一种考虑残留气体的吸排气量的计算方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种考虑残留气体的吸排气量的计算方法。
【背景技术】
[0002]随着能源危机和车辆排放控制要求的日趋严格，迫切需要对发动机的燃烧过程以及残留气体等技术做深入研究。吸排气量不仅是内燃机控制中的重要参数，而且对尾气处理部分，即三效催化转换装置的净化效率有很大影响。残留气体的多少对发动机排放增加、油耗增大、燃烧噪声加剧，以及催化转换装置效率下降都有着直接的影响。
[0003]传统的残留气体研究方法是直接测量进入发动机燃烧室内的空气量和燃油量、根据燃烧情况等一系列参数最终取得气体的成分及比例。但受到仪器制约，精确测量空气流量十分困难；采用体积法或称重法测量燃油消耗又需要较长时间。发动机气缸内的混合气是进入气缸的空气和燃油经过化学反应而成的多种气体的混合，基于它辅助计算进排气量远远方便与传统测量方法，如可避免进气管加装空气流量计对进气量产生的影响，排放物的采样简单，可用于实车的测量等。该方法还可得到混合物中的各种气体成分浓度，提供发动机燃烧效率，对发动机燃烧状况进行故障诊断等。
【发明内容】
[0004]本专利对发动机燃烧室中残留气体的体积、成分、比例等各详细参数进行计算，得出结果后对发动机进排气量予以辅助计算，准确得出发动机气缸内各个时刻燃烧的状态。
【附图说明】
[0005]图1为测量坐标及位置示意图。
【具体实施方式】
[0006]下面对本发明技术方案进行详细说明，但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。
[0007]实施例:
[0008]为了便于描述和分析气缸内气体的流态，将试验用的气缸用图1的坐标图表示。图中z轴和y轴分别表示横坐标和纵坐标，z轴表示气缸内活塞的运动方向，活塞上止点的直径中心为坐标原点。各测量点用轴方向表示，，Oz平面上的A-A截面位置:-45_ ^ y ^ 45mm, -65mm ^ z ^ 7mm间隔为mm ;如z平面上的B-B截面位置:-45_ ^ z ^ 45mm, -65mm ^ z ^ -1Omm间隔为5mm,每次试验测量点总数为50000点。
[0009]发动机转速600r/min，活塞运动平均速度1.48m/s时，而且水平方向所求得了的测点均轴向速度分布图。在AA截面上，气缸中心(y = O)和缸壁附近(y±45mm)位置，气流速度方向向下，其他部位方向正好相反，这是由于发动机在进气行程时，出现气体从阀门倒流的缘故；在曲轴转角为90度CA时，向下方向速度的流动值比向上的大1.5倍，而且由于正反2个方向的气流存在，将在进气口表面形成转动的挤压气流。在BB截面上，曲轴角度在180度CA时，排气右侧壁附近(35_ ^ z ^ 45mm)速度方向朝下，左侧(_45_ ^ z ^ -35mm)速度方向朝上，即气缸气体的运动状态是回转的涡流。进气侧壁附近向上的速度比排气侧壁附近向下运动的流速值大约2.5倍。
[0010]发动机转速为600r/min，活塞速度1.48m/s时，活塞的运动方向上的径向速度分布:不同位置(z为-10、-30、_60mm)、A-A和B-B截面的径向速度是在根据需要进行反复多次而且测点数相当多的情况下所得。从轴的平均速度来看，在曲轴转角为180度CA时，z=-60mm的速度分布为负值(从排气侧到进气侧)，由此得知此时缸内气流流动状态在平面内是顺时针转动的；对于了轴方向速度的方向，在z为-10、-30、-60mm的3个位置中，其向速度大的方向偏流。同理，在气缸的中心线上的速度方向也如此。此外，相同的活塞位置，z轴方向的径向平均速度比y方向的大3?5倍。
[0011]无论是进气行程还是压缩行程，在Z为-10?0_时的气体速度方向和大小变化最为复杂；进气行程中，在曲轴转角60度CA时曲线拐点曲率半径最小，表明此角度下气体流动方向变化较大，与之前的结果相吻合。进气行程比压缩行程复杂，进气行程的平均速度比压缩行程大1.6倍。研究掌握Z为-10?Omm气体速度方向和大小变化情况，对改善燃油气体的混合质量、提高热效率起着重要作用。
