(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111660682.5 (22)申请日 2021.12.31 (71)申请人 北京理工大 学 地址 100081 北京市海淀区中关村南大街5 号 (72)发明人 吴晗　张泽宇　石智成　薄亚卿　 李向荣　 (74)专利代理 机构 北京理工大 学专利中心 11120 代理人 温子云　仇蕾安 (51)Int.Cl. G06F 30/17(2020.01) G06F 30/28(2020.01) G06F 113/08(2020.01) G06F 119/08(2020.01)G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种凸轮驱动发动机高热效率型线设计方 法 (57)摘要 本发明属于设计方法， 具体涉及一种凸轮驱 动发动机高热效率型线设计方法。 一种凸轮驱动 发动机高热效率型线设计方法， 其中， 包括下述 内容： 步骤1： 确定对象及参数； 步骤2： 发动机性 能计算； 步骤3： 驱动凸轮型线优化计算； 步骤4： 最优驱动凸轮型线结果输出。 本发 明的显著效果 是： 利用本发 明的方法可以对驱动凸轮型线进行 主动寻优计算， 可以达到(1)优化缸内的容积变 化规律， (2)降低传热损失并提升等容度， (3)实 现对热力循环的主动改造， (4)指示热效率由此 提升。 权利要求书4页 说明书9页 附图4页 CN 114357647 A 2022.04.15 CN 114357647 A 1.一种凸轮驱动发动机高热效率型线设计方法， 其特 征在于， 包括下述内容： 步骤1： 确定对象及参数； 步骤2： 发动机性能计算； 步骤3： 驱动凸轮型线优化计算； 步骤4： 最优驱动凸轮型线结果输出。 2.如权利要求1所述的一种凸轮驱动发动机 高热效率型线设计方法， 其特征在于： 所述 的步骤1包括下述内容， 根据实际需要优化驱动凸轮型线发动机的类型和型号， 选择类型和型号一致的发动机 做为实验对象， 选取Matlab数值计算软件作为发动机性能计算平 台， 向其中输入发动机缸 径、 冲程、 压缩比、 转速、 空燃比及燃料热值常数参数， 选取ModeFr ontier优化计算软件作为 驱动凸轮型线优化计算平台。 3.如权利要求2所述的一种凸轮驱动发动机 高热效率型线设计方法， 其特征在于： 所述 的步骤2包括下述内容， (1)计算驱动凸轮型线 (2)计算倒拖缸温与缸压 倒拖缸温与缸压曲线利用闭式热力循环气体 状态方程 求解， 计算函数如下： p0＝p1*(V1/V)^κ T0＝T1*(V1/V)^( κ‑1) 其中， p0为倒拖缸压， 单位bar； T0为倒拖缸温， 单位K； p1为压缩始点压力， 单位bar； T1为 压缩始点温度， 单位K； V1为瞬时容积， 其由瞬时活塞位移与相应压缩比下余隙高度的和， 再 乘以缸盖面积计算得到， 单位m3； V为活塞处于下止点时缸内的总容积， 单位m3； V1/V为当前 的压缩程度； κ 为当前 缸内状态下的比热比， 为简化计算可以输入常数值， 推荐取值 为1.35， (3)计算燃烧放热率与传热率 累计燃烧放热量Qb与累计传热量Qh均可选用任意一种成熟且参数化的计算模型进行计 算， 单位均为 kJ， (4)计算燃烧导 致的工质升温量 加入燃烧 模型后导 致的工质升温量， 计算 函数如下： dTc＝Qc/(cp*(ms+mb)) 其中dTc为由于燃烧所导致的升温量， 单位K； Qc为累计燃烧放热量， 其可选用任意一种 成熟且参数化的计算模型进行计算， 单位为kJ； cp为定压比热容， 单位kJ/(kg*K)， 为简化计 算可以输入常数值， 推荐取值为1.080kJ/(kg*K)； ms为循环进气质量， 单位kg， 需要根据机 型和工况直接 输入； mb为累计已燃气质量， 单位 kg， 需要根据机型和工况直接 输入， (5)计算传热导 致的降温量 加入传热模型后导 致的工质降温量， 计算 函数如下： dTh＝Qh/(cp*(ms+mb)) 其中dTh为由于传热所导致的降温量， 单位K； Qh为累计传热量， 其可选用任意一种成熟 且参数化的计算模型进行计算， 单位为kJ； cp为定压比热容， 单位kJ/(kg*K)， 为简化计算可 以输入常数值， 推荐取值为1.080kJ/(kg*K)； ms为循环进气质量， 单位kg， 需要根据机型和 工况直接 输入； mb为累计已燃气质量， 单位 kg， 需要根据机型和工况直接 输入，权　利　要　求　书 1/4 页 2 CN 114357647 A 2(6)计算实际缸温与缸压 实际缸温曲线T利用倒拖缸温曲线T0与由于燃烧与传热共同导致的综合温度变化量dTc 与dTh叠加计算得到， 单位均为K， 计算公式如下： T＝T0+dTc‑dTh 实际缸压曲线p可以直接利用气体状态方程p＝ρ RT计算得到， 其中R为气体状态常数， 单位kJ/(kg*K)， 推荐取值为287kJ/(kg* K)； 缸内工质的瞬时密度ρ ＝(ms+mb)/V， 单位kg/m3， 其中ms为循环进气质量， 单位kg， mb为累计已燃气质量， 单位kg， V为气缸瞬时全 部容积， 单位 m3， 各参数值均需根据机型和工况直接 输入， (7)计算发动机指示热效率 指示热效率计算 函数如下： ηin＝Qw/Qf 其中ηin为指示热效率， 单位％； Qw为循环做功量， 单位kJ， 其可以利用缸压关于容积的 积分计算得到， 如下 所示： 其中p为实际缸压， 单位 为任意曲轴转角处的气缸总容积， 积分始点V( ‑90) 和积分终点V(90)分别为曲轴转角始点 ‑90°CA和曲轴转角终点90 °CA处的气缸总容积， 单位 均为m3， Qf为循环加热量， 单位kJ， 其可以利用循环喷油量与燃料热值的乘积计算得到， 如下所 示： Qf＝mf*Hu 其中， mf为循环喷油量， 单位kg， 需要根据机型和工况直接输入； Hu为选用燃料的质量低 位热值， 单位 kJ/kg。 4.如权利要求3所述的一种凸轮驱动发动机 高热效率型线设计方法， 其特征在于： 所述 的步骤2的(1)包括下述内容， 选择理论和可导任意 一种作为驱动凸轮型线的计算方法， 其中 理论驱动凸轮型线计算 函数利用分段五项式叠加表达法计算， 其中， 分段指此驱动凸轮型线以传统定义的TDCF燃烧上止点为对称轴， 其两侧均可以 实现不同的五项式叠加计算 函数， 其中， 五项式叠加 表达法则指利用四个指数及系数均 可调节的指数函数式与一个可实 现角速度加速及型线平 顶的余弦函数式相加构成， 以下所述均以传统定义的TDCF燃烧上止点为0 °CA点， 左侧是从 ‑90°CA起始， 右侧则以 90°CA终止， 具体 计算函数如下： ①传统定义TDCF点左侧型线函数：权　利　要　求　书 2/4 页 3 CN 114357647 A 3