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小型转子发动机的平均值模型仿真分析

【摘要】:本章针对所研制的某款排量为50mL的小型转子发动机进行建模和仿真,通过仿真结果和该款转子发动机台架试验结果对比分析,不断调整仿真参数进行适当的修正,直至仿真结果与实际发动机试验数据大致吻合。图7.17小型转子发动机总体模型封装图本模型中,输入信号主要有节气门开度信号、附加载荷和点火提前角。

本章针对所研制的某款排量为50mL的小型转子发动机进行建模和仿真,通过仿真结果和该款转子发动机台架试验结果对比分析,不断调整仿真参数进行适当的修正,直至仿真结果与实际发动机试验数据大致吻合。对所建立的小型转子发动机进气模型、燃油蒸发模型和动力输出模型进行连接和封装得到可以用于仿真的小型转子发动机总体模型,如图7.17所示。

图7.16 动力输出模块

图7.17 小型转子发动机总体模型封装图

本模型中,输入信号主要有节气门开度信号、附加载荷和点火提前角。在稳态模拟时,附加载荷和点火提前角保持不变,分别为2 N·m和30°偏心轴转角。节气门开度信号如图7.18所示。模型仿真可得到进气歧管压力、缸内进气流量、发动机转速、空燃比等仿真结果,如图7.19~图7.20所示。下面逐一对其进行分析。

图7.18 节气门开度信号

图7.19 进气歧管压力仿真结果

图7.20 发动机转速仿真结果

从图7.19可以看出,在节气门开度突然增大时,进气阻力减小,节气门的节流作用变小,进气歧管真空度先突然减小,随着发动机转速升高,气流速度变快,真空度逐渐增大后趋于稳定;在节气门开度突然减小时,进气阻力突然变大,进气歧管真空度先增大,并随着转速下降逐渐减小,稳定后歧管内的真空度比大节气门开度时有所减小,这是由于此时的发动机转速比大节气门开度时较小。

从图7.20可以看出,在第5s节气门开度增大时,发动机转速上升至5 000r/min;在第15s节气门开度减小时,发动机转速开始降低直至稳定在2 800r/min的目标转速。从转速的突变到趋于平稳大概需5 s的时间,这主要是由油膜的“湿壁效应“所造成的,这与实际发动机的响应过程一致。

图7.21和图7.22所示分别为发动机空燃比和燃油喷射量的仿真结果。从结果中可以看出,在第5s节气门开度增大时,燃油喷射量在短时间内迅速增加,喷射的燃油并不会完全参与燃烧,部分燃油会沉积在进气道壁面、缸内燃烧室内表面等位置形成油膜,使得在加速工况时混合气中的燃油量比喷油器喷出的燃油量少,混合气偏稀,空燃比值变大;随着发动机工况逐渐稳定,空燃比逐渐恢复到理论值;在第15s节气门开度减小时,燃油喷射量在短时间内迅速减少,此时沉积在进气道壁面和燃烧室表面的未能挥发的油膜继续挥发,使得在减速工况时混合气中的燃油量大于喷油器的喷射量,混合气比理想值浓,即空燃比值小于稳态的理想值14.7。

图7.21 空燃比仿真结果

图7.22 燃油喷射量仿真结果

发动机平均值模型是电控系统开发的重要基础,将此模型嵌入到发动机控制软件中研究其控制效果以及实际工况下的标定,是开发电控系统的后续工作。