[0012]在残留气体分析中，碳氢化合物和氧的浓度值高，一般是由点火系统不良和混合气过稀引起的。当尾气中的碳氢化合物、一氧化碳浓度高、氧和二氧化碳浓度低时，说明发动机的工作工况是浓混合气。如果发动机燃烧室的空气不足，不能保证正常燃烧，那么CO的浓度值低，氧、一氧化碳浓度高，比例越合适。越完全燃烧时，CO的浓度值就越高，其最大值在13.5% — 14.8%之间，此时，一氧化碳CO的浓度值很低或接近零。
[0013]同样，氧的浓度值也是分析诊断的重要数据之一，把氧的浓度值与其它成分数值结合起来分析，能帮助找出故障诊断分析中的难点。一般情况，装有三元催化的发动机，氧气正常情况下的浓度值是1.0% _2.0%，表明发动机燃烧很好，只有少量未反应完的氧通过汽缸。当氧浓度值小于1.0%时，表明混合气太浓，不能很好的燃烧。当氧的浓度值大于2.0%时，表明混合气太稀.供油系统压力低、喷油器阻塞、废气再循环系统泄漏、真空系统泄漏都有可能引起混合气过稀失火，而氧浓度值过高。
[0014]根据以上分析，我们可以得出进排气量在考虑了残留气体后的变化过程。相比试验台条件的同等运行工况，耦合进排气压损下的进排气量有明显的下降，工况越高，进排气量下降量越大，0.5工况以上损失均超过300单位，1.0工况损失更达到500单位左右。在0.8工况附近，损失所占比例接近2.55%，达到最大值；而工况进一步增加时，损失所占比例又有所降低。
[0015]由于压损的存在，发动机效率在各个工况下均有下降，呈单峰现象，在0.8工况附近出现降幅最大值，但总体下降额度均不超过I %。从气动理论分析可知:虽然进口压力和背压有变化，但是压气机折合转速和温比不变压气机的容积流量基本保持不变，压气机的进、出口速度三角形不变，所以进排气量基本不变。但是，在三元流明显的级内，基元级流动假设与实际流动情况有偏差，所以实际上效率会有所下降。
【主权项】
1.在汽缸燃烧室内，活塞运动方向的轴向速度，在曲轴转角位90°CA时，气缸中心及缸壁附近的气体方向向下，而且是其余向上气流的1.5倍；在180 ° CA时，为回转的旋流，而且进气侧的向上的速度比排气侧向下的速度大2.5倍，可见燃烧室内的轴向速度方向是比较确定的；垂直于活塞运动方向的径向方向上，当曲轴转角为180° CA, Z = -1Omm时，形成向右转动的气流，其他情况看哪个方向的速度大，气体即向该方向偏流，而且总的情况是X轴方向的平均流速比I方向的大3至5倍，基本这种情况下的吸排气量由曲轴转角、气体体积决定。
2.在进气行程范围内，气体的瞬时流速和平均流速比较大，这是由于进气对燃烧室内的存在的残留气体起主导的作用，其流态由吸进来的气体流态决定，在曲轴转角50° CA时，瞬时速度达到最大值，压缩阶段的瞬时流速基本稳定在某一值上，此时吸排气量的计算应根据瞬时流速来求得。
3.在相同曲轴转角时，不同周期数的平均速度，无论进气行程还是压缩行程，在上止点以下1mm的范围内最为复杂，而且相同条件下进气行程比压缩行程大1.6倍，此时的气量根据行程、进排气角度、流速、转角等综合决定。
【专利摘要】一种考虑残留气体的吸排气量的计算方法。在残留气体分析中，碳氢化合物和氧的浓度值高，一般是由点火系统不良和混合气过稀引起的，当尾气中的碳氢化合物、一氧化碳浓度高、氧和二氧化碳浓度低时，说明发动机的工作工况是浓混合气，如果发动机燃烧室的空气不足，不能保证正常燃烧，那么CO的浓度值低，氧、一氧化碳浓度高，空燃比越合适，越完全燃烧时，CO的浓度值就越高，其最大值在13.5％至14.8％之间，此时，一氧化碳CO的浓度值很低或接近零。考虑到残留气体的成分以及组成比例，本发明提出一种加入考虑残留气体以对吸排气量影响的计算方法，试验结果表明，在进气阶段能损失最严重的是排气所带走的能量，约占进气可用能的27.21％，其次是流动损失的15.39％，做功阶段占了57.40％，整个能量的损失率达到了42.60％，约占一半。
【IPC分类】G01M15-05, G01F1-00
【公开号】CN104634394
【申请号】CN201310571148
【发明人】邵永松
【申请人】镇江润欣科技信息有限公司
【公开日】2015年5月20日
【申请日】2013年11月13日