一种MPC引射喷管直径的优化设计方法技术

本发明专利技术创造提供一种MPC引射喷管直径的优化设计方法，包括下述步骤：确定发动机结构和性能参数，确定MPC引射喷管直径的初始值；确定MPC引射喷管进口直径的允许范围，并根据设计精度设置合适的直径水平数及步长，获得不同的引射喷管直径；将不同的引射喷管直径输入仿真模型进行计算；根据仿真结果计算各引射喷管直径下的排气门可用能损失和排气管路可用能损失，并分别拟合得到可用能损失关于引射喷管直径的方程；得到排气系统可用能损失关于引射喷管直径的关系式，求解排气系统最小可用能损失对应的引射喷管直径，即为喷管直径的最优值。本发明专利技术创造有效避免了单一方面确定引射管直径的片面性，使得优化后的引射喷管排气脉冲能量最大。

An optimal design method for the diameter of MPC ejector nozzle

The invention provides a MPC optimization design method of nozzle diameter, comprising the following steps: determining the engine structure and performance parameters, determine the initial MPC ejector nozzle diameter value; determine the allowable range of MPC ejector nozzle inlet diameter, and according to the design accuracy set diameter level and the appropriate number of different step. The ejector nozzle diameter; the different ejector nozzle diameter input simulation model is calculated according to the simulation results; calculation of the ejector exhaust nozzle diameter under the exergy loss and exergy loss of exhaust pipe, and by fitting the available energy loss on the ejector nozzle diameter of the exhaust system were obtained by equation; exergy loss relationship the ejector nozzle diameter, for exhaust system of ejector nozzle diameter minimum available energy loss corresponding to the diameter of the nozzle is the optimum value. The invention can effectively avoid the one sidedness of the diameter of the ejector tube, and make the optimized ejector nozzle exhaust pulse energy maximum.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术创造属于内燃机设计
，具体涉及一种MPC引射喷管直径的优化设计方法。
技术介绍
MPC排气系统引射喷管截面的变化会影响排气背压和泵气损失，对发动机性能影响比较敏感。尤其对于高增压柴油机而言，合理的引射喷管直径可以提高废气流速，减少对邻近气缸干扰，并能提高排气脉冲能量。因此，引射喷管直径是MPC排气系统结构设计中的重要优化参数。以往确定引射管直径的方法有一定的片面性，其只考虑引射喷管本身对气流运动状态的影响，只能定性分析喷管直径变化对排气压力波的影响，而不能定量分析其对发动机排气脉冲能量的影响，因而也不能从排气脉冲能量的角度对引射管直径进行优化设计。
技术实现思路
针对传统设计方法中对MPC引射喷管直径优化过程的片面性，本专利技术所要解决的技术问题是：提供一种更加全面的MPC引射喷管直径的优化设计方法。为分析引射喷管直径对排气脉冲能量的影响，本专利技术基于发动机性能仿真和热力学分析，综合分析了排气门节流导致的可用能损失及排气管路可用能损失随引射喷管直径的变化趋势，并通过优化得到排气系统可用能损失量最小时对应的引射喷管直径。该优化方法能够指导MPC排气系统设计阶段中关于引射喷管直径的设计。本专利技术创造提供的MPC引射喷管直径的优化设计方法，包括下述步骤：S1：确定发动机结构和性能参数，确定MPC引射喷管直径的初始值；S2：确定MPC引射喷管进口直径的允许范围，并根据设计精度设置合适的直径水平数及步长，获得不同的引射喷管直径d；S3：分别将不同的引射喷管直径输入仿真模型进行整机性能仿真计算；S4：根据仿真结果计算各引射喷管直径下的排气门可用能损失和排气管路可用能损失，并分别拟合得到可用能损失关于引射喷管直径的方程；S5：得到排气系统可用能损失关于引射喷管直径的关系式，求解排气系统最小可用能损失对应的引射喷管直径，即为喷管直径的最优值。其中，所述步骤S1中MPC引射喷管直径的初始值，从尽可能利用气缸先期排气能量的角度出发，希望选用较小直径的引射喷管，但从减小排气管沿程阻力出发，又希望有较大直径的引射喷管，一般情况下，MPC引射喷管直径的初始值(亦即MPC系统引射喷管的进口截面直径)由下式(1)确定：引射喷管的进口截面直径din‾=M·D---(1)]]>式(1)中：D为气缸直径；M为经验系数，一般取值为0.39，为计算简便可取值为0.4。其中，所述步骤S2中，MPC引射喷管进口直径d的允许范围一般取直径水平数的确定优选为：水平数N≥10。其中，所述步骤S3中仿真模型为采用现有技术中常用或通用手段建立的发动机仿真模型。其中，所述步骤S4中分别拟合得到的可用能损失关于引射喷管直径的回归方程如式(2)所示：Ω1(d)=A1d2+B1d+C1Ω2(d)=A2d2+B2d+C2R12≥0.97R22≥0.97---(2)]]>式(2)中：Ω1(d)为排气门可用能损失函数，Ω2(d)为排气管路可用能损失函数，A1、B1、C1、A2、B2、C2均为多项式拟合系数，R1、R2分别为Ω1(d)和Ω2(d)的相关系数。优选的，所述R1、R2分别由最小二乘法获得。其中，所述步骤S5中，求解排气系统最小可用能损失对应的引射喷管直径的过程包括对最佳进口直径din-optim的求解，由式(3)获得：Ω(din-optim)=minΩ(d)Ω(d)=Ω1(d)+Ω2(d)---(3)]]>式(3)中：Ω(d)为整个排气系统可用能损失函数。进一步，所述步骤S5中，求解排气系统最小可用能损失对应的引射喷管直径的过程还包括对最佳出口直径dout-optim的求解，由式(4)获得：dout-optim=din-optim/1.5---(4)]]>本专利技术创造的方法从排气脉冲能量的角度出发，全面合理地提出了一种引射喷管直径的设计方法，使得优化后的引射喷管排气脉冲能量最大，由于能量是整个系统结构性能设计合理性的直接反映，是结构设计中各项结构和性能参数的综合作用指标，因此有效避免了单一方面确定引射管直径的片面性。具体实施方式下面通过结合具体实施例对本专利技术创造进行进一步说明，仅对本专利技术做示例性描述，并不用于限制本专利技术。以某气缸直径D为130mm的6V增压柴油机排气系统引射喷管直径大小的设计为例，首先建立该发动机的GT-POWER性能仿真模型，并通过试验数据完成对仿真模型的标定，保证仿真模型的预测精度。之后，在标定工况下，当引射喷管进口直径初始值为52mm、水平数N为10的前提下，将不同的引射喷管直径输入仿真模型进行整机性能仿真计算，并根据仿真结果计算各引射喷管直径下的排气门可用能损失和排气管路可用能损失，然后通过数据的拟合得到的如式(2)所示的可用能损失关于引射喷管直径的方程，最后通过式(3)和式(4)得到排气系统可用能损失关于引射喷管直径的关系式，求解得到最佳的引射喷管进、出口直径：din-optim＝57.6mm，dout-optim＝47mm。其中，在本例引射喷管直径的优化设计过程中，拟合得到的排气门可用能损失函数Ω1(d)、排气管路可用能损失函数Ω2(d)和整个排气系统可用能损失函数Ω(d)的曲线结果如图1所示。以上所述仅为本专利技术创造的较佳实施例而已，并不用以限制本专利技术创造，凡在本专利技术创造的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本专利技术创造的保护范围之内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种MPC引射喷管直径的优化设计方法，包括下述步骤：S1：确定发动机结构和性能参数，确定MPC引射喷管直径的初始值；S2：确定MPC引射喷管进口直径的允许范围，并根据设计精度设置合适的直径水平数及步长，获得不同的引射喷管直径d；S3：分别将不同的引射喷管直径输入仿真模型进行整机性能仿真计算；S4：根据仿真结果计算各引射喷管直径下的排气门可用能损失和排气管路可用能损失，并分别拟合得到可用能损失关于引射喷管直径的方程；S5：得到排气系统可用能损失关于引射喷管直径的关系式，求解排气系统最小可用能损失对应的引射喷管直径，即为喷管直径的最优值。

