CN111291508B - 一种小型通用汽油机燃烧系统优化的模拟方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例公开一种小型通用汽油机燃烧系统优化的模拟方法及装置，该方法中可以获得所要模拟的汽油机模型，然后利用CAE软件对得到的汽油机模型进行网格划分，并将网格划分后的汽油机模型输入至CONVERGE软件中进行缸压模拟分析，得到第一模拟缸压、第一缸内平均温度、第一缸内氧气进气量、第一NOx排放量、第一碳烟排放量和/或第一CO排放量。使得开发人员可以基于所得到的第一模拟缸压、第一缸内平均温度、第一缸内氧气进气量、第一NOx排放量、第一碳烟排放量和/或第一CO排放量来确定对进气道模拟改造后是否达到优化的目的，由此，通过模拟的方式可以对进气道进行模拟改造并得到进气道模拟改造结果，无需实际操作，避免了消耗大量的人力和物力。
Description
技术领域
本发明涉及汽油机技术领域，具体而言，涉及一种小型通用汽油机燃烧系统优化的模拟方法及装置。
背景技术
目前，小型通用汽油机燃烧系统的进气道为方形进气道，方形进气道不利于混合气体的进入，导致燃烧温度低以及缸压较小，使得汽油机的效率较低。
如果对小型通用汽油机燃烧系统的进气道进行改造，然后再基于改造后的汽油机进行缸压的实验来确定改造是否对汽油机进行了优化，将消耗大量的人力和物力，因此，目前亟需一种小型通用汽油机燃烧系统优化模拟方法，对小型通用汽油机燃烧系统的进气道进行模拟改造。
发明内容
本发明提供了一种小型通用汽油机燃烧系统优化的模拟方法及装置，能够对小型通用汽油机燃烧系统的进气道进行模拟改造，得到进气道模拟改造结果，以便开发人员基于进气道模拟改造结果对汽油机进行优化。具体的技术方案如下。
第一方面，本发明提供了一种小型通用汽油机燃烧系统优化的模拟方法，包括以下步骤：
S1：获得所要模拟的汽油机模型：采用逆向工程扫描仪对硅胶模型进行扫描得到散点测量数据，利用CAD软件对所述散点测量数据进行建模得到汽油机模型，其中，所述硅胶模型为对所要模拟的汽油机的内壁进行硅胶拔模处理得到的；
S2：利用CAE软件对步骤S1得到的汽油机模型进行网格划分，并将网格划分后的汽油机模型输入至CONVERGE软件中进行缸压模拟分析，具体包括步骤：
S21：给定初始边界条件，基于所述初始边界条件对网格划分后的所述汽油机模型进行预设次数的模拟计算，得到满足预设边界要求的第一边界条件，基于所述第一边界条件和网格划分后的所述汽油机模型进行缸压标定模拟计算，直至模拟得到的模拟缸压与实验缸压之间的差值在预设范围内，得到标定后的汽油机模型以及对应的第二边界条件；
S22：将所述标定后的汽油机模型的进气道设置为圆桶滚流进气道或者涡流进气道；
S23：基于进气道设置后的汽油机模型以及所述第二边界条件进行缸压模拟计算得到第一模拟缸压、第一缸内平均温度、第一缸内氧气进气量、第一NOx排放量、第一碳烟排放量和/或第一CO排放量，其中，NOx中的X代表氧元素的个数。
可选的，在步骤S22之后，上述方法还包括S24：基于进气道设置后的汽油机模型以及所述第二边界条件进行放热率模拟计算得到第一模拟放热率。
可选的，在步骤S21之后，上述方法还包括S25：将所述标定后的汽油机模型的排气道设置为直排排气道；
S26：基于排气道设置后的汽油机模型以及所述第二边界条件进行缸压模拟计算得到第二模拟缸压、第二缸内平均温度、第二缸内氧气进气量、第二NOx排放量、第二碳烟排放量、第二CO排放量和/或CO2排放量。
可选的，在步骤S25之后，上述方法还包括S27：基于排气道设置后的汽油机模型以及所述第二边界条件进行放热率模拟计算得到第二模拟放热率。
可选的，步骤S22中：所述圆桶滚流进气道与水平面呈0°夹角，或者，所述圆桶滚流进气道与水平面呈30°夹角，或者，所述圆桶滚流进气道与水平面呈60°夹角。
第二方面，本发明提供了一种小型通用汽油机燃烧系统优化的模拟装置，包括：
获得模块，用于获得所要模拟的汽油机模型：采用逆向工程扫描仪对硅胶模型进行扫描得到散点测量数据，利用CAD软件对所述散点测量数据进行建模得到汽油机模型，其中，所述硅胶模型为对所要模拟的汽油机的内壁进行硅胶拔模处理得到的；
