涡轮增压柴油机的平均值模型及仿真.pdf

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1、柴油机设计与制造Design&ManufactureOfDieselEngine2004年第2期!总第107期"涡轮增压柴油机的平均值模型及仿真帅英梅高世伦(华中科技大学动力系a湖北武汉430074AbstractThisarticledescribesameanvaluemOdelOfthereal-timesimulatinginthedynamicprOcessOfthedieselengine12V240Z.AndtheresultandanalysisOfthereal-timesimulatiOnthatisperfOrmedinMATLAB/SIMULINKarea

2、lsOgiven.摘要以l2V24OZ柴油机为仿真对象a详细描述了涡轮增压柴油机动态过程实时仿真的一个平均值模型及建模方法a并在MATLAB/SIMULINK环境下进行了动态过程实时仿真和分析O关键词1平均值模型实时仿真涡轮增压柴油机KeyWordS1MeanValuemodel,Real-timeSimulation,TurbochargeddieSelengine!""前宫T1ii环境温度aK近几年来a用于柴油机性能预测和设计方面的p1ii大气压力akpa工作过程模型得到了迅速而充分的发展a而用于柴T2ii压气机出口温度aK油机控制方面的模型则相对较少a且很不完善O为p2ii

3、压气机出口压力akpa了满足电控柴油机硬件在环仿真系统对发动机模型gmcii压气机质量流量akg/s的需要a本文建立了一种适用于涡轮增压柴油机工!cii压气机转效率a%作过程仿真的平均值模型Ozcii压气机转度ar/min该平均值模型的特点是1对涡轮增压柴油机的"cii压比各个工作系统进行了物理意义明确的简化处理a不T#$"ii压气机消耗扭矩aNm涉及各个部分的复杂计算a只表示过程的综合结果由上式可看出1必须先求得压气机的效率和压和状态变量的时间平均效应a突出实时性a以最终比O压气机的质量流量效率转速和压比有如下求得发动机的基本工作参数O关系1#""系统鲁部分的模型gmc=f

4、(zca"c),!c=g(zca"c)2.1压气机及涡轮的模型涡轮模型与压气机类似a故不详述O在用SIMULINK设计压气机模块时a输入的2.2中冷器模型参数为增压器的转速和流量a输出参数为压气机消中冷器子模块的输入参数为压气机出口温度耗扭矩及出口压力和温度a它们分别由下式求得1压力和质量流量a输出参数为中冷器出口温度和压力O由于中冷器进口空气温度和冷却水温度对冷却1kT2=T1H1+["c-1H}1效率#的影响很小a取#=0.84即可满足仿真精度!cT1的要求O则中冷器出口空气温度为1kTgtc=1k30g!"RT1!!"c-1\2T3=T2(1-#+#

5、Tw(4!ck-1!zcLJ式中Tw冷却水进口温度aKp2=p1""3T3中冷器出气温度aK式中Rii气体常数空气通过中冷器产生的压力损失为1kii气体绝缘指数$p=$p(g/g2(50mm0-19-式中!p0ii中冷器在设计工况时的压力损失a型a只采用一个反映平均摩擦压力和转速间函数的约为300~500pa经验公式1gm0ii中冷器设计流量p=75+48l+0.4212fm1000则中冷器出口处空气压力为1p3=p2-!p6式中pfii平均摩擦压力akpa2.3发动机模型mii活塞平均速度am/S则摩擦损失扭矩1发动机模型包括6个子模块a分别计算气缸充气效率指示热效率进入气

6、缸的气体流量平均Ttgf=1000pfV/4!132.4发动机及增压器动力学模型排气温度指示转矩和摩擦转矩O下面分别进行描这2个模型均采用达朗贝尔原理建立平衡方述1程a由于此模型较成熟a故不在文中详述O1气缸充气效率!c1它仅为发动机转速的!""建模申存在的间题及解庆启洁函数O3.1压气机和涡轮特性曲线的处理2进入气缸的气体流量gm31在本文中忽略在计算时将压气机特性曲线用数值表示a并输残余废气系数a气体流量为1gm3="3"cVn/1207入计算机中存储起来O压气机特性的数值表示方法主要有2种1"3=p3/RT381第1种是插值法O此法用正交网格离散压式中gm3ii进入气缸

7、的气体流量akg/S气机特性上的等效率线和等转速线a并将网格点上#cii气缸充气效率a%3的效率值和压比值用两个二维数组储存起来O计算"3ii进入气缸的空气密度akg/mVii发动机气缸总排量am3时a网格点上的参数由输入数据给出a非网格点上的数值则采用二维拉格朗日法进行插值O采用此法lii发动机转速ar/min要注意以下几点13平均排气温度1由热力学第一定律得11格节点数不能太少OgmfHLHV-0W-Pc=gm3+gmfcpeT4-gm3cpaT392喘振线以外的网格点可用曲