1．目的及意义

船舶若是海运领域的基石，船用柴油机则是舰船的心脏。强劲有力的心脏可以为海运行业保驾护航，为我国经济发展添砖加瓦[1]。柴油机因其热效率高、扭矩大、经济性能好、排放污染少等优点，广泛应用于交通运输、农业、国防等各个领域，发挥着不可或缺的作用。但是，各个国家日趋严格的环保法规正推动柴油机向着更低排放的方向发展。同时，由于柴油机更广泛的运用于各种船舶、工程机械上面，因而柴油机的工况复杂且多变，在这种工作条件下，对柴油机的稳定性也提出了更高的要求。据统计，我国船舶总吨位居于世界前列，且造船及船用配套设施生产能力位列世界第三。船舶工业可以说是我国支柱产业。而作为船舶的心脏，柴油机更是极其重要。尽管随着新能源产业的发展，各种替代能源利用方式被人们所提及，但由于技术不够稳定，且电能是由其他能源转化而来，因此，电能属于低品质能源，同排量的传统内燃机汽车与纯电动汽车跑相同里程数，纯电动汽车消耗的能源要大于传统内燃机汽车，故而经济性不好[2]。在未来的20年或更长时间里，柴油机仍然会是船舶、工程机械等工业设施的主要动力源。

因此，对柴油机及其动力装置的研究仍然是一个重要的课题，这其中就包括对柴油机仿真建模、燃烧分析的研究。柴油机是通过缸内燃烧将柴油燃料燃烧的化学能转化为柴油机的机械能。柴油机动力性、经济性、稳定性、排放都和缸内燃烧情况有着极为密切的关系。对某型柴油机进行实时仿真，并对几种燃烧模型进行分析，可以帮助我们对柴油机的缸内燃烧情况有更深入的了解，获得更多有用的数据，以便于柴油机结构设计中的优化，提高柴油机的经济性、稳定性、降低排放，对柴油机技术发展有着极大的促进作用。

2．国内外现状

仿真技术是基于相似理论、信息处理、系统集成等技术的专业技术,以计算机和各种物理设备为工具,利用数学模型或物理模型代替实际系统进行实验研究的一门边缘学科。随着技术手段的发展,仿真模式也在不断变化。仿真技术具有很高的科学价值和巨大的经济效益。由于仿真技术的特殊功效,特别是安全性和经济性,使得仿真技术得到广泛的应用[3]。

根据实现仿真方式的不同可以将系统仿真分为：

1、物理仿真 指研制某些实体模型,使之能够重现原有系统的各种状态。早期的仿真大多属于这一类。但该仿真方法经济性差,周期长,不容易改变参数,,灵活性不好。

2、数学仿真 数学仿真就是用数学语言数学模型去描述一个系统,并编制程序在计算机上对实际系统进行研究的过程。数学仿真灵活性好,速度快,精确度高,可重复性好。其局限性是对于一些复杂的系统很难用数学模型来表达,或难以建立精确的数学模型,或者数学模型过于复杂无法求解等。所以数学仿真往往不能完全代替物理仿真,所以就有了半物理仿真。

3、半物理仿真 在系统研究中往往把数学模型、物理模型和实体结合起来组成一个复杂的仿真系统[3]。

预测柴油机性能的关键是缸内工作过程的计算，其核心是燃烧模型。现阶段，柴油机的燃烧模型分为：零维模型、准维模型和多维模型。零维燃烧模型是在假设整个气缸为一个均匀场的条件下,燃烧放热率由含有一组经验常数的经验或半经验公式来代替。准维燃烧模型将燃烧室模化为无燃烧的空气区、核心区和若干燃烧区,同时将喷射子系统作为热力系统中的一个子区来考虑。其表征特征参数为喷射压力和喷射规律。显然,零维燃烧模型对经验和实验的依赖性很强,而且无法考虑喷射子系统与燃烧的耦合关系,因此,在用于工作过程优化计算时,它的“真实性”和“包容性”两个方面均无法与准维燃烧模型相比。但多维和一维燃烧模型由于计算负荷特别大而无法进行动态仿真，既使是多区模型，其计算时间也远大于实际时间[4]。