气缸压力与环槽内压力差值大时，不可将环槽内压力视为气缸压力进行简化处理，而需利用气室理论进行精确计算；环槽内压力与气缸压力的相差程度，利用公式

所得的结果进行量化，对比下表确定环槽轴向高度临界值：

表r值范围对应的相关强度

所述环槽轴向高度临界值的计算方法为：通过公式

计算得到相关性系数与环槽轴向高度的函数关系，其中α为所设定关于环槽轴向高度的参数，h_cmax和h_cmin分别表示环槽轴向高度取值范围上下限，如下式所示：

设定当r＝0.6时为相关性临界线，当r>0.6时环槽压力与气缸压力非常相似，将环槽压力视为气缸压力从而简化计算模型；当r≦0.6时环槽压力与气缸压力相差过大，为保证模型精度则采用气室理论计算环槽压力；

结合下述公式得到环槽轴向高度临界值，hc*为环槽轴向高度临界值：

本发明的优势在于：

1、本发明不仅适用于低速二冲程内燃机的环槽内气体压力状态计算，同样还适用于中高速四冲程内燃机；

2、集成了现有的两种主流计算方法，利用环槽轴向高度等显著因子有效地结合了简易替代法和传统理论计算方法，发挥了各自的优点，避免现有方法的缺陷；

3、环槽内气体压力通常作为活塞环动力学分析模型、润滑特性分析模型等的中间子程序，而该方法将在保证计算精度的同时，提高上述模型的效率。

附图说明

图1为环槽压力结果示意图；

图2a为环槽深度L参数分析示意图，图2b为环岸半径D参数分析示意图，图2c为环槽轴向高度h_c参数分析示意图；

图3为本发明流程图；

图4为相关性系数随环槽轴向高度变化示意图；

图5为临界值计算过程示意图。

具体实施方式

下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：

结合图1-5，本发明的技术方案为：一种针对于活塞环槽内气体压力状态的集成计算方法，通过气室理论求得环槽内气体压力状态分布，而后基于参数化分析，得到影响气体压力的环槽几何参数显著性，且选取最为显著的影响因数作为判定依据。引入Pearson相关系数，建立环槽内气体压力状态与影响参数之间的函数关系。根据相关系数强度表，取0.6为相关程度分界线，而后逆推得到环槽几何参数的临界值。根据临界值判断得到，在临界值以上可使用方法(2)而在临界值以下使用方法(3)，从而形成一种针对于活塞环槽内气体压力状态的集成计算方法。

在本发明实施例中，通过气室理论计算得到的环槽压力如附图1所示。

在本发明实施例中，选取了5组不同类型的内燃机参数，如表1所示。并通过参数化分析得到了影响环槽内气体压力的主要影响因数为：环槽轴向高度、环槽深度、环岸半径，如附图2所示。其中环槽轴向高度影响最为明显，且为非线性影响。因此，选取环槽轴向高度为判定依据。

表1不同机型相关参数

在本发明实施例中，为得到环槽轴向高度的临界值，选取了5组不同类型的内燃机参数，并将其环槽轴向高度扩展到合适的取值范围，如表2所示。

表2不同柴油机环槽轴向高度对应的取值范围

在本发明实施例中，引入相关系数，通过相关强度，从而得到环槽轴向高度临界值，如下表3所示。

表3环槽轴向高度临界值

在本发明实施例中，通过临界值判定，可形成一种针对于活塞环槽内气体压力状态的集成计算方法，该方法可运用于活塞环动力学模型以及润滑模型中，如附图3所示。

本发明提供了一种基于气室理论的综合环槽气体集成计算方法，首先引入Pearson相关系数，建立环槽轴向高度与气体压力差之间的函数关系，Pearson相关系数公式如下公式1所示。

其中，x_i为在确定的环槽轴向高度下求得的环槽压力值；y_i为燃烧室压力值；i为曲柄转角度数。

当气缸压力与环槽内压力差值小时，可将环槽内压力视为气缸压力进行处理；当气缸压力与环槽内压力差值大时，不可将环槽内压力视为气缸压力进行简化处理，而需利用气室理论进行精确计算。而环槽内压力与气缸压力的相差程度，本发明利用公式1所得的结果进行量化，对比表4确定环槽轴向高度临界值。

表4r值范围对应的相关强度

所述环槽轴向高度临界值的计算方法为：通过公式(1)计算得到相关性系数与环槽轴向高度的函数关系，如附图4所示。其中α为本发明所设定关于环槽轴向高度的参数，h_c ^max和h_c ^min分别表示环槽轴向高度取值范围上下限，如公式(2)所示。

本发明设定当r＝0.6时为相关性临界线，当r>0.6时本发明认为环槽压力与气缸压力非常相似，可将环槽压力视为气缸压力从而简化计算模型；当r<0.6时认为环槽压力与气缸压力相差过大，为保证模型精度则采用气室理论计算环槽压力。

所述相关临界线如附图5所示，结合公式(3)可得到如图5所示的环槽轴向高度临界值，根据临界值每个机型都可适用本发明所提供的基于环在环槽内相对位置的临界值的集成计算方法，如附图3所示。其中，h_c ^*为环槽轴向高度临界值。

Claims (1)

1.一种针对于活塞环槽内气体压力状态的集成计算方法，其特征是：

引入Pearson相关系数，建立环槽轴向高度与气体压力差之间的函数关系，Pearson相关系数公式如下式：

其中，x_i为在确定的环槽轴向高度下求得的环槽压力值；y_i为燃烧室压力值；i为曲柄转角度数；

当气缸压力与环槽内压力差值小时，将环槽内压力视为气缸压力进行处理；当气缸压力与环槽内压力差值大时，不可将环槽内压力视为气缸压力进行简化处理，而需利用气室理论进行精确计算；环槽内压力与气缸压力的相差程度，利用公式

所得的结果进行量化，对比下面所述确定环槽轴向高度临界值：

0.8＜r≤1.0时，为极强相关；0.6＜r≤0.8，为强相关；0.4＜r≤0.6，为中等相关；0.2＜r≤0.4，为弱相关；0.0≤r≤0.2，为极弱相关或无相关；

所述环槽轴向高度临界值的计算方法为：通过公式

计算得到相关性系数与环槽轴向高度的函数关系，其中α为所设定关于环槽轴向高度的参数，

和

分别表示环槽轴向高度取值范围上下限，如下式所示：

设定当r＝0.6时为相关性临界线，当r>0.6时环槽压力与气缸压力非常相似，将环槽压力视为气缸压力从而简化计算模型；当r≦0.6时环槽压力与气缸压力相差过大，为保证模型精度则采用气室理论计算环槽压力；

结合下述公式得到环槽轴向高度临界值，h_c ^*为环槽轴向高度临界值：

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