缸压模拟分析模块，用于利用CAE软件对获得模块得到的汽油机模型进行网格划分，并将网格划分后的汽油机模型输入至CONVERGE软件中进行缸压模拟分析，所述缸压模拟分析模块包括：
汽油机模型确定子模块，用于给定初始边界条件，基于所述初始边界条件对网格划分后的所述汽油机模型进行预设次数的模拟计算，得到满足预设边界要求的第一边界条件，基于所述第一边界条件和网格划分后的所述汽油机模型进行缸压标定模拟计算，直至模拟得到的模拟缸压与实验缸压之间的差值在预设范围内，得到标定后的汽油机模型以及对应的第二边界条件；
进气道设置子模块，用于将所述标定后的汽油机模型的进气道设置为圆桶滚流进气道或者涡流进气道；
第一缸压模拟计算子模块，用于基于进气道设置后的汽油机模型以及所述第二边界条件进行缸压模拟计算得到第一模拟缸压、第一缸内平均温度、第一缸内氧气进气量、第一NOx排放量、第一碳烟排放量和/或第一CO排放量，其中，NOx中的X代表氧元素的个数。
可选的，上述装置还包括第一模拟放热率计算子模块，用于在将所述标定后的汽油机模型的进气道设置为圆桶滚流进气道或者涡流进气道之后，基于进气道设置后的汽油机模型以及所述第二边界条件进行放热率模拟计算得到第一模拟放热率。
可选的，上述装置还包括排气道设置子模块，用于在得到标定后的汽油机模型以及对应的第二边界条件之后，将所述标定后的汽油机模型的排气道设置为直排排气道；
第二缸压模拟计算子模块，用于基于排气道设置后的汽油机模型以及所述第二边界条件进行缸压模拟计算得到第二模拟缸压、第二缸内平均温度、第二缸内氧气进气量、第二NOx排放量、第二碳烟排放量、第二CO排放量和/或CO2排放量。
可选的，上述装置还包括第二模拟放热率计算子模块，用于在将所述标定后的汽油机模型的排气道设置为直排排气道之后，基于排气道设置后的汽油机模型以及所述第二边界条件进行放热率模拟计算得到第二模拟放热率。
可选的，所述进气道设置子模块中：所述圆桶滚流进气道与水平面呈0°夹角，或者，所述圆桶滚流进气道与水平面呈30°夹角，或者，所述圆桶滚流进气道与水平面呈60°夹角。
由上述内容可知，本实施例可以获得所要模拟的汽油机模型，然后利用CAE软件对得到的汽油机模型进行网格划分，并将网格划分后的汽油机模型输入至CONVERGE软件中进行缸压模拟分析，得到第一模拟缸压、第一缸内平均温度、第一缸内氧气进气量、第一NOx排放量、第一碳烟排放量和/或第一CO排放量。使得开发人员可以基于所得到的第一模拟缸压、第一缸内平均温度、第一缸内氧气进气量、第一NOx排放量、第一碳烟排放量和/或第一CO排放量来确定对汽油机进行进气道模拟改造后是否达到对汽油机燃烧系统进行优化的目的，由此，通过模拟的方式可以对小型通用汽油机燃烧系统的进气道进行模拟改造并得到进气道模拟改造结果，无需实际操作，避免了消耗大量的人力和物力。当然，实施本发明的任一产品或方法并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
本发明实施例的创新点包括：
1、获得所要模拟的汽油机模型，然后利用CAE软件对得到的汽油机模型进行网格划分，并将网格划分后的汽油机模型输入至CONVERGE软件中进行缸压模拟分析，得到第一模拟缸压、第一缸内平均温度、第一缸内氧气进气量、第一NOx排放量、第一碳烟排放量和/或第一CO排放量。使得开发人员可以基于所得到的第一模拟缸压、第一缸内平均温度、第一缸内氧气进气量、第一NOx排放量、第一碳烟排放量和/或第一CO排放量来确定对汽油机进行进气道模拟改造后是否达到对汽油机燃烧系统进行优化的目的，由此，通过模拟的方式可以对小型通用汽油机燃烧系统的进气道进行模拟改造并得到进气道模拟改造结果，无需实际操作，避免了消耗大量的人力和物力。
2、将进气道设置为圆桶滚流进气道或者涡流进气道，有利于混合气体的进入，提高汽油机的效率。
3、在将排气道设置为直排排气道并进行模拟后，使得排气道排气顺畅，由于排气顺畅，使得缸内废气可以有效排出，进一步使得缸内可以充入较多新鲜混合气体，除第二碳烟排放量略有增加外，第二NOx排放量、第二CO排放量和CO2排放量均降低，且第二模拟缸压和第二缸内平均温度均降低，提高了汽油机的排放效果。
