一種mpc引射噴管直徑的優化設計方法
【技術領域】
[0001] 本發明創造屬于內燃機設計技術領域，具體涉及一種MPC引射噴管直徑的優化設 計方法。
【背景技術】
[0002] MPC排氣系統引射噴管截面的變化會影響排氣背壓和栗氣損失，對發動機性能影 響比較敏感。尤其對于高增壓柴油機而言，合理的引射噴管直徑可以提高廢氣流速，減少對 鄰近氣缸干擾，并能提高排氣脈沖能量。因此，引射噴管直徑是MPC排氣系統結構設計中的 重要優化參數。以往確定引射管直徑的方法有一定的片面性，其只考慮引射噴管本身對氣 流運動狀態的影響，只能定性分析噴管直徑變化對排氣壓力波的影響，而不能定量分析其 對發動機排氣脈沖能量的影響，因而也不能從排氣脈沖能量的角度對引射管直徑進行優化 設計。
【發明內容】
[0003] 針對傳統設計方法中對MPC引射噴管直徑優化過程的片面性，本發明所要解決的 技術問題是:提供一種更加全面的MPC引射噴管直徑的優化設計方法。為分析引射噴管直徑 對排氣脈沖能量的影響，本發明基于發動機性能仿真和熱力學分析，綜合分析了排氣門節 流導致的可用能損失及排氣管路可用能損失隨引射噴管直徑的變化趨勢，并通過優化得到 排氣系統可用能損失量最小時對應的引射噴管直徑。該優化方法能夠指導MPC排氣系統設 計階段中關于引射噴管直徑的設計。
[0004] 本發明創造提供的MPC引射噴管直徑的優化設計方法，包括下述步驟：
[0005] S1:確定發動機結構和性能參數，確定MPC引射噴管直徑的初始值；
[0006] S2:確定MPC引射噴管進口直徑的允許范圍，并根據設計精度設置合適的直徑水平 數及步長，獲得不同的引射噴管直徑d;
[0007] S3:分別將不同的引射噴管直徑輸入仿真模型進行整機性能仿真計算；
[0008] S4:根據仿真結果計算各引射噴管直徑下的排氣門可用能損失和排氣管路可用能 損失，并分別擬合得到可用能損失關于引射噴管直徑的方程；
[0009] S5:得到排氣系統可用能損失關于引射噴管直徑的關系式，求解排氣系統最小可 用能損失對應的引射噴管直徑，即為噴管直徑的最優值。
[0010] 其中，所述步驟S1中MPC引射噴管直徑的初始值，從盡可能利用氣缸先期排氣能量 的角度出發，希望選用較小直徑的引射噴管，但從減小排氣管沿程阻力出發，又希望有較大 直徑的引射噴管，一般情況下，MPC引射噴管直徑的初始值(亦即MPC系統引射噴管的進口截 面直徑）由下式(1)確定：
[0011] 引射噴管的進口截面直徑？T=M.D (!)
[0012] 式（1)中：D為氣缸直徑;Μ為經驗系數，一般取值為0.39，為計算簡便可取值為0.4。
[0013]其中，所述步驟S2中，MPC引射噴管進口直徑d的允許范圍Δ?/ <萬+ M，一 般取Λ& 直徑水平數的確定優選為:水平數N 2 10。
[0014] 其中，所述步驟S3中仿真模型為采用現有技術中常用或通用手段建立的發動機仿 真模型。
[0015] 其中，所述步驟S4中分別擬合得到的可用能損失關于引射噴管直徑的回歸方程如 式(2)所示：
(2)
[0016]
[0017] 式（2)中：ΩΚοΙ)為排氣門可用能損失函數，Ω2((1)為排氣管路可用能損失函數， 八1、8 1、(：1^2、82、(：2均為多項式擬合系數，1? 1、1?2分別為〇1((1)和〇2((1)的相關系數。優選的， 所述Ri、R 2分別由最小二乘法獲得。
[0018] 其中，所述步驟S5中，求解排氣系統最小可用能損失對應的引射噴管直徑的過程 包括對最佳進口直徑dinitim的求解，由式(3)獲得：
[0019]
(3)
[0020] 式(3)中：Ω (d)為整個排氣系統可用能損失函數。
[0021] 進一步，所述步驟S5中，求解排氣系統最小可用能損失對應的引射噴管直徑的過 程還包括對最佳出口直徑cUt.L的求解，由式(4)獲得：
[0022] (4>
[0023] 本發明創造的方法從排氣脈沖能量的角度出發，全面合理地提出了一種引射噴管 直徑的設計方法，使得優化后的引射噴管排氣脈沖能量最大，由于能量是整個系統結構性 能設計合理性的直接反映，是結構設計中各項結構和性能參數的綜合作用指標，因此有效 避免了單一方面確定引射管直徑的片面性。
【具體實施方式】
[0024] 下面通過結合具體實施例對本發明創造進行進一步說明，僅對本發明做示例性描 述，并不用于限制本發明。
