在柴油机概念设计阶段,开发人员往往需要对一些宏观性能参数进行估算。现有的柴油机商业软件中,以GT-Power和Boost的应用最为广泛,这些商业软件虽然功能强大,但核心算法受商业条款的保护,开发人员无法查看和修改。更重要的是,这些商业软件并不适合发动机开发的初始设计阶段,因为它们需要输入较多的柴油机参数,过程繁琐且计算速度慢。针对以上问题,非常有必要开发出一款具备自主知识产权的柴油机性能模拟和排放预测软件,既能保证仿真计算的速度,又具有友好的前后处理界面和强大的数据交互功能,作为发动机初始设计阶段的实用工具。本文主要工作如下:(1)借助UML这一面向真实环境的建模工具,分析了柴油机仿真软件包含的类、用例图、顺序图和活动图,清晰地描述出整体构架和各部分之间的关系,明确了软件整体功能需求,向技术团队做出准确的传达,实现项目开发过程中的高效合作;(2)在充分理解软件需求的基础上,使用面向对象的C#语言快速创建Winform窗体程序和窗体内的控件,使用Fortran编写计算模块内核,并将其编译为可执行文件供主程序调用;(3)根据柴油机缸内工作过程原理,本软件建立了基于零维模型的仿真模块,能够快速、准确地预测性能参数,得到功率、油耗、转矩等关键技术指标,能够绘制诸如缸压、温度、放热率、进排气阀流量等关键参数随曲轴转角的变化曲线;(4)将NOx半经验模型与零维模型耦合,通过燃油消耗率、绝热火焰温度、柴油机转速、化学反应条件(包括反应活化能、燃料组分、氮氧平衡浓度等)估算柴油机NOx排放,并对模型经验参数进行了标定;(5)将复杂的soot生成过程抽象为生成和氧化两个阶段,soot排放量简化为Hiroyasu生成模型和NSC氧化模型的差值,标定了生成模型的经验参数,并分析了模型的影响因素;(6)以一台单缸四气门直喷柴油机的试验数据作为验证数据,同时在GT-Power平台上搭建仿真模型,将四种不同工况下的性能数据和排放数据进行对比,发现软件的计算结果和GT-Power计算值、试验值较为接近,验证了本款仿真软件进行性能计算和排放预测的准确性、可行性。