[发明专利]一种柴油机多次喷射喷雾贯穿距预测方法

说明书

本发明的目的在于提供一种柴油机多次喷射喷雾贯穿距预测方法，将多次喷射变喷油曲线在任意瞬时等效成具有质量平均喷射速度的稳态射流。将斯托克斯数与其质量平均速度相关联，使得各束喷雾的斯托克斯数及时响应其喷油率的变化。计算出前后两束喷雾的粒子响应时间，并根据孤立液滴理论得到该时刻两束子喷雾尖端的有效喷射速度。将任意瞬时两束子喷雾尖端的有效喷射速度与喷雾贯穿距解析模型耦合，通过判定多次喷射喷雾尖端得到该时刻的总体喷雾贯穿距。本发明采用变时间上限积分计算质量平均喷射速度，使得喷油率变化的影响及时施加到喷雾贯穿距的发展历程中；以解析式方法实现变喷油条件下喷雾贯穿距的计算，显著提高了计算速度。

技术领域

本发明涉及的是一种柴油机预测方法，具体地说是柴油机喷射预测方法。

背景技术

多次喷射技术凭借其在节能减排方面的巨大优势，在柴油机上得到了飞速发展。当前该技术喷射次数更多、喷油规律更加灵活，极大地改善了柴油机缸内油气混合过程，并优化了喷雾燃烧特性，从根源上降低了氮氧化物和碳烟的产生，同时显著提高了燃油利用率。因此，多次喷射技术对提高柴油机性能、促进其可持续发展意义重大。

喷雾贯穿距是常用的衡量柴油机缸内油气混合效果的重要参数，其直接表征着缸内油气的宏观分布，并且可以用来判断喷雾是否碰壁，继而调节相关喷油策略，进一步优化喷雾混合过程。燃油喷射策略的制定与调节，通常建立在对包括喷雾贯穿距在内的喷雾参数发展规律的掌握之上。然而由于多次喷射技术在喷油次数和喷油率形状等方面带来的多样性，喷射条件对喷雾传播的影响以及喷雾与喷雾之间的互相作用显著加强，导致缸内各个子喷雾的贯穿过程更加复杂，使得掌握喷雾贯穿距的变化规律更加困难。由于多次喷射的第一次喷射直接喷入缸内环境气体，因此其贯穿特性和单次喷射类似，目前积累的大量单次喷射喷雾贯穿距变化规律仍然适用于该条件。但是第二次喷射是喷入前一束喷雾场中而非单纯的环境气体，因此其喷雾贯穿距变化规律与单次喷射截然不同。大量实验研究表明多次喷射的第一束燃油喷雾通过冷却效应降低了第二束燃油喷雾的蒸发潜能，与此同时，两者速度场的互相作用以及第一束喷雾残留的较高动量在第二束喷雾的前端形成高速区，导致第二束喷雾的贯穿速度远高于第一束，因此多次喷射中前后两束燃油喷雾贯穿距对时间的依赖特性是截然不同的。然而目前尚无有关多次喷射第二束喷雾贯穿距对时间的依赖特性的研究，所以仍需要确定两者的定量关系以便更加快速准确地预测多次喷射喷雾贯穿距的变化规律，为柴油机调节喷油策略和优化喷雾混合过程提供理论分析和工程评估工具。

发明内容

本发明的目的在于提供适用于任意可变喷油率条件的一种柴油机多次喷射喷雾贯穿距预测方法。

本发明的目的是这样实现的：

本发明一种柴油机多次喷射喷雾贯穿距预测方法，其特征是：

(1)第一次喷射在t＝0时刻开始，在t₁时刻结束；第二次喷射在t₂时刻开始，在t₃时刻结束；根据喷油量、喷射持续期、喷油型线等喷射参数和喷孔结构参数，计算得到喷孔出口处的前后两次喷射速度U_inj,1(t)和U_inj,2(t)随时间t的变化；

(2)将多次喷射变喷油曲线转化为瞬时稳态射流，根据U_inj,1(t)、U_inj,2(t)，燃油密度ρ_f和喷孔出口面积A_noz，采用变时间t上限积分方法，计算得到前后两束瞬时稳态射流的质量平均喷射速度U_AV,1(t)、U_AV,2(t)：

(3)根据喷孔直径d_n、燃油密度ρ_f及环境气体密度ρ_g，计算得到有效喷孔直径d_eq：