汽油机性能数值式概念设计技术的开发与应用

摘要

在现代发动机的开发过程中，数字式虚拟发动机这一概念正逐渐为人们所熟悉。相对于传统的实体发动机而言，数字式发动机的本质为开发过程（包括参数优化与结果验证等）是通过数值形式来开发而不是采用实物形式来完成。与传统发动机开发技术相比，数值式发动机开发技术可以在概念设计阶段即达到拟开发发动机性能目标的90％以上，发动机性能数值式概念设计技术正快速发展。然而，目前国内汽油机性能概念设计技术存在发展较为落后，整车与动力系统开发不匹配的问题，针对这一现状，我团队提出一种从整车性能需求出发的汽油机性能数值式概念设计理念，为汽油机概念设计提供一定指导。
　　本文以四台增压直喷汽油机稳态试验结果为基础，通过对影响汽油机缸内燃烧过程的关键参数如空燃比、燃烧始点、50%燃烧点、燃烧持续期等变化规律的总结，找出汽油机缸内燃烧过程关键参数的共性规律。发现汽油机缸内燃烧效率与过量空气系数具有良好的线性关系；同时，汽油机缸内燃烧始点、50%燃烧点、燃烧持续期等参数主要随汽油机转速及负荷的变化而变化，并大致呈随负荷增大而增大的变化规律；接着本文利用以上规律提炼出了汽油机性能概念设计过程中先进仿真技术所需的关键缸内燃烧边界条件，为汽油机开发过程中一维性能模拟计算优化过程提供理论基础及优化方向。
　　随后，本文简要介绍了基于整车性能需求出发的汽油机性能数值式概念设计理念的汽油机数值式概念设计平台的建设思路，并根据汽油机缸内燃烧过程关键参数的变化规律，建立了汽油机性能数值式概念设计一维仿真标准数模，减少汽油机概念设计过程中的重复建模工作。
　　最后，利用一台现有汽油机实测数据验证了标准数模的有效性，为汽油机概念设计提供一定指导。

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第1章 绪论

1.1选题背景及意义

1.2汽油机性能数值式概念设计及其发展

1.3论文研究的主要目的和内容

1.4本章小结

第2章 汽油机性能与设计及运行参数间的内在联系

2.1决定汽油机性能指标的基本关系式

2.2缸内燃烧以及热功转换过程对汽油机性能的影响

2.3其他运行参数对性能的影响

2.4本章小结

第3章 汽油机工作过程仿真技术及其关键参数

3.1汽油机工作过程的物理描述及仿真

3.2影响汽油机工作过程仿真精度的关键因素

3.3 GT-Power软件介绍

3.4汽油机基于GT-POWER性能仿真所需的关键边界条件

3.5本章小结

第4章 汽油机缸内过程关键参数的共性规律总结

4.1汽油机缸内过程的关键参数

4.2汽油机性能及运行参数的共性规律总结

4.3汽油机热功转换过程的共性规律总结

4.4基于汽油机缸内过程共性规律总结的先进仿真技术

4.5本章小结

第5章 汽油机性能数值式概念设计平台的搭建

5.1汽油机数值式概念设计平台软件建设思路

5.2 GT-Power标准模型的建立

5.3 标准数模的验证

5.4 本章小结

总结与展望

全文总结

本文展望

参考文献

附录 攻读硕士学位期间发表的论文和研究成果

致谢