单缸发动机进气特性仿真和实验研究

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1、单缸发动机进气特性仿真与实验研究叶昌，张振东，刘钰，吴后平（上海理工大学机械工程学院，上海200093）摘要：详细分析了单缸发动机进气系统的工作原理，通过台架实验研究了进气道内气体的剧烈波动现象。在此基础上，讨论了单缸发动机进气道内气体剧烈波动现象的产生原因。运用理想气体方程、速度—密度方程以及质量守恒方程建立了进气管内气体运动的动力学模型，通过Matlab/Simulink软件对该系统进行数值仿真。台架实验对比分析表明，基于速度—密度法的单缸发动机进气系统仿真模型对于进气量的测量具有较高的准确性，并可以在进气压力波动剧烈的情况下

2、较好的反映出循环进气量。关键词：单缸发动机；进气特性；仿真分析；速度—密度法中图分类号：TK417+.1文献标志码：ASimulationandExperimentalResearchonPerformanceofSingle-cylinderEngineIntakeSystemYEChang，ZHANGZhen-dong，LIUYu，WuHou-ping（SchoolofMechanicalEngineering,UniversityofShanghaiforScienceandTechnology,Shanghai200093

3、,China）Abstract：Workingprincipleofasingle-cylinderengineintakesystemisdeeplyanalyzedinthispaper,andfluctuationphenomenaofintakesystemisconfirmedbyworkingbenchtest.Onthisbasis,generatingmechanismofgasfluctuationphenomenaforasingle-cylinderengineintakesystemisdeeplyrese

4、arched.Byusingtheidealgasequation,thespeed-densityequationandthemassconservationequation,asingle-cylinderengineintakegasdynamicsmodelisfounded.UseMATLAB/Simulinksoftwaretosimulatethesystem,thecontrastresultshowsthatthemodelbasedonthespeed-theaveragedensitymethodforsin

5、gle-cylinderengineintakesystemhasagoodaccuracy,itcanreflecttheintakevalueofthesingle-cylinderengineduringthevolatileintakepressure.Keywords:single-cylinderengine;intakesystemcharacteristics;simulationanalysis;speed-densitymethod进气量作为发动机控制系统中一项重要的参数，与喷油量共同为发动机不同工况提供最佳的

6、燃油混合气，对发动机的动力性、燃油经济性以及排放性能具有重要的影响[1-2]。与多缸发动机相比，单缸发动机的进气过程由于受到较小的进气稳压腔、脉冲式的进气过程等因素影响，导致每个工作循环中进气道内的压力波动更为剧烈，很难精确对其进行测量[3]。目前，国内单缸发动机的控制策略大多采用传统的速度—开度算法，这种方法利用节气门开度和发动机转速决定发动机的喷油量，避免了进气压力波动对发动机喷油量造成的影响[4]。但这种方法的准确度受到了发动机制造公差、节气门体老化磨损等因素的影响，测量误差存在不可逆的偏移。此外，速度—开度算法的另一个缺点

7、是需要对发动机进行大量的参数标定，导致开发过程繁琐[5-6]。本文通过台架实验对单缸发动机的进气系统特性进行分析，利用速度—密度法建立进气系统的数学模型并进行仿真，对进气量的测量方法展开研究。1单缸发动机进气过程分析单缸发动机进气系统结构组成及内部气体运动过程如图1所示，考虑到单缸发动机的输出转速高，循环时间短且受到体积制约，设计过程中研发人员一般将节气门体到进气门之间的进气道设计的结构紧凑。这种设计结构的优点是减小了进气阻力、增加了进气量同时也提高了响应速度。但同时这种方法缺点也较明显，短小的稳压腔造成了进气道内气体波动剧烈，使

8、得每循环进气量的测量难度增加。图1进气道内气体运动过程Fig.1Gasmovementofthesingle-cylinderengineintakesystem台架实验选取某125ml排量单缸发动机作为研究对象，在转速3000r/min和转速70