【技术特征摘要】
1.一种MPC引射喷管直径的优化设计方法，包括下述步骤：
S1：确定发动机结构和性能参数，确定MPC引射喷管直径的初始值；
S2：确定MPC引射喷管进口直径的允许范围，并根据设计精度设置合适的直径水平
数及步长，获得不同的引射喷管直径d；
S3：分别将不同的引射喷管直径输入仿真模型进行整机性能仿真计算；
S4：根据仿真结果计算各引射喷管直径下的排气门可用能损失和排气管路可用能损
失，并分别拟合得到可用能损失关于引射喷管直径的方程；
S5：得到排气系统可用能损失关于引射喷管直径的关系式，求解排气系统最小可用
能损失对应的引射喷管直径，即为喷管直径的最优值。
2.根据权利要求1所述的一种MPC引射喷管直径的优化设计方法，其特征在于，
所述步骤S1中MPC引射喷管直径的基准值由下式(1)确定：
引射喷管的进口截面直径din‾=M·D---(1)]]>式(1)中：D为气缸直径；M为经验系数，取值为0.39或0.4。
3.根据权利要求1所述的一种MPC引射喷管直径的优化设计方法，其特征在于，
所述步骤S2中，MPC引射喷管进口直径d的允许范围直径水平数的确定优选为：水平数N≥10。
4.根据权利要求1所述的一种MPC引射喷管直径的优化设计方法，其特征在于，
所述步骤S4...

【专利技术属性】
技术研发人员：王尚学，张志军，陈晋兵，牛海杰，曹晶，王曼，
申请(专利权)人：中国北方发动机研究所天津，
类型：发明
国别省市：天津;12