4、通过模拟的方式，可以对小型通用汽油机燃烧系统的排气道进行模拟改造并得到排气道模拟改造结果，无需实际操作，避免了消耗大量的人力和物力。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例。对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的小型通用汽油机燃烧系统优化的模拟方法的一种流程示意图；
图2为网格划分后的汽油机模型的示意图；
图3为将网格划分后的汽油机模型输入至CONVERGE软件中进行缸压模拟分析的流程示意图；
图4为缸压标定模拟计算所得到的模拟缸压与实验缸压的结果示意图；
图5为圆桶滚流进气道与水平面呈0°夹角、30°夹角以及60°夹角的示意图；
图6为涡流进气道的示意图；
图7为进行进气道设置后的汽油机模型模拟得到的第一模拟缸压和第一模拟放热率以及原机模拟得到的缸压和放热率的对比示意图；
图8为进行进气道设置后的汽油机模型模拟得到的第一缸内平均温度以及原机模拟得到的缸内平均温度的对比示意图；
图9为进行进气道设置后的汽油机模型模拟得到的第一缸内氧气进气量以及原机模拟得到的缸内氧气进气量的对比示意图；
图10为进行进气道设置后的汽油机模型模拟得到的第一NOx排放量以及原机模拟得到的NOx排放量的对比示意图；
图11为进行进气道设置后的汽油机模型模拟得到的第一碳烟排放量以及原机模拟得到的碳烟排放量的对比示意图；
图12为进行进气道设置后的汽油机模型模拟得到的第一CO排放量以及原机模拟得到的CO排放量的对比示意图；
图13为进行排气道设置后的汽油机模型模拟得到的第二模拟缸压和第二模拟放热率以及原机模拟得到的缸压和放热率的对比示意图；
图14为进行排气道设置后的汽油机模型模拟得到的第二缸内平均温度以及原机模拟得到的缸内平均温度的对比示意图；
图15为进行排气道设置后的汽油机模型模拟得到的第二缸内氧气进气量以及原机模拟得到的缸内氧气进气量的对比示意图；
图16为进行排气道设置后的汽油机模型模拟得到的废气排放量以及原机模拟得到的废气排放量的对比示意图；
图17为本发明实施例提供的小型通用汽油机燃烧系统优化的模拟装置的一种结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，本发明实施例及附图中的术语“包括”和“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含的一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其他步骤或单元。
本发明实施例公开了一种小型通用汽油机燃烧系统优化的模拟方法及装置，能够对小型通用汽油机燃烧系统的进气道进行模拟改造，得到进气道模拟改造结果，以便开发人员基于进气道模拟改造结果对汽油机进行优化。下面对本发明实施例进行详细说明。
图1为本发明实施例提供的小型通用汽油机燃烧系统优化的模拟方法的一种流程示意图。该方法应用于电子设备。该方法具体包括以下步骤：
S1：获得所要模拟的汽油机模型：采用逆向工程扫描仪对硅胶模型进行扫描得到散点测量数据，利用CAD软件对散点测量数据进行建模得到汽油机模型，其中，硅胶模型为对所要模拟的汽油机的内壁进行硅胶拔模处理得到的。
为了避免消耗大量的人力和物力来对汽油机进行优化，本发明实施例提供了一种小型通用汽油机燃烧系统优化模拟方法。为了对汽油机燃烧系统优化模拟，需要获得所要模拟的汽油机模型。
为了获得所要模拟的汽油机模型，需要对所要模拟的汽油机进行拆卸，然后对拆卸后的汽油机的内壁进行硅胶拔模处理得到硅胶模型，再采用逆向工程扫描仪对硅胶模型进行扫描得到散点测量数据，所得到的散点测量数据就是用来构建汽油机模型的数据，最后利用CAD软件对散点测量数据进行建模得到汽油机模型。
S2：利用CAE软件对步骤S1得到的汽油机模型进行网格划分，并将网格划分后的汽油机模型输入至CONVERGE软件中进行缸压模拟分析。
在获得所要模拟的汽油机模型后，利用CAE软件对得到的汽油机模型进行网格划分，网格划分后的汽油机模型如图2所示，图2为网格划分后的汽油机模型的示意图。
