0 引言

面對日趨嚴(yán)峻的能源形勢和日益嚴(yán)格的排放法規(guī)，發(fā)動機開發(fā)遇到了前所未有的挑戰(zhàn)，如何高效、準(zhǔn)確地對發(fā)動機進行優(yōu)化研究，是當(dāng)代發(fā)動機設(shè)計研究過程中的重要課題，而數(shù)值仿真技術(shù)在其中發(fā)揮了越來越重要的作用

。配氣相位就是進、排氣門的開啟及關(guān)閉時刻，通常是用相對于上止點、下止點曲軸位置的曲軸轉(zhuǎn)角環(huán)形圖來表示。柴油機進排氣門的開啟、關(guān)閉時刻對氣缸的充氣效率和換氣質(zhì)量有著很大的影響，能夠影響燃燒室內(nèi)的過量空氣系數(shù)，改變?nèi)剂先紵|(zhì)量，從而影響柴油機的動力性、經(jīng)濟性以及排放等。柴油機在換氣過程中，若能夠做到排氣徹底，進氣充分，則可以提高充氣效率，增大柴油機的動力輸出并改善其經(jīng)濟性

。

進、排氣閥的開啟和關(guān)閉時刻都對發(fā)動機的性能有一定的影響，并且進氣相位還是排氣相位對發(fā)動機的影響都不是單調(diào)變化的，因此對于進氣相位和排氣相位來說，必然存在一個最優(yōu)值，從而使得發(fā)動機的性能達到最優(yōu)。從目前的研究結(jié)果來看，發(fā)動機在不同轉(zhuǎn)速工況下，進排氣相位對發(fā)動機性能的影響規(guī)律并不一致，甚至發(fā)動機在低轉(zhuǎn)速工況下和高轉(zhuǎn)速工況下得到的結(jié)果完全相反

。從最優(yōu)控制策略的角度來說，如果發(fā)動機的進排氣相位是可變并且可控的，那么就有必要在發(fā)動機不同轉(zhuǎn)速工況下分別去討論，從而得到不同轉(zhuǎn)速工況下的最佳進氣相位和排氣相位。此外，由于進氣相位和排氣相位都對發(fā)動機的性能有明顯的影響作用，所以在討論最優(yōu)解時需要同時考慮進氣閥和排氣閥，進行進氣相位和排氣相位的耦合分析

。

2 分析方法及計算模型

2.1 計算方法

本文主要針對柴油機的工作過程及發(fā)動機性能進行一維計算模擬，在計算過程中利用一些廣泛應(yīng)用的經(jīng)驗公式對柴油機的燃料燃燒及缸內(nèi)傳質(zhì)傳熱等物理過程進行描述和預(yù)測，從而實現(xiàn)對柴油機工作過程的模擬

。對于燃燒過程的模擬計算，通常采用使用最為廣泛的Weibe燃燒模型，此模型將缸內(nèi)整個燃燒過程分為預(yù)混合燃燒、主燃燒和尾燃三個階段，每個階段的燃燒都用韋伯函數(shù)進行描述

。韋伯燃燒模型

如下：

對于傳熱計算，GT-Power提供了Woschni、flow、Hohenberg、hgprofile等多種傳熱計算模型以供選擇，本文選擇軟件中的WoschniGT公式

進行氣缸傳熱的計算：

對家鄉(xiāng)的愛還表現(xiàn)在積極關(guān)注現(xiàn)實社會、了解民情、體貼民意、推動社會發(fā)展、國家進步，不消極厭世、無所作為、冷眼旁觀、消極應(yīng)對。其中一個方面表現(xiàn)為敢于追求社會的公平正義敢于為民請命。南通民間流傳著許多為民請命的故事，一些人物甚至不惜與基層官吏對抗。在南通全境流傳著曹瘦臉了的傳說。在天災(zāi)頻仍，收成虧欠的情況下，通州境內(nèi)余西鹽場的鹽民顆粒無收，基層官吏仍然不減稅收，賦稅照催如故。曹秀升解到情況后非常生氣，就將余西鹽場連同另外當(dāng)?shù)厥畟€征稅的鹽總當(dāng)作被告，進行上告，基層不理會，又告到揚州運鹽都司。最后官府懼怕事情鬧大，就免了遭災(zāi)地區(qū)的鹽稅。

2.2 仿真模型建立

鈉長石化：主要發(fā)育在脈內(nèi)，可分為三個階段：第一階段鈉長石呈他形葉片狀半自形板條狀，沿造巖礦物粒間交代或在礦物內(nèi)呈穿孔狀；第二階段鈉長石呈他形狀、呈團塊狀交代產(chǎn)出；第三階段鈉長石呈他形粒狀，呈脈狀交代產(chǎn)出。

