图5.2所示为本次仿真使用的偏心轴转角子模型。具体的方法已在5.1.2节中详述，此处MATLAB/Simulink模型将式和式整合，并表达成图5.4所示模型进行计算：图5.2偏心轴转角子模型2.工作室容积子模型转子发动机在工作时，工作室容积变化规律如式（5.9）所示，在发动机基本参数确定之后，它仅是偏心轴转角的函数。......
2023-06-23
油膜蒸发模块优化方案
【摘要】：本研究中的小型转子发动机采用进气道喷射方式，对于这种喷射方式，燃油从喷油器喷出后只有一部分进入气缸参与燃烧，另外一部分燃油会沉积在进气歧管内壁面上形成“油膜”，这种现象称为“湿壁效应”，如图7.9所示。
本研究中的小型转子发动机采用进气道喷射方式，对于这种喷射方式，燃油从喷油器喷出后只有一部分进入气缸参与燃烧，另外一部分燃油会沉积在进气歧管内壁面上形成“油膜”，这种现象称为“湿壁效应”，如图7.9所示。“湿壁效应“导致进入气缸参与燃烧的燃油分为两部分，一部分是喷油器直接喷出雾化形成的燃油蒸汽，另一部分是壁面上的油膜蒸发形成的燃油蒸汽。
“湿壁效应“主要对发动机在瞬态工况下的喷油量造成影响，Hendricks[8]将湿壁效应对发动机空燃比的影响总结为X-τ模型，该模型提出了油膜的两个重要参数，即燃油沉积系数X和油膜蒸发时间常数τ，X是指进气歧管壁面上所沉积的燃油质量与总的燃油喷射质量的比值，τ是指进气歧管壁面上的液态油膜蒸发为燃油蒸汽所需的时间。假设X=60%，τ为定值，下面用图7.10～图7.12来说明湿壁效应的影响规律。
图7.9 “湿壁效应“示意图
图7.10 稳态工况油膜平衡示意图
图7.11 加速工况油膜蒸发示意图
图7.12 减速工况油膜蒸发示意图
当发动机处于稳态工况时，油膜质量处于动态平衡状态，油膜的蒸发量与沉积量相等，即mfv=mfd，从而使喷油器喷出的燃油与进入气缸的燃油质量也相等，如图7.10所示。在急加速工况时，喷油量突然变大，这种平衡状态被打破，导致油膜沉积量突然增多而蒸发量不变，进而使实际进入气缸的燃油量小于喷出的燃油量；而在急减速时，油膜沉积量小于蒸发量，进而使实际进入气缸的燃油量大于喷出的燃油量，如图7.11和图7.12所示。所以“湿壁效应“主要对发动机在瞬态工况下的喷油量造成影响。为满足瞬态工况下空燃比的要求，需实施加速加浓和减速减油的喷油策略。
小型转子发动机燃油蒸发子模型采用以Hendricks的平均值模型中的燃油蒸发子模型为基础建立，模型的具体表达形式如下：
式中，
为喷油器喷出的燃油质量流量；mfw为油膜质量；
为油膜质量变化量；
为燃油直接形成蒸汽的流量；
为进入气缸的燃油流量；X为喷射的燃油中沉积于壁面的比例；τf为油膜蒸发时间常数。
在该模型中，如需对发动机系统进行精准动态仿真，需要标定不同工况下的X和τ这两个参数，考虑到试验条件限制，对于小型转子发动机的模拟仿真，此处将X和τ视为定值，并取参考值：X=0.8，τ=0.3。这是一个线性化的油膜模型，对上述式子进行拉普拉斯变换，可以得到传递函数形式的油膜模型：
输入为喷油器的燃油喷射量，输出为进入气缸的燃油质量。通过上述方程，在Simulink中建立燃油蒸发模块如图7.13所示。上侧是直接进入气缸的燃油量，下侧构建了油膜的蒸发量。图7.14所示为该模型对喷油量的脉冲信号的响应曲线，可以看出，模型的喷油量具有2 s左右的延迟，响应曲线类似于一阶延迟环节。这种延迟效应会在节气门开度突变小极其明显，导致瞬态工况空燃比的精确控制特别困难，所以瞬态工况下需对喷油器的燃油喷射量进行补偿，对此将在下面一节进行详细阐述。
图7.13 燃油蒸发模块
图7.14 油膜模型的脉冲响应
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