然后将网格划分后的汽油机模型输入至CONVERGE软件中进行缸压模拟分析。
参见图3，图3为将网格划分后的汽油机模型输入至CONVERGE软件中进行缸压模拟分析的流程示意图，步骤S2可以包括：
S21：给定初始边界条件，基于初始边界条件对网格划分后的汽油机模型进行预设次数的模拟计算，得到满足预设边界要求的第一边界条件，基于第一边界条件和网格划分后的汽油机模型进行缸压标定模拟计算，直至模拟得到的模拟缸压与实验缸压之间的差值在预设范围内，得到标定后的汽油机模型以及对应的第二边界条件。
为了在进行缸压模拟时更接近实际的汽油机，需要以实际汽油机的参数为准，选取50％负荷的试验数据作为模拟标定数据给定初始边界条件，需要说明的是初始边界条件中的如发动机壁面温度和缸内残余废气的比例采用经验值，其中，实际汽油机的参数如下表所示：
| 名称 | 参数 |
| 发动机形式 | 四冲程单杠发动机 |
| 缸径mm | 58 |
| 冲程mm | 40 |
| 转速r/min | 4491 |
| 压缩比 | 8.5 |
| 供油方式 | 化油器 |
| 燃油消耗量kg/h | 0.534 |
| A/F | 14.52 |
由于给定的初始边界条件可能并不合理，因此，在给定初始边界条件后，需要基于初始边界条件对网格划分后的汽油机模型进行预设次数的模拟计算，得到满足预设边界要求的第一边界条件，其中，预设次数可以为2次。
由于第一边界条件是满足预设边界要求的，也就说第一边界条件是较为合理的边界条件，因此可以基于第一边界条件和网格划分后的汽油机模型进行缸压标定模拟计算，直至模拟得到的模拟缸压与实验缸压之间的差值在预设范围内，得到标定后的汽油机模型，示例性，缸压标定模拟中设置进气为均质混合气体，设置混合气的空燃比为实际汽油机实验得到的空燃比。
其中，缸压标定模拟计算所得到的模拟缸压与实验缸压结果如图4所示，图4为缸压标定模拟计算所得到的模拟缸压与实验缸压的结果示意图。
由于在进行缸压标定模拟计算时，还可以对第一边界条件进行反复修订，因此，在缸压标定模拟计算结束后，还可以得到标定后的汽油机模型对应的第二边界条件。
S22：将标定后的汽油机模型的进气道设置为圆桶滚流进气道或者涡流进气道。
由于方形进气道不利于混合气体的进入，导致燃烧温度低以及缸压较小，使得汽油机的效率较低，因此，本发明实施例中将标定后的汽油机模型的进气道设置为圆桶滚流进气道。
其中，圆桶滚流进气道与水平面之间的角度有多种，示例性的，步骤S22中：圆桶滚流进气道与水平面呈0°夹角，或者，圆桶滚流进气道与水平面呈30°夹角，或者，圆桶滚流进气道与水平面呈60°夹角，参见图5，图5为圆桶滚流进气道与水平面呈0°夹角、30°夹角以及60°夹角的示意图。
本发明实施例中还可以将标定后的汽油机模型的进气道设置为涡流进气道，参见图6，图6为涡流进气道的示意图。
S23：基于进气道设置后的汽油机模型以及第二边界条件进行缸压模拟计算得到第一模拟缸压、第一缸内平均温度、第一缸内氧气进气量、第一NOx排放量、第一碳烟排放量和/或第一CO排放量，其中，NOx中的X代表氧元素的个数。
在进行进气道设置后，可以基于进气道设置后的汽油机模型以及第二边界条件进行缸压模拟计算得到第一模拟缸压和/或第一缸内平均温度。
在图3所示方法的基础上，在步骤S22之后，还可以包括S24：基于进气道设置后的汽油机模型以及第二边界条件进行放热率模拟计算得到第一模拟放热率。
参见图7-图8，图7为进行进气道设置后的汽油机模型模拟得到的第一模拟缸压和第一模拟放热率以及原机模拟得到的缸压和放热率的对比示意图，图8为进行进气道设置后的汽油机模型模拟得到的第一缸内平均温度以及原机模拟得到的缸内平均温度的对比示意图。
在图7-图8中，滚流进气道0°表示设置圆桶滚流进气道与水平面呈0°夹角时进行模拟得到的曲线，滚流进气道30°表示设置圆桶滚流进气道与水平面呈30°夹角时进行模拟得到的曲线，滚流进气道60°表示设置圆桶滚流进气道与水平面呈60°夹角时进行模拟得到的曲线，涡流进气道表示设置进气道为涡流进气道时进行模拟得到的曲线，原机模拟或者原机表示对未进行进气道设置的汽油机模型进行模拟时得到的曲线。