圖6和圖7所示為發(fā)動機在3000r/min轉(zhuǎn)速下的輸出扭矩和效率耦合分析計算結(jié)果，從圖中可以看出，發(fā)動機的最優(yōu)性能區(qū)在320°CA(IVO)、100～110°CA(EVO)附近。相比2000r/min，3000r/min工況下的最優(yōu)區(qū)域進一步向左邊移動，結(jié)合之前的分析結(jié)果可以得出結(jié)論：發(fā)動機在低轉(zhuǎn)速工況下，排氣閥較晚開啟有利于發(fā)動機的動力性及經(jīng)濟性，而當(dāng)發(fā)動機轉(zhuǎn)速升高時，提前排氣閥的開啟時刻能夠使得發(fā)動機的動力性及經(jīng)濟性保持最佳的狀態(tài)。此外發(fā)動機性能隨進排氣閥開啟時刻的變化規(guī)律和2000r/min工況基本保持一致，呈現(xiàn)非單調(diào)的變化規(guī)律。通過計算結(jié)果可知，與最低的扭矩和效率點對比，經(jīng)過進排氣相位耦合優(yōu)化之后，發(fā)動機3000r/min工況下最優(yōu)點的扭矩提升了24.8%，效率提升了24.7%。

如圖2所示為1000r/min轉(zhuǎn)速工況下的扭矩分析結(jié)果，圖中的顏色變化代表輸出扭矩的變化，顏色由藍到紅代表輸出扭矩逐漸增高，右邊的圖例標(biāo)識出了不同顏色對應(yīng)的扭矩區(qū)間，可以看到最高輸出扭矩達到22N·m左右。從圖2中可以看出，進氣閥和排氣閥開啟相位在變化時，發(fā)動機的動力性能(扭矩輸出)都會受到較為顯著的影響，通過比較圖中橫向的顏色變化和縱向的顏色變化，可以發(fā)現(xiàn)由上到下的顏色變化更為顯著，由藍色變?yōu)榱思t色，相較而言橫向的顏色變化幅度并不大，只是由橙色變?yōu)橹饾u加深的紅色，這說明相較于排氣閥，進氣閥的開啟相位對發(fā)動機動力性有更為顯著的影響作用。進氣閥在260°CA(上止點前100°CA)左右開啟時，發(fā)動機的輸出扭矩較大，并且在260°CA～340°CA的區(qū)間內(nèi)變化時只是稍有減小，并沒有顯著的降低，但是在進一步延后到360°CA(上止點)開啟的過程中，發(fā)動機的輸出扭矩出現(xiàn)了驟降，這說明發(fā)動機的進氣閥需要有一定的開啟提前角，如果開啟過晚(接近上止點)會對發(fā)動機的動力輸出造成嚴(yán)重的不良影響。此外排氣閥對發(fā)動機的扭矩輸出也有一定的影響作用，但是與進氣閥不同的是，當(dāng)排氣閥開啟時刻不斷推遲，發(fā)動機的輸出扭矩呈現(xiàn)先升高后降低的變化趨勢，這說明排氣閥并不是越早或越晚開啟越好，而是存在一個最佳的開啟相位。從計算結(jié)果可知，排氣閥在120°CA～140°CA時開啟，而進氣閥在280°CA左右開啟時，發(fā)動機能夠得到最高的輸出扭矩。

3 結(jié)果分析與討論

本文通過建立機械增壓式單缸柴油機性能仿真計算模型，進行機械增壓單缸小型柴油機的配氣相位進行耦合優(yōu)化分析，針對進排氣相位對柴油機動力性和經(jīng)濟性的影響規(guī)律進行分析研究。經(jīng)過計算分析，本文得到的結(jié)論入如下：

2.2.2 說明書雖未明確標(biāo)明材質(zhì)屬于非鐵磁性和弱鐵磁性材質(zhì)植入物，但對行MRI檢查規(guī)定磁場強度要求或時間要求的，劃歸為MRI限制類。

本文的研究對象為某型單缸柴油機，具體型式為單缸風(fēng)冷四沖程柴油機，本文所研究單缸柴油機的基本參數(shù)如表1所示。

除了動力性之外，本節(jié)還對發(fā)動機的經(jīng)濟性進行了分析，如圖3所示為發(fā)動機1000r/min轉(zhuǎn)速工況下效率計算結(jié)果，計算結(jié)果顯示效率的變化趨勢和扭矩基本一致，當(dāng)進氣閥開啟過晚時，發(fā)動機的效率會出現(xiàn)迅速降低，而排氣閥對發(fā)動機效率的影響規(guī)律則同樣是非單調(diào)的。從計算結(jié)果可知，發(fā)動機在排氣閥120°CA～140°CA時開啟，進氣閥280°CA左右開啟時，有效效率達到了最高(32%)，并且當(dāng)進氣閥開啟時刻在340°之前時，發(fā)動機的效率基本都能夠保持在30%以上。經(jīng)過進排氣相位的耦合優(yōu)化分析，在1000r/min轉(zhuǎn)速工況下，相較于最低的輸出扭矩和效率，最優(yōu)點的輸出扭矩和效率分別能夠提升54.1%和54.4%，因此本文所做工作對于發(fā)動機配氣相位的優(yōu)化有重要的指導(dǎo)意義和實際價值。

