(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 202111624171.8 (22)申请日 2021.12.28 (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　车伟凡　石智成　 李向荣　 (74)专利代理 机构 北京理工大 学专利中心 11120 代理人 郭德忠 (51)Int.Cl. G06F 30/23(2020.01) G06F 30/17(2020.01) G06F 17/11(2006.01) G06F 119/08(2020.01)G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种基于状态方程的发动机性能预测方法、 系统 (57)摘要 本发明公开了一种基于状态方程的发动机 性能预测方法、 系统， 将发动机每一循环的曲轴 转角离散化为若干曲轴转角节点迭代求解的方 式， 解决了传统求解偏微分方程难以收敛的困 难。 利用发动机的燃烧加热量、 发动机的传热量 和发动机的排气焓能计算发动机工质的温度变 化量， 再采用温度 ‑容积热力状态方程计算工质 温度， 结合进气焓能计算实际工质温度， 结合气 体状态方程计算实际工质压力， 并用当前循环中 最后一个曲轴转角节点的发动机性能参数表征 当前循环结束时的发动机性能参数， 如此迭代循 环直至实际工质温度与初始 工质温度相等， 实时 工质压力与所述工质压力相等， 获得发动机工质 温度曲线和发动机工质压力曲线， 进而获得发动 机各项性能参数。 权利要求书3页 说明书11页 附图3页 CN 114357830 A 2022.04.15 CN 114357830 A 1.一种基于状态方程的发动机性能预测方法， 其特 征在于， 包括： 步骤一、 将发动机每一循环的曲轴转角离散化为若干曲轴转角节点； 设定发动机的初 始工质温度和初始工质压力； 步骤二、 利用发动机的燃烧加热量、 发动机的传热量和发动机的排气焓能计算发动机 工质的温度变化量； 所述温度变化量为第i+1个曲轴转角节点相对于第i个曲轴转角节 点的 温度变化 量； i为整数； 步骤三、 根据步骤二中所述的温度变化量， 采用温度 ‑容积热力状态方程计算工质容积 变化后的第i+1个曲轴转角节点的工质温度； 步骤四、 根据步骤三所述工质温度， 计算第i+1个曲轴转角节点的实际工质温度， 并计 算第i+1个曲轴转角节点的实时工质压力； 步骤五、 以第i+1个曲轴转角节点的实际工质温度和实时工质压力作为第i+2个曲轴转 角节点的初始工质温度和初始工质压力， 重复步骤二至步骤四， 直至得到发动机当前循环 的最后一个曲轴转角节点的实际工质温度和实时工质压力作为发动机当前循环结束时的 实际工质温度和实时工质压力； 步骤六、 以所述发动机当前循环结束时的实际工质温度和实时工质压力作为下一发动 机循环的初始工质温度和初始工质压力， 重复步骤二至步骤五， 直至所述当前循环结束时 的实际工质温度与所述初始工质温度相等， 所述当前循环结束时的实时工质压力与所述初 始工质压力相等， 获得发动机 工质温度曲线和发动机 工质压力曲线； 步骤七、 根据所述发动机工质温度曲线和所述发动机工质压力曲线， 获得发动机指示 功率和发动机热效率， 用于表征发动机性能。 2.如权利要求1所述的发动机性能预测方法， 其特征在于， 步骤二中， 所述计算发动机 工质的温度变化量为： 先将所述发动机的燃烧加热量、 发动机的传热量和发动机的排气焓 能相加， 得到第i+1个曲轴转角节点相 对于第i个曲轴转角节点的动能变化量； 再根据所述 动能变化 量结合温度能量方程计算得到所述温度变化 量； 所述温度变化 量用公式表示 为： 其中， dTi表示温度变化量， dEki表示动能变化量， cvi表示第i个曲轴转角节点处发动机 工质热力状态下的比热容， 表示除进气质量外的缸内工质总质量。 3.如权利要求1所述的发动机性能预测方法， 其特征在于， 步骤三中， 所述采用温度 ‑容 积热力状态方程计算工质容积变化后的第i+1个曲轴转角节点的工质温度为： 其中， 表示工质容积变化后的第i+ 1个曲轴转角节点的工质温度， dTi表示温度变化 量， Ti表示第i个曲轴转角节点的工质温度， 表示第i至第i+1曲轴转角节点之间权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 114357830 A 2缸内工质分子间距的变 化幅度， Vi表示第i个曲轴转角节点的工质容积， dVi表示第i至第i+1 曲轴转角节点之间缸内的工质容积变化， κi表示第i曲轴节点处工质热力状态下所对应的 比热比。 4.如权利要求1所述的发动机性能预测方法， 其特征在于， 步骤四中， 所述计算第i+1个 曲轴转角节点的实际工质温度为： 根据进气焓能和进气质量稀释效应计算所述实际工质温 度； 所述实际工质温度用公式表示 为： 其中， Ti+1表示第i+1曲轴转角节点的实际工质温度， cvi表示第i个曲轴转角节点 处发动 机工质热力状态下的比热容， 表示除进气质量外的缸内工质总质量， 表示工质容 积变化后的第i+1个曲轴转角节点的工质温度， hsidmsi表示第i至第i+1曲轴转角节点之间 进入缸内新鲜空气的总 焓能量即进气焓能， dmsi表示第i至第i+1曲轴转角节点之间进入缸 内的新鲜空气质量， hsi表示环境热力状态下新鲜空气的比焓能， 表示考虑进气 质量后缸内工质的总质量。 5.如权利要求1所述的发动机性能预测方法， 其特征在于， 步骤四中， 所述计算第i+1个 曲轴转角节点的实时工质压力为： 先根据发动机的实时工质质量和实时工质容积 计算得到 实时工质密度， 再根据所述 实时工质密度和所述 实际工质温度通过气 体状态方程计算得到 所述实时工质压力； 所述实时工质压力用公式表示 为： pi+1＝ρi+1Ri+1Ti+1 其中， pi+1表示第i+1曲轴转角节点的实时工质压力， ρi+1表示第i+1曲轴转角节点的实 时工质密度， Ri+1表示第i+1曲轴转角节点的气体状态常数， Ti+1表示第i+1曲轴转角节点的 实际工质温度。 6.如权利要求1所述的发动机性能预测方法， 其特征在于， 步骤一中， 所述若干曲轴转 角节点中， 相邻两个曲轴转角节点的间隔为0.0 5°。 7.一种基于状态方程的发动机性能预测系统， 其特征在于， 包括： 预处理模块、 温度变 化量计算模块、 工质温度计算模块、 实际参数计算模块、 循环内判断模块、 循环外判断模块、 输出模块； 所述预处理模块用于将发动机每一循环的曲轴转角离散化为若干曲轴转角节点并设 定发动机的初始工质温度和初始工质压力； 所述温度变化量计算模块用于根据发动机的燃烧加热量、 发动机的传热量和发动机的 排气焓能计算发动机工质的温度变化量； 所述温度变化量为第i+1个曲轴转角节点相对于 第i个曲轴转角节点的温度变化 量； i为整数； 所述工质温度计算模块用于根据所述温度变化量计算模块中所述的温度变化量， 采用 温度‑容积热力状态方程计算工质容积变化后的第i+1个曲轴转角节点的工质温度； 所述实际参数计算模块用于根据所述工质温度计算模块中的所述工质温度计算第 i+1 个曲轴转角节点的实际工质温度， 并计算第i+1个曲轴转角节点的实时工质压力；权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 114357830 A 3