由图7-图8可以看出，与原机模拟情况相比，在圆桶滚流进气道与水平面呈60°夹角时第一模拟缸压最大且第一缸内平均温度较原机模拟温度略有升高，圆桶滚流进气道与水平面呈30°夹角时，第一模拟缸压最小且第一缸内平均温度最小，在设置进气道为涡流进气道时，第一模拟缸压较原机模拟缸压略有减小且第一缸内平均温度最高。
在进行进气道设置后，除了可以基于进气道设置后的汽油机模型以及第二边界条件进行缸压模拟计算得到第一模拟缸压以及第一缸内平均温度外，还可以得到汽油机的第一缸内氧气进气量、第一NOx排放量、第一碳烟排放量和/或第一CO排放量，其中，NOx中的X代表氧元素的个数，第一模拟缸压、第一缸内平均温度、第一缸内氧气进气量、第一NOx排放量、第一碳烟排放量和/或第一CO排放量为进气道模拟改造结果。
参见图9-图12，图9为进行进气道设置后的汽油机模型模拟得到的第一缸内氧气进气量以及原机模拟得到的缸内氧气进气量的对比示意图，图10为进行进气道设置后的汽油机模型模拟得到的第一NOx排放量以及原机模拟得到的NOx排放量的对比示意图，图11为进行进气道设置后的汽油机模型模拟得到的第一碳烟排放量以及原机模拟得到的碳烟排放量的对比示意图，图12为进行进气道设置后的汽油机模型模拟得到的第一CO排放量以及原机模拟得到的CO排放量的对比示意图。
其中，图9中的滚流0°表示设置圆桶滚流进气道与水平面呈0°夹角时进行模拟得到的曲线，滚流30°表示设置圆桶滚流进气道与水平面呈30°夹角时进行模拟得到的曲线，滚流60°表示设置圆桶滚流进气道与水平面呈60°夹角时进行模拟得到的曲线，涡流表示设置进气道为涡流进气道时进行模拟得到的曲线，原机表示对未进行进气道设置的汽油机模型进行模拟时得到的曲线，氧气的质量为缸内氧气进气量。
由图9-图12可以看出，与原机模拟情况相比，在圆桶滚流进气道与水平面呈0°夹角、30°夹角以及60°夹角时，第一缸内氧气进气量均高于原机模拟得到的缸内氧气进气量，且随着圆桶滚流进气道与水平面之间夹角的角度的增大，第一缸内氧气进气量有所增加。且在圆桶滚流进气道与水平面呈0°夹角以及圆桶滚流进气道与水平面呈30°夹角时，由于第一缸内平均温度降低，导致第一NOx排放量有所降低，又由于燃烧不完全导致第一碳烟排放量和第一CO排放量有所升高。
由上述内容可知，大角度圆桶滚流进气道的设置有利于混合气的进入可有效增加燃烧温度及缸压，但第一NOx排放量和第一CO排放量会增加。小角度圆桶滚流进气道的设置虽然可以对混合气体的进气量有所增加，但由于未形成较强的进气气流，使得第一模拟缸压及第一缸内平均温度均有所降低，第一NOx排放量降低，第一CO排放量及第一碳烟排放量增加。涡流进气道的设置使得进气量最小，第一模拟缸压降低，第一缸内平均温度略有升高，第一NOx排放量增加，第一CO排放量及第一碳烟排放量减少。
可见，将进气道设置为圆桶滚流进气道或者涡流进气道，有利于混合气体的进入，提高汽油机的效率。
综上所述，本实施例可以获得所要模拟的汽油机模型，然后利用CAE软件对得到的汽油机模型进行网格划分，并将网格划分后的汽油机模型输入至CONVERGE软件中进行缸压模拟分析，得到第一模拟缸压、第一缸内平均温度、第一缸内氧气进气量、第一NOx排放量、第一碳烟排放量和/或第一CO排放量。使得开发人员可以基于所得到的第一模拟缸压、第一缸内平均温度、第一缸内氧气进气量、第一NOx排放量、第一碳烟排放量和/或第一CO排放量来确定对汽油机进行进气道模拟改造后是否达到对汽油机燃烧系统进行优化的目的，由此，通过模拟的方式可以对小型通用汽油机燃烧系统的进气道进行模拟改造并得到进气道模拟改造结果，无需实际操作，避免了消耗大量的人力和物力。
同时，在开发人员基于进气道模拟改造结果确定了对汽油机进行进气道模拟改造后达到对汽油机燃烧系统进行优化的情况下，进气道模拟改造结果可以对汽油机的开发提供现实指导意义以及理论参考。
在图3所示方法的基础上，在步骤S21之后，还可以包括S25：将标定后的汽油机模型的排气道设置为直排排气道。
由于现有技术中汽油机的排气道为涡流排气道，涡流排气道影响缸内废气的迅速排出，对汽油机的效率有一定的影响，因此，继续参见图6，为了使缸内废气排气通畅，本发明实施例中将标定后的汽油机模型的排气道设置为直排排气道。