圖4和圖5所示為發(fā)動機在2000r/min轉(zhuǎn)速下的輸出扭矩和效率耦合分析計算結(jié)果，從圖中可以看出，在2000r/min工況下，柴油機的輸出扭矩和效率依然保持較為一致的變化規(guī)律。排氣閥開啟相位對發(fā)動機動力性及經(jīng)濟性的影響規(guī)律為：隨著排氣閥開啟時刻的推遲，發(fā)動機的動力性和經(jīng)濟性都呈現(xiàn)先提高后降低的變化規(guī)律(輸出扭矩先增大后減小，效率先升高后降低)。排氣閥的影響規(guī)律和1000r/min工況下一致，而進氣閥的影響規(guī)律有所變化：在2000r/min轉(zhuǎn)速工況下，進氣閥對發(fā)動機性能的影響規(guī)律同樣呈現(xiàn)非單調(diào)性，隨著進氣閥開啟時刻的推遲，發(fā)動機的性能先提高后降低(輸出扭矩先增大后減小，效率先升高后降低)，在進氣閥開啟時刻接近上止點時，發(fā)動機的性能還是會出現(xiàn)急劇降低。在2000r/min工況下，發(fā)動機的最佳性能點位于320°CA(IVO)、110°CA(EVO)附近區(qū)域，相比1000r/min工況下，發(fā)動機的最佳性能點向左上方移動，即進氣閥最佳開啟時刻推遲，而排氣閥最佳開啟時刻提前。經(jīng)過計算可知，與最低的扭矩和效率點對比，經(jīng)過進排氣相位耦合優(yōu)化之后，發(fā)動機2000r/min工況下最優(yōu)點的扭矩提升了29.1%，效率提升了29.2%。

GT-Power軟件采用模塊化的建模方式，先建立柴油機的各個零部件模塊，再依據(jù)柴油機的結(jié)構(gòu)布置將各個模塊連接起來，組成整個柴油機的仿真模型。在建模時，先根據(jù)自己的需要將模塊添加到工程圖中，然后根據(jù)柴油機的實際參數(shù)對各個模塊進行參數(shù)設(shè)置即可

。在GT-Power中，機械增壓器即為渦輪增壓器的壓氣機部分，工作原理和參數(shù)設(shè)置與渦輪增壓器相同，但是壓氣機模塊不和渦輪相連接，而是需要通過傳動軸及齒輪和曲軸箱相連接。在單缸柴油機模型的基礎(chǔ)上可以建立機械增壓單缸柴油機模型，需要增加的模塊包括機械增壓器(壓氣機模塊)、傳動軸和傳動齒輪，機械增壓單缸柴油機模型如圖1所示。

4 結(jié)論

本文將在1000r/min、2000r/min和3000r/min三個轉(zhuǎn)速工況下進行耦合優(yōu)化分析，這三個轉(zhuǎn)速分別為柴油機低轉(zhuǎn)速工況、中等轉(zhuǎn)速工況和高轉(zhuǎn)速工況的代表轉(zhuǎn)速，所以通過這三個工況的分析基本可以代表發(fā)動機的全速域結(jié)果。分析的進氣閥開啟時刻(IVO)從100°BTDC到0°BTDC，排氣閥開啟時刻(EVO)從100°BBDC到0°BBDC，通過寬廣的分析范圍，可以得到較為充分的分析結(jié)論。扭矩和效率是發(fā)動機的兩個最重要指標(biāo)，分別代表發(fā)動機的動力性能和經(jīng)濟性，因此本節(jié)選擇扭矩和有效效率進行計算，從而針對發(fā)動機的動力性和經(jīng)濟性進行分析。通過本文的分析討論，可以為柴油機應(yīng)用可變氣門機構(gòu)，在不同轉(zhuǎn)速工況下調(diào)節(jié)進氣相位和排氣相位，從而最大限度地提升發(fā)動機的性能提供理論基礎(chǔ)和技術(shù)指導(dǎo)。

(1)在1000r/min工況下，排氣閥在120°CA～140°CA時開啟，而進氣閥在280°CA左右開啟時，發(fā)動機能夠得到最高的輸出扭矩，相較于最低的輸出扭矩和效率，最優(yōu)點的輸出扭矩和效率分別能夠提升54.1%和54.4%，

1.3.1 比較聯(lián)合組與對照組患者治療效果。顯效:患者在治療后舒張壓降低≥10mm Hg并降至正常范圍,或者降低≥20mm Hg;有效:患者在治療后舒張壓降低<10mm Hg以內(nèi)但血壓處于正常值,或者降低10至20mm Hg;無效:患者在治療后血壓降幅未達以上標(biāo)準(zhǔn)。治療總有效率為顯效率、有效率之和。

(2)在2000r/min工況下，發(fā)動機的最佳性能點位于320°CA(IVO)、110°CA(EVO)附近區(qū)域，相比1000r/min工況下，發(fā)動機的最佳性能點向左上方移動，最優(yōu)點的扭矩提升了29.1%，效率提升了29.2%。

(3)發(fā)動機3000r/min工況下的最優(yōu)性能區(qū)在320°CA(IVO)、100～110°CA(EVO)附近，與最低的扭矩和效率點對比，最優(yōu)點的扭矩提升了24.8%，效率提升了24.7%。

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