瞬态工况喷油MAP图仿真计算优化

2023-06-23 理论教育版权反馈

【摘要】：图7.33所示为瞬态工况燃油补偿控制策略原理图，补偿器的输入量为进入气缸的燃油流量，输出量为喷油器所需喷射的燃油流量。图7.33瞬态工况燃油补偿控制策略原理图利用Simulink建立的油膜补偿器和燃油蒸发模块如图7.34所示：针对如图7.35所示的节气门突变工况，分别进行有无油膜补偿的油膜模型仿真，结果如图7.36所示。瞬态工况的空燃比直接影响的是发动机在瞬态工况下的动力性，有无油膜补偿条件下的发动机瞬态工况的响应性能结果如图7.37所示。

与稳态工况不同，发动机在急加速、急减速等瞬态工况时，由于进气歧管内油膜的“湿壁效应”，使得实际进入气缸的燃油量和喷油器喷射的燃油量不相等，若以稳定空燃比确定燃油喷射量必然导致实际空燃比产生较大偏差。为消除油膜的动态效应，采用对喷油器的燃油喷射量进行补偿的控制策略，使得实际参与燃烧的燃油量和实际的进气量成理想比例。

在本章7.3节平均值模型的建立过程中介绍了油膜模型的传递函数形式[式（7.12）～式（7.14）]，补偿器的目的是将实际进入气缸的燃油量等于理论计算出的燃油量，即代入式（7.12）～式（7.14）中，可得补偿器模型方程：

pagenumber_ebook=232,pagenumber_book=222

将式（7.24）和式（7.25）进行拉氏变换，可得燃油补偿模型的传递函数形式如下：

pagenumber_ebook=232,pagenumber_book=222

式中，Mfi（s）为喷油器喷射的燃油流量；Mfu（s）为实际需要的燃油流量。

图7.33所示为瞬态工况燃油补偿控制策略原理图，补偿器的输入量为进入气缸的燃油流量，输出量为喷油器所需喷射的燃油流量。油膜补偿作用的关键在于标定油膜沉积比例系数X和油膜蒸发时间常数τf，精确标定这两个常数就可以一定程度上消除油膜的动态效应。只有当油膜的动态平衡被打破时，喷油器的喷油量和进入气缸的燃油量不相等，发动机的实际空燃比和工况期望的空燃比出现较大偏差时才能够获得。丹麦技术大学的Hendricks[10]经过大量标定试验，提出油膜参数可由式（7.27）和式（7.28）近似表达：

pagenumber_ebook=233,pagenumber_book=223

式中，Pm为进气歧管压力（bar）；n为发动机转速（kr/min）。

pagenumber_ebook=233,pagenumber_book=223

图7.33　瞬态工况燃油补偿控制策略原理图

利用Simulink建立的油膜补偿器和燃油蒸发模块如图7.34所示：

针对如图7.35所示的节气门突变工况，分别进行有无油膜补偿的油膜模型仿真，结果如图7.36所示。从图7.36可以看出，在没有油膜补偿的情况下，节气门的快速变化，无论是快开还是快关，都会导致气缸内混合气的空燃比严重偏离理论空燃比，在节气门突变后的10 s左右时间内逐渐恢复到理论空燃比，在空燃比过度偏离的时间内很有可能导致缸内混合气不能稳定燃烧，出现缸内失火，严重影响了发动机在瞬态工况的动力性和稳定性；在有油膜补偿时，无论节气门开度快速增大还是快速减小，实际进入气缸的燃油量被严格控制与目标油量相等，缸内混合气的空燃比能稳定保持在理论空燃比上，这是因为在建立模型时将油膜模型和油膜补偿器模型的传递函数之积控制为1，所以模型的输入量等于输出量，油膜补偿器实现完美补偿。

瞬态工况的空燃比直接影响的是发动机在瞬态工况下的动力性，有无油膜补偿条件下的发动机瞬态工况的响应性能结果如图7.37所示。节气门变化曲线与图7.35 一致，小型转子发动机的负载转矩稳定不变。从图7.37可以看出，无油膜补偿时，发动机的响应性较差。

pagenumber_ebook=234,pagenumber_book=224