S26：基于排气道设置后的汽油机模型以及第二边界条件进行缸压模拟计算得到第二模拟缸压、第二缸内平均温度、第二缸内氧气进气量、第二NOx排放量、第二碳烟排放量、第二CO排放量和/或CO2排放量。
在进行排气道设置后，可以基于排气道设置后的汽油机模型以及第二边界条件进行缸压模拟计算得到第二模拟缸压和/或第二缸内平均温度。
在包括步骤S25和S26的方法的基础上，在步骤S25之后，还可以包括S27：基于排气道设置后的汽油机模型以及第二边界条件进行放热率模拟计算得到第二模拟放热率。
参见图13-图14，图13为进行排气道设置后的汽油机模型模拟得到的第二模拟缸压和第二模拟放热率以及原机模拟得到的缸压和放热率的对比示意图，图14为进行排气道设置后的汽油机模型模拟得到的第二缸内平均温度以及原机模拟得到的缸内平均温度的对比示意图，在图13-图14中，直排排气道表示设置排气道为直排排气道时进行模拟得到的曲线，原机表示对未进行排气道设置的汽油机模型进行模拟时得到的曲线。
由图13-图14可以看出，与原机模拟情况相比，进行排气道设置后的汽油机模型模拟得到的第二模拟缸压和第二缸内平均温度均降低。
在进行排气道设置后，除了可以基于排气道设置后的汽油机模型以及第二边界条件进行缸压模拟计算得到第二模拟缸压以及第二缸内平均温度外，还可以得到汽油机第二缸内氧气进气量、第二NOx排放量、第二碳烟排放量、第二CO排放量和/或CO2排放量，其中，NOx中的X代表氧元素的个数。
参见图15-图16，图15为进行排气道设置后的汽油机模型模拟得到的第二缸内氧气进气量以及原机模拟得到的缸内氧气进气量的对比示意图，图16为进行排气道设置后的汽油机模型模拟得到的废气排放量以及原机模拟得到的废气排放量的对比示意图，其中，废气排放量包括第二NOx排放量、第二碳烟排放量、第二CO排放量和/或CO2排放量。
图15-图16中，直排排气道表示设置排气道为直排排气道时进行模拟得到的曲线，原机表示对未进行排气道设置的汽油机模型进行模拟时得到的曲线。
由图15-图16可以看出，与原机模拟情况相比，第二缸内氧气进气量略有降低，第二NOx排放量、第二碳烟排放量、第二CO排放量和CO2排放量均有不同程度的降低，但由于第二缸内平均温度的降低使得碳烟生成后不宜氧化，因此第二碳烟排放量有所升高。
由上述内容可知，在将排气道设置为直排排气道并进行模拟后，使得排气道排气顺畅，由于排气顺畅，使得缸内废气可以有效排出，进一步使得缸内可以充入较多新鲜混合气体，除第二碳烟排放量略有增加外，第二NOx排放量、第二CO排放量和CO2排放量均降低，且第二模拟缸压和第二缸内平均温度均降低，提高了汽油机的排放效果。由此，通过模拟的方式，可以对小型通用汽油机燃烧系统的排气道进行模拟改造并得到排气道模拟改造结果，无需实际操作，避免了消耗大量的人力和物力。
同时，在开发人员基于排气道模拟改造结果确定了对汽油机进行排气道模拟改造后达到对汽油机燃烧系统进行优化的情况下，排气道模拟改造结果可以对汽油机的开发提供现实指导意义以及理论参考。
图17为本发明实施例提供的小型通用汽油机燃烧系统优化的模拟装置的一种结构示意图，该装置可以包括：
获得模块1701，用于获得所要模拟的汽油机模型：采用逆向工程扫描仪对硅胶模型进行扫描得到散点测量数据，利用CAD软件对所述散点测量数据进行建模得到汽油机模型，其中，所述硅胶模型为对所要模拟的汽油机的内壁进行硅胶拔模处理得到的；
缸压模拟分析模块1702，用于利用CAE软件对获得模块得到的汽油机模型进行网格划分，并将网格划分后的汽油机模型输入至CONVERGE软件中进行缸压模拟分析，所述缸压模拟分析模块1702可以包括：
汽油机模型确定子模块，用于给定初始边界条件，基于所述初始边界条件对网格划分后的所述汽油机模型进行预设次数的模拟计算，得到满足预设边界要求的第一边界条件，基于所述第一边界条件和网格划分后的所述汽油机模型进行缸压标定模拟计算，直至模拟得到的模拟缸压与实验缸压之间的差值在预设范围内，得到标定后的汽油机模型以及对应的第二边界条件；
