CN115688308A - 一种通过缸压曲线预估发动机燃烧特性的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种通过缸压曲线预估发动机燃烧特性的方法，首先利用发动机台架试验燃烧分析仪采集得到相应的循环燃烧缸内压力曲线，然后对采集的循环燃烧缸内压力数据进行处理，得到燃烧缸内压力平均值，之后通过GT‑POWER软件，搭建一维热力学单缸燃烧放热率计算模型，并基于燃烧缸内压力数据及燃耗关键特性参数来计算各个工况点的燃烧放热率曲线，最后结合发动机不同工况下的燃烧质量率曲线，预估分析得到发动机燃耗效率最佳时所对应的燃烧质量率以及相应的曲轴转角。本发明方法能有效预估发动机燃耗效率最佳时对应的燃烧质量率及曲轴转角，为发动机的点火提前角控制提供设计依据，给发动机燃烧优化提供指导方向。
Description
技术领域
本发明涉及汽油发动机燃烧分析技术领域，具体涉及一种通过缸压曲线预估发动机燃烧特性的方法。
背景技术
燃烧特性直接反应发动机性能，而发动机的燃烧过程，分为初燃期（占10％小尺度湍流燃烧），主燃期（占85％大尺度湍流燃烧，燃烧速度与混合气理化性质无关）和末燃期（占5％小尺度湍流燃烧）。
初燃期是一个着火落后过程，从火花塞点火开始到形成火焰中心，形成火焰中心的点是压力上升线和纯压缩线分离的点，整个燃烧期的10%左右。
主燃期是从形成火焰中心的点到压力最高点，期间大部分燃料（约70-90%）是在这个阶段烧完的，燃烧放热主要是在火焰前锋面上进行，火焰烧遍整个燃烧室，缸内压力和温度急剧升高，压升率高（通常在0.2~0.4MPa/（CA）），火焰传播速度快（约50~60m/s）。主燃期对汽油机性能有决定性影响，主燃期越短，越接近上止点，汽油机的动力性、经济性也越好。但过高可能会导致噪声、振动大、工作粗暴、排放不佳。主燃期的燃烧速度几乎只取决于强湍流的脉动速度。
末燃期是从压力最高点至燃料基本烧完的点，总燃料的5-10%左右在后燃期被燃烧掉。由于燃料与空气的混合并非完全均匀，加上燃烧产物在高温下可能发生热分解，因此，在火焰锋面传到末端混合气后，缸内仍有未完全燃烧的燃料存在。后燃期是活塞下行，缸内压力很快下降，热能转化为功的能力减弱，所以要尽量减少末燃期。
然而传统的台架发动机标定过程中，由于缸压曲线是燃烧的瞬态指标，虽然对于发动机的燃烧优化和排放及油耗有很好的预测及预判，但是在实际过程中，缸压与台架标定数据没有结合分析，难以有效达到预期的燃烧分析效果。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种通过缸压曲线预估发动机燃烧特性的方法，结合燃烧的关键参数（点火提前角、过量空气系数）、喷油规律、燃烧放热率及燃烧质量率所对应的曲轴角度等，精准预估分析发动机的燃烧特性，以及可能导致燃烧恶化的关键影响因素，为发动机的点火提前角控制提供设计依据，给发动机的燃烧优化提供指导方向。
为实现上述目的，本发明提出了一种通过缸压曲线预估发动机燃烧特性的方法，包括以下步骤：
步骤S1.利用发动机台架试验燃烧分析仪采集发动机各个工况点200个循环燃烧内的缸内压力，得到相应的循环燃烧缸内压力曲线；
步骤S2.根据燃烧分析仪所得循环燃烧缸内压力曲线，对采集的循环燃烧缸内压力数据进行处理，得到200个循环的燃烧缸内压力平均值；
步骤S3.通过GT-POWER软件，搭建一维热力学单缸燃烧放热率计算模型，通过得到的燃烧缸内压力数据及燃耗关键特性参数来计算各个工况点的燃烧放热率曲线；
步骤S4.根据步骤S3中所得到的燃烧放热率曲线，结合发动机不同工况下的燃烧质量率曲线，预估分析得到发动机燃耗效率最佳时所对应的燃烧质量率以及相应的曲轴转角。
具体地，步骤S1中所述采集发动机各个工况点200个循环燃烧内的缸内压力，具体为采集发动机0-720°曲轴转角范围内的200个循环燃烧内的缸内压力。
具体地，步骤S3中所述燃耗关键特性参数包括动力性参数、空燃比、点火时间、可变气门正时VVT参数、喷油时间、各传感器采集的压力温度。
具体地，步骤S4中预估分析得到的发动机燃耗效率最佳时对应的燃烧质量率及曲轴转角，能够为发动机的点火提前角控制提供设计依据。
进一步地，结合燃烧放热率及缸压曲线，分析评估可能导致燃烧恶化的区域；进一步结合燃烧开发特性参数，评估油耗差异的可能原因，并结合点火正时的关系，给发动机燃烧优化提供指导方向。
本发明相对现有技术的有益效果：
本发明一种通过缸压曲线预估发动机燃烧特性的方法，通过燃烧的关键参数（点火提前角、过量空气系数）、喷油规律、燃烧放热率及燃烧质量率所对应的曲轴角度等，分析得到的发动机燃耗效率最佳时对应的燃烧质量率及曲轴转角，不仅能够为发动机的点火提前角控制提供设计依据；同时结合燃烧放热率及缸压曲线，还可以分析评估可能导致燃烧恶化的区域；并进一步结合燃烧开发特性参数，评估油耗差异的可能原因，进而结合点火正时的关系，给发动机燃烧优化提供指导方向。
附图说明
图1是本发明实施例中所述燃烧放热率曲线示意图；
