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2023-06-20
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【摘要】：根据以上公式，可建立如图7.7所示的节气门空气流量仿真模型。图7.7节气门空气流量仿真模型2.进气口空气流量模型该模型的作用是模拟空气在进气管中的状态和流入气缸的过程。
进气模块的作用是模拟空气从外界环境进入气缸的过程，外界环境的空气依次流经节气门体和进气管，最后进入气缸参与燃烧，因此建立的进气模型是由节气门处的空气流量子模型、进气管和进气门空气流量子模型两部分组成。在建模过程中，考虑到实际进气管较短以及简化模型的需要，忽略进气过程的气流与管壁的摩擦和热量交换。
1.节气门处的空气流量模型
节气门处的空气流量模型的主要作用是模拟空气流经节气门的过程。Hendricks[10]提出了双通道的节气门空气流动模型，节气门处的空气被划分为主流和从流，两组气流分别流经节气门的两侧，在节气门体后重新汇聚在一起。该模型指出节气门空气流量只与气门开度和气门两端压比有关，并给出了计算流经节气门的空气质量方程：
式中，
为流经节气门的空气流量；P0为周围环境中的大气压力；T0为周围环境中的大气温度；Pm为进气歧管压力；Pr为节气门前后的气压比；Ct为节气门流量系数，通常取Ct=4.9；α为节气门开度。
其他参数数值如下：
α1=1.407 3，α2=0.408 7，P1=0.440 4，P2=2.314 3，Pn=0.740 4，Pc=0.412 5。
根据以上公式，可建立如图7.7所示的节气门空气流量仿真模型。
图7.7 节气门空气流量仿真模型
2.进气口空气流量模型
该模型的作用是模拟空气在进气管中的状态和流入气缸的过程。进入气缸的空气质量流量直接影响参与燃烧的燃油量，进而影响发动机的输出扭矩和功率，该值一般由“速度-密度法“计算得到，与发动机转速、充量系数、进气压力、发动机排量以及进气歧管内的空气温度等参数有关，模型输入量为节气门体空气流量和发动机的转速，输出量为最终进入气缸的空气流量和发动机进气歧管内气体状态参数。具体可用下式描述：
式中，
为进入气缸的空气量；Vd为发动机排量；R为气体常数；Tm为进气歧管内气体的温度；η为充量系数；Pm为进气歧管压力；n为发动机转速。
发动机充量系数的获得一般通过两种方式：经验公式计算和发动机台架试验标定。一般通过标定试验获得，由“转速-节气门开度-充量系统“组成的三维插值得到。虽然Hendricks在多点喷射汽油机平均值模型的研究过程中，提出了近似计算充量系数的经验公式，但小型转子发动机的进气方式不同于往复式活塞发动机。首先，小型转子发动机没有进气门结构，进气阻力小且连续；其次，进气相位与往复式活塞发动机也完全不同，偏心轴每转一圈进气一次。故无法直接使用往复式活塞汽油机的经验公式。南京航空航天大学的汤延孝等人[11]对小型转子发动机的充量系数进行了研究，通过试验标定了小型转子发动机的充量系数计算公式，其表达式为
式中，Pm为进气歧管压力；n为发动机转速。
3.进气歧管压力模型
在发动机的进气系统中，空气从节气门流入，经过进气歧管最终进入气缸。
根据质量守恒定律可以得到进气歧管内空气质量流量方程：
将式（7.7）、式（7.9）和式（7.10）联立，可得进气管压力变化率：
式中，
为进气歧管的时间常数。
建立的整个进气模块如图7.8所示。左侧的节气门模型包含了节气门处空气流动的动力学方程，输出量为流经节气门处的空气质量流量。整个模块的输入量为节气门开度和发动机转速，输出量为进入气缸的空气质量流量和进气歧管内的压力。
图7.8 进气模块
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