进气道设置子模块，用于将所述标定后的汽油机模型的进气道设置为圆桶滚流进气道或者涡流进气道；
第一缸压模拟计算子模块，用于基于进气道设置后的汽油机模型以及所述第二边界条件进行缸压模拟计算得到第一模拟缸压、第一缸内平均温度、第一缸内氧气进气量、第一NOx排放量、第一碳烟排放量和/或第一CO排放量，其中，NOx中的X代表氧元素的个数。
由上述内容可知，本装置可以获得所要模拟的汽油机模型，然后利用CAD软件对得到的汽油机模型进行网格划分，并将网格划分后的汽油机模型输入至CONVERGE软件中进行缸压模拟分析，得到第一模拟缸压、第一缸内平均温度、第一缸内氧气进气量、第一NOx排放量、第一碳烟排放量和/或第一CO排放量。使得开发人员可以基于所得到的第一模拟缸压、第一缸内平均温度、第一缸内氧气进气量、第一NOx排放量、第一碳烟排放量和/或第一CO排放量来确定对汽油机进行进气道模拟改造后是否达到对汽油机燃烧系统进行优化的目的，由此，通过模拟的方式可以对小型通用汽油机燃烧系统的进气道进行模拟改造并得到进气道模拟改造结果，无需实际操作，避免了消耗大量的人力和物力。
在本发明的另一实施例中，上述装置还可以包括第一模拟放热率计算子模块，用于在将所述标定后的汽油机模型的进气道设置为圆桶滚流进气道或者涡流进气道之后，基于进气道设置后的汽油机模型以及所述第二边界条件进行放热率模拟计算得到第一模拟放热率。
在本发明的另一实施例中，上述装置还可以包括排气道设置子模块，用于在得到标定后的汽油机模型以及对应的第二边界条件之后，将所述标定后的汽油机模型的排气道设置为直排排气道；
第二缸压模拟计算子模块，用于基于排气道设置后的汽油机模型以及所述第二边界条件进行缸压模拟计算得到第二模拟缸压、第二缸内平均温度、第二缸内氧气进气量、第二NOx排放量、第二碳烟排放量、第二CO排放量和/或CO2排放量。
在本发明的另一实施例中，上述装置还可以包括第二模拟放热率计算子模块，用于在将所述标定后的汽油机模型的排气道设置为直排排气道之后，基于排气道设置后的汽油机模型以及所述第二边界条件进行放热率模拟计算得到第二模拟放热率。
在本发明的另一实施例中，所述进气道设置子模块中：所述圆桶滚流进气道与水平面呈0°夹角，或者，所述圆桶滚流进气道与水平面呈30°夹角，或者，所述圆桶滚流进气道与水平面呈60°夹角。
上述装置实施例与方法实施例相对应，与该方法实施例具有同样的技术效果，具体说明参见方法实施例。装置实施例是基于方法实施例得到的，具体的说明可以参见方法实施例部分，此处不再赘述。
本领域普通技术人员可以理解：附图只是一个实施例的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本发明所必须的。
本领域普通技术人员可以理解：实施例中的装置中的模块可以按照实施例描述分布于实施例的装置中，也可以进行相应变化位于不同于本实施例的一个或多个装置中。上述实施例的模块可以合并为一个模块，也可以进一步拆分成多个子模块。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围。
Claims (8)
1.一种小型通用汽油机燃烧系统优化的模拟方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：获得所要模拟的汽油机模型：采用逆向工程扫描仪对硅胶模型进行扫描得到散点测量数据，利用CAD软件对所述散点测量数据进行建模得到汽油机模型，其中，所述硅胶模型为对所要模拟的汽油机的内壁进行硅胶拔模处理得到的；
S2：利用CAE软件对步骤S1得到的汽油机模型进行网格划分，并将网格划分后的汽油机模型输入至CONVERGE软件中进行缸压模拟分析，具体包括步骤：
S21：给定初始边界条件，基于所述初始边界条件对网格划分后的所述汽油机模型进行预设次数的模拟计算，得到满足预设边界要求的第一边界条件，基于所述第一边界条件和网格划分后的所述汽油机模型进行缸压标定模拟计算，直至模拟得到的模拟缸压与实验缸压之间的差值在预设范围内，得到标定后的汽油机模型以及对应的第二边界条件；
S22：将所述标定后的汽油机模型的进气道设置为圆桶滚流进气道或者涡流进气道；