图2是本发明实施例中发动机燃耗效率最佳时所对应的燃烧质量率示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，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作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。
本发明提出了一种通过缸压曲线预估发动机燃烧特性的方法，包括以下步骤：
步骤S1.利用发动机台架试验燃烧分析仪采集发动机各个工况点200个循环燃烧内的缸内压力，得到相应的循环燃烧缸内压力曲线；
步骤S2.根据燃烧分析仪所得循环燃烧缸内压力曲线，对采集的循环燃烧缸内压力数据进行处理，得到200个循环的燃烧缸内压力平均值；
步骤S3.通过GT-POWER软件，搭建一维热力学单缸燃烧放热率计算模型，通过得到的燃烧缸内压力数据及燃耗关键特性参数来计算各个工况点的燃烧放热率曲线；
步骤S4.根据步骤S3中所得到的燃烧放热率曲线，结合发动机不同工况下的燃烧质量率曲线，预估分析得到发动机燃耗效率最佳时所对应的燃烧质量率以及相应的曲轴转角。
具体地，步骤S1中所述采集发动机各个工况点200个循环燃烧内的缸内压力，具体为采集发动机0-720°曲轴转角范围内的200个循环燃烧内的缸内压力。
具体地，步骤S3中所述燃耗关键特性参数包括动力性参数、空燃比、点火时间、可变气门正时VVT参数、喷油时间、各传感器采集的压力温度。
具体地，步骤S4中预估分析得到的发动机燃耗效率最佳时对应的燃烧质量率及曲轴转角，能够为发动机的点火提前角控制提供设计依据。
请参阅图1和图2，以下通过一个实例对本发明的预估分析过程作进一步详细地说明。
（1）利用发动机台架试验燃烧分析仪采集各个工况点（0-720°曲轴转角范围的）200个循环燃烧内的缸内压力，得到相应的循环燃烧缸内压力曲线；
（2）根据燃烧分析仪所得循环燃烧缸内压力曲线，对采集的循环燃烧缸内压力数据进行处理，得到200个循环的燃烧缸内压力平均值；
（3）从设计数据库获取发动机台架开发燃烧关键特性参数，通过GT-POWER软件，搭建一维热力学单缸燃烧放热率计算模型，通过得到的燃烧缸内压力数据及燃耗关键特性参数来计算各个工况点的燃烧放热率曲线，所得燃烧放热率曲线如图2所示；
（4）根据（3）中所得燃烧放热率曲线，结合发动机不同工况下的燃烧质量率曲线，得到发动机燃耗效率最佳时所对应的燃烧质量率为50%，并进一步得到对应的曲轴转角为上止点后8°CA位置，并以此作为发动机的点火提前角的设计依据。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明的结构作任何形式上的限制。凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均属于本发明的技术方案范围内。
Claims (4)
1.一种通过缸压曲线预估发动机燃烧特性的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1.利用发动机台架试验燃烧分析仪采集发动机各个工况点200个循环燃烧内的缸内压力，得到相应的循环燃烧缸内压力曲线；
步骤S2.根据燃烧分析仪所得循环燃烧缸内压力曲线，对采集的循环燃烧缸内压力数据进行处理，得到200个循环的燃烧缸内压力平均值；
步骤S3.通过GT-POWER软件，搭建一维热力学单缸燃烧放热率计算模型，通过得到的燃烧缸内压力数据及燃耗关键特性参数来计算各个工况点的燃烧放热率曲线；
步骤S4.根据步骤S3中所得到的燃烧放热率曲线，结合发动机不同工况下的燃烧质量率曲线，预估分析得到发动机燃耗效率最佳时所对应的燃烧质量率以及相应的曲轴转角。
2.根据权利要求1所述的一种通过缸压曲线预估发动机燃烧特性的方法，其特征在于，步骤S1中所述采集发动机各个工况点200个循环燃烧内的缸内压力，具体为采集发动机0-720°曲轴转角范围内的200个循环燃烧内的缸内压力。
3.根据权利要求1所述的一种通过缸压曲线预估发动机燃烧特性的方法，其特征在于，步骤S3中所述燃耗关键特性参数包括动力性参数、空燃比、点火时间、可变气门正时VVT参数、喷油时间、各传感器采集的压力温度。
4.根据权利要求1所述的一种通过缸压曲线预估发动机燃烧特性的方法，其特征在于，步骤S4中预估分析得到的发动机燃耗效率最佳时对应的燃烧质量率及曲轴转角，能够为发动机的点火提前角控制提供设计依据；同时结合燃烧放热率及缸压曲线，分析评估可能导致燃烧恶化的区域；进一步结合燃烧开发特性参数，评估油耗差异的可能原因，并结合点火正时的关系，给发动机燃烧优化提供指导方向。
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| CN202211309393.5A Pending CN115688308A (zh) | 2022-10-25 | 2022-10-25 | 一种通过缸压曲线预估发动机燃烧特性的方法 |
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2022
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