[0025]以某氣缸直徑D為130mm的6V增壓柴油機排氣系統引射噴管直徑大小的設計為例， 首先建立該發動機的GT-P0WER性能仿真模型，并通過試驗數據完成對仿真模型的標定，保 證仿真模型的預測精度。之后，在標定工況下，當引射噴管進口直徑初始值&為52_、水平 數N為10的前提下，將不同的引射噴管直徑輸入仿真模型進行整機性能仿真計算，并根據仿 真結果計算各引射噴管直徑下的排氣門可用能損失和排氣管路可用能損失，然后通過數據 的擬合得到的如式（2)所示的可用能損失關于引射噴管直徑的方程，最后通過式（3)和式 (4)得到排氣系統可用能損失關于引射噴管直徑的關系式，求解得到最佳的引射噴管進、出 口直徑:din-optim = 57 · 6mm，dout-〇ptim = 47mm。其中，在本例引射噴管直徑的優化設計過程中， 擬合得到的排氣門可用能損失函數QKd)、排氣管路可用能損失函數Ω 2(d)和整個排氣系 統可用能損失函數Ω (d)的曲線結果如圖1所示。
[0026]以上所述僅為本發明創造的較佳實施例而已，并不用以限制本發明創造，凡在本 發明創造的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明創造 的保護范圍之內。
【主權項】
1. 一種MPC引射噴管直徑的優化設計方法，包括下述步驟： Sl:確定發動機結構和性能參數，確定MPC引射噴管直徑的初始值； S2:確定MPC引射噴管進口直徑的允許范圍，并根據設計精度設置合適的直徑水平數及 步長，獲得不同的引射噴管直徑d; S3:分別將不同的引射噴管直徑輸入仿真模型進行整機性能仿真計算； S4:根據仿真結果計算各引射噴管直徑下的排氣口可用能損失和排氣管路可用能損 失，并分別擬合得到可用能損失關于引射噴管直徑的方程； S5:得到排氣系統可用能損失關于引射噴管直徑的關系式，求解排氣系統最小可用能 損失對應的引射噴管直徑，即為噴管直徑的最優值。2. 根據權利要求1所述的一種MPC引射噴管直徑的優化設計方法，其特征在于，所述步 驟Sl中MPC引射噴管直徑的基準值由下式(1)確定： 引射噴管的進口截面直徑齋=M . D (!) 式（1)中:D為氣缸直徑;M為經驗系數，取值為0.39或0.4。3. 根據權利要求1所述的一種MPC引射噴管直徑的優化設計方法，其特征在于，所述步 驟S帥，MPC引射噴管進口直徑d的允許范圍否_心《[杉萬+ M，M=0.4石，直徑水平數 的確定優選為:水平數N > 10。4. 根據權利要求1所述的一種MPC引射噴管直徑的優化設計方法，其特征在于，所述步 驟S4中分別擬合得到的可用能損失關于引射噴管直徑的回歸方程如式(2)所示： 'Qi (d) =Ajd2+Bjd+Ci J 化（d) =Ajd;十B沖-C] 1 Ri-5-0.97 、R擇0.97 式(2)中：Qi(d)為排氣口可用能損失函數，〇2(d)為排氣管路可用能損失函數，Ai、Bi、 打、42、82心均為多項式擬合系數，虹、1?2分別為〇1((1)和〇2((1)的相關系數。5. 根據權利要求1所述的一種MPC引射噴管直徑的優化設計方法，其特征在于，所述步 驟S5中，求解排氣系統最小可用能損失對應的引射噴管直徑的過程包括對最佳進口直徑 din-optim的求解，由式(3 )獲得： J Q. (din-optim) =mina (d) … 1 n (d) (d) +化（d) 式(3)中：Q (d)為整個排氣系統可用能損失函數。6. 根據權利要求5所述的一種MPC引射噴管直徑的優化設計方法，其特征在于，所述步 驟S5中，求解排氣系統最小可用能損失對應的引射噴管直徑的過程還包括對最佳出口直徑 dout-optim的求解，由式（4 )獲得： (4)。
【專利摘要】本發明創造提供一種MPC引射噴管直徑的優化設計方法，包括下述步驟：確定發動機結構和性能參數，確定MPC引射噴管直徑的初始值；確定MPC引射噴管進口直徑的允許范圍，并根據設計精度設置合適的直徑水平數及步長，獲得不同的引射噴管直徑；將不同的引射噴管直徑輸入仿真模型進行計算；根據仿真結果計算各引射噴管直徑下的排氣門可用能損失和排氣管路可用能損失，并分別擬合得到可用能損失關于引射噴管直徑的方程；得到排氣系統可用能損失關于引射噴管直徑的關系式，求解排氣系統最小可用能損失對應的引射噴管直徑，即為噴管直徑的最優值。本發明創造有效避免了單一方面確定引射管直徑的片面性，使得優化后的引射噴管排氣脈沖能量最大。
【IPC分類】G06F17/50
【公開號】CN105512405
【申請號】CN201510924734
【發明人】王尚學, 張志軍, 陳晉兵, 牛海杰, 曹晶, 王曼
【申請人】中國北方發動機研究所(天津)
【公開日】2016年4月20日
【申請日】2015年12月11日