S23：基于进气道设置后的汽油机模型以及所述第二边界条件进行缸压模拟计算得到第一模拟缸压、第一缸内平均温度、第一缸内氧气进气量、第一NOx排放量、第一碳烟排放量和/或第一CO排放量，其中，NOx中的X代表氧元素的个数；
在步骤S22之后，还包括S24：基于进气道设置后的汽油机模型以及所述第二边界条件进行放热率模拟计算得到第一模拟放热率。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤S21之后，还包括S25：将所述标定后的汽油机模型的排气道设置为直排排气道；
S26：基于排气道设置后的汽油机模型以及所述第二边界条件进行缸压模拟计算得到第二模拟缸压、第二缸内平均温度、第二缸内氧气进气量、第二NOx排放量、第二碳烟排放量、第二CO排放量和/或CO2排放量。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，在步骤S25之后，还包括S27：基于排气道设置后的汽油机模型以及所述第二边界条件进行放热率模拟计算得到第二模拟放热率。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S22中：所述圆桶滚流进气道与水平面呈0°夹角，或者，所述圆桶滚流进气道与水平面呈30°夹角，或者，所述圆桶滚流进气道与水平面呈60°夹角。
5.一种小型通用汽油机燃烧系统优化的模拟装置，其特征在于，包括：获得模块，用于获得所要模拟的汽油机模型：采用逆向工程扫描仪对硅胶模型进行扫描得到散点测量数据，利用CAD软件对所述散点测量数据进行建模得到汽油机模型，其中，所述硅胶模型为对所要模拟的汽油机的内壁进行硅胶拔模处理得到的；
缸压模拟分析模块，用于利用CAE软件对获得模块得到的汽油机模型进行网格划分，并将网格划分后的汽油机模型输入至CONVERGE软件中进行缸压模拟分析，所述缸压模拟分析模块包括：
汽油机模型确定子模块，用于给定初始边界条件，基于所述初始边界条件对网格划分后的所述汽油机模型进行预设次数的模拟计算，得到满足预设边界要求的第一边界条件，基于所述第一边界条件和网格划分后的所述汽油机模型进行缸压标定模拟计算，直至模拟得到的模拟缸压与实验缸压之间的差值在预设范围内，得到标定后的汽油机模型以及对应的第二边界条件；
进气道设置子模块，用于将所述标定后的汽油机模型的进气道设置为圆桶滚流进气道或者涡流进气道；
第一缸压模拟计算子模块，用于基于进气道设置后的汽油机模型以及所述第二边界条件进行缸压模拟计算得到第一模拟缸压、第一缸内平均温度、第一缸内氧气进气量、第一NOx排放量、第一碳烟排放量和/或第一CO排放量，其中，NOx中的X代表氧元素的个数；
还包括第一模拟放热率计算子模块，用于在将所述标定后的汽油机模型的进气道设置为圆桶滚流进气道或者涡流进气道之后，基于进气道设置后的汽油机模型以及所述第二边界条件进行放热率模拟计算得到第一模拟放热率。
6.如权利要求5所述的装置，其特征在于，还包括排气道设置子模块，用于在得到标定后的汽油机模型以及对应的第二边界条件之后，将所述标定后的汽油机模型的排气道设置为直排排气道；
第二缸压模拟计算子模块，用于基于排气道设置后的汽油机模型以及所述第二边界条件进行缸压模拟计算得到第二模拟缸压、第二缸内平均温度、第二缸内氧气进气量、第二NOx排放量、第二碳烟排放量、第二CO排放量和/或CO2排放量。
7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，还包括第二模拟放热率计算子模块，用于在将所述标定后的汽油机模型的排气道设置为直排排气道之后，基于排气道设置后的汽油机模型以及所述第二边界条件进行放热率模拟计算得到第二模拟放热率。
8.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述进气道设置子模块中：所述圆桶滚流进气道与水平面呈0°夹角，或者，所述圆桶滚流进气道与水平面呈30°夹角，或者，所述圆桶滚流进气道与水平面呈60°夹角。
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