发动机仿真系列-基于Simulink搭建的柴油发动机仿真模型

汽车安全 2年前 (2021) admin

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汽油机和柴油机是目前汽车中最为广泛使用的动力源。其中，本期带来基于Simulink搭建的柴油发动机建模方法。柴油机具有如下优点：

（1）具有较好的环保性能。柴油机的排放物包括：碳氢化合物、一氧化碳、二氧化碳、氮氧化物及颗粒物。相对于汽油机，柴油机排放的碳氢化合物、一氧化碳、二氧化碳较低。同时，氮氧化物及颗粒物这些排放物可以通过现有的科技技术处理。

（2）经济性能较好。相对于汽油机，柴油机具有较高的能量含量和较高的传热效率。在较大的负荷运行下，柴油机的油耗更低。通常情况下，柴油机的油耗比汽油机的油耗低30%左右。

（3）较高的可靠性。由于其结构简单，相对于汽油机，柴油机不会出现油路故障、电路故障等问题。且柴油机具有较高的精密系统设计，使其可靠性及寿命均优于汽油机。

柴油机由于其尾气排放量小、经济性能优，已经在各大汽车公司得到广泛的应用。例如：宝马、通用、大众等国际公司。

柴油机常见的数学模型包括：零维模型、准维模型及多维模型。零维模型是通过模拟燃烧放热过程搭建的热力学模型，具有良好的实用性和通用性。但其建模过程未考虑流场、喷油方向等外界因素的干扰。准维模型又称现象学模型，它将工质的热力参数与气缸流场联系起来研究燃烧室的能量转换。从而可以考虑柴油机的几何尺寸、混合气的准备和转速等因素对燃烧特性的影响。多维模型是用理论方法来描述系统内物理过程的空间和细节的变化，是用数值方法求解燃烧过程的动量、质量、能量和化学组分的守恒过程，是一组多自变量的偏微分方程。

基于Simulink的柴油机数学模型的构建，在系统设计时将设计对象自上而下逐层划分成若干组成模块，在模块划分的基础上，将得到的模块根据其内在的联系组合起来，构成原系统一个抽象的对应体。模块化技术是通过对原系统进行分解以方便对其的理解和操作，主要是为分析对象的整体性能和工作流程而设计的。

发动机仿真系列-基于Simulink搭建的柴油发动机仿真模型

通过建立自已的柴油机仿真模块库，在后续柴油机的开发及功能扩展时，可以方便的调用。同时在系统建模过程中，阶段系统对这些模块都有调用，通过建立独立的模块库，方面管理调用及二次开发，具有较好的重用性和功能扩展性。

发动机转速设计：

发动机仿真系列-基于Simulink搭建的柴油发动机仿真模型

控制策略设计：

发动机仿真系列-基于Simulink搭建的柴油发动机仿真模型

主程序编辑：

% % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % %           柴油机固有参数 % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % model.V_d = 0.012740000000000;      % 应该是发动机排量即6个气缸的总体积吧model.n_cyl = 6;model.Je =2.5;                      % 发动机本体转动惯量kg·m^2，在原来1.5的基础上+1
model.R_a = 287;                    % 理想气体常数model.R_e = 286;                    % 尾气理想气体常数model.q_HV = 42900000;              % 燃油低热值，单位J/kg
model.gamma_a = 1.396408839779006;model.gamma_e = 1.273422562141491;model.p_amb = 1.011113414634146e+05; model.c_va = 724;model.c_ve = 1046;model.T_im = 3.006185731707316e+02;model.T_amb = 2.984636219512196e+02;model.X_Oc = 0.231400000000000;% % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % %                   气缸相关计算 % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % model.AFs = 14.570000000000000;% 柴油机摩擦扭矩计算公式用参数model.c_fricVec = [0.972722756898463;-0.676883030256722;0.598189125972120];% 柴油机燃烧扭矩计算公式用参数model.eta_igch = 0.689356300414951;model.r_c = 17;model.gamma_c = 1.350000000000000;% 进入气缸中空气流量计算model.c_volVec = [-2.081661984322500e-04,0.003446515805270,1.149702102105914];% model.c_volVec1 = [-2.081661984322500e-04,0.003446515805270,1.149702102105914];%排气温度计算公式用参数model.h_tot = 96.275459840191560;model.T_w = 2.984636219512196e+02;model.d_pipe = 0.100000000000000;model.l_pipe = 1;model.n_pipe = 2;model.c_pa = 1011;model.c_pe = 1332;% 气缸温度计算公式用参数model.T_1_Init = 3.006417882352940e+02;model.x_r_Init = 0;model.eta_sc = 1.101529462480144;model.x_cv = 2.337058444192044e-14;
% % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % %                   EGR相关计算 % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % EGR计算公式用参数model.uInit_egr = 0;model.PI_egropt = 0.650004048326140;% model.A_vgtmax = 8.455767262643882e-04;%该变量vgt中也使用model.c_egr = [-1.110423799234604e-04;0.017780612286078;0];model.A_egrmax = 4.000000000000000e-04;model.tau_egr1 = 0.050000000000000;model.tau_egr2 = 0.130000000000000;model.K_egr = 1.800000000000000;model.tau_degr = 0.065000000000000;% % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % %                   进气歧管相关计算 % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % 进气歧管计算公式用参数model.V_im = 0.022000000000000;model.p_im_Init = 1.011113414634146e+05;
% % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % %                   排气歧管相关计算 % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % 排气歧管计算公式用参数model.V_em = 0.020000000000000;model.p_em_Init = 1.011113414634146e+05;


% % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % %                   增压器相关计算 % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % 压缩机model.Q_c = [3.091897768531849,-2.482320138317002;-2.482320138317002,2.147855962043813];model.c_wpsiVec = [1.088205105289870e-08,-1.731976035967563e-04,1.028616475640862];model.c_wphiVec = [-1.429778268510973e-08,-0.001549881414550,29.646172151290827];model.R_c = 0.040000000000000;model.c_psi2 = 0;model.c_phi2 = 0;model.eta_cmax = 0.736360787972458;model.w_copt = 0.275337574619592;model.pi_copt = 1.045517746825637;model.c_pi = 0.270759473876490;% 涡轮model.BSR_opt = 0.975520316180209;model.c_mVec = [1.356344068109863,2.769209201576692e+03,0.010000098744566];model.w_tlin = 2.796901293592458e+03;model.c_mlin = 1.402147081812531;model.tau_vgt = 0.025000000000000;model.uInit_vgt = 0;model.K_t = 2.890192661107110;model.c_f1 = 1.947962700438556;model.c_f2 = -0.776311893286750;model.c_vgt1 = 1.268719357228555e+02;model.c_vgt2 = 1.171447468823077e+02;model.eta_tmmax = 0.818002726891074;model.R_t = 0.040000000000000;model.A_vgtmax = 8.455767262643882e-04;model.tau_dvgt = 0.040000000000000;% 增压器延时model.omega_t_Init = 5.235987755982988e+03;model.J_t = 2.000000000000000e-04;