求一種基于Simulink搭建的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)建模方法

汽油機(jī)和柴油機(jī)是目前汽車(chē)中最為廣泛使用的動(dòng)力源。其中，本期帶來(lái)基于Simulink搭建的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)建模方法。柴油機(jī)具有如下優(yōu)點(diǎn)：

（1）具有較好的環(huán)保性能。柴油機(jī)的排放物包括：碳?xì)浠衔铩⒁谎趸?、二氧化碳、氮氧化物及顆粒物。相對(duì)于汽油機(jī)，柴油機(jī)排放的碳?xì)浠衔铩⒁谎趸?、二氧化碳較低。同時(shí)，氮氧化物及顆粒物這些排放物可以通過(guò)現(xiàn)有的科技技術(shù)處理。

（2）經(jīng)濟(jì)性能較好。相對(duì)于汽油機(jī)，柴油機(jī)具有較高的能量含量和較高的傳熱效率。在較大的負(fù)荷運(yùn)行下，柴油機(jī)的油耗更低。通常情況下，柴油機(jī)的油耗比汽油機(jī)的油耗低30%左右。

（3）較高的可靠性。由于其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，相對(duì)于汽油機(jī)，柴油機(jī)不會(huì)出現(xiàn)油路故障、電路故障等問(wèn)題。且柴油機(jī)具有較高的精密系統(tǒng)設(shè)計(jì)，使其可靠性及壽命均優(yōu)于汽油機(jī)。

柴油機(jī)由于其尾氣排放量小、經(jīng)濟(jì)性能優(yōu)，已經(jīng)在各大汽車(chē)公司得到廣泛的應(yīng)用。例如：寶馬、通用、大眾等國(guó)際公司。

柴油機(jī)常見(jiàn)的數(shù)學(xué)模型包括：零維模型、準(zhǔn)維模型及多維模型。零維模型是通過(guò)模擬燃燒放熱過(guò)程搭建的熱力學(xué)模型，具有良好的實(shí)用性和通用性。但其建模過(guò)程未考慮流場(chǎng)、噴油方向等外界因素的干擾。準(zhǔn)維模型又稱(chēng)現(xiàn)象學(xué)模型，它將工質(zhì)的熱力參數(shù)與氣缸流場(chǎng)聯(lián)系起來(lái)研究燃燒室的能量轉(zhuǎn)換。從而可以考慮柴油機(jī)的幾何尺寸、混合氣的準(zhǔn)備和轉(zhuǎn)速等因素對(duì)燃燒特性的影響。多維模型是用理論方法來(lái)描述系統(tǒng)內(nèi)物理過(guò)程的空間和細(xì)節(jié)的變化，是用數(shù)值方法求解燃燒過(guò)程的動(dòng)量、質(zhì)量、能量和化學(xué)組分的守恒過(guò)程，是一組多自變量的偏微分方程。

基于Simulink的柴油機(jī)數(shù)學(xué)模型的構(gòu)建，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)將設(shè)計(jì)對(duì)象自上而下逐層劃分成若干組成模塊，在模塊劃分的基礎(chǔ)上，將得到的模塊根據(jù)其內(nèi)在的聯(lián)系組合起來(lái)，構(gòu)成原系統(tǒng)一個(gè)抽象的對(duì)應(yīng)體。模塊化技術(shù)是通過(guò)對(duì)原系統(tǒng)進(jìn)行分解以方便對(duì)其的理解和操作，主要是為分析對(duì)象的整體性能和工作流程而設(shè)計(jì)的。

通過(guò)建立自已的柴油機(jī)仿真模塊庫(kù)，在后續(xù)柴油機(jī)的開(kāi)發(fā)及功能擴(kuò)展時(shí)，可以方便的調(diào)用。同時(shí)在系統(tǒng)建模過(guò)程中，階段系統(tǒng)對(duì)這些模塊都有調(diào)用，通過(guò)建立獨(dú)立的模塊庫(kù)，方面管理調(diào)用及二次開(kāi)發(fā)，具有較好的重用性和功能擴(kuò)展性。

發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速設(shè)計(jì)：

控制策略設(shè)計(jì)：

主程序編輯：

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%           柴油機(jī)固有參數(shù) 
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model.V_d = 0.012740000000000;      % 應(yīng)該是發(fā)動(dòng)機(jī)排量即6個(gè)氣缸的總體積吧
model.n_cyl = 6;
model.Je =2.5;                      % 發(fā)動(dòng)機(jī)本體轉(zhuǎn)動(dòng)慣量kg·m^2，在原來(lái)1.5的基礎(chǔ)上+1


model.R_a = 287;                    % 理想氣體常數(shù)
model.R_e = 286;                    % 尾氣理想氣體常數(shù)
model.q_HV = 42900000;              % 燃油低熱值，單位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;
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%                   氣缸相關(guān)計(jì)算 
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model.AFs = 14.570000000000000;
% 柴油機(jī)摩擦扭矩計(jì)算公式用參數(shù)
model.c_fricVec = [0.972722756898463;-0.676883030256722;0.598189125972120];
% 柴油機(jī)燃燒扭矩計(jì)算公式用參數(shù)
model.eta_igch = 0.689356300414951;
model.r_c = 17;
model.gamma_c = 1.350000000000000;
% 進(jìn)入氣缸中空氣流量計(jì)算
model.c_volVec = [-2.081661984322500e-04,0.003446515805270,1.149702102105914];
% model.c_volVec1 = [-2.081661984322500e-04,0.003446515805270,1.149702102105914];%排氣溫度計(jì)算公式用參數(shù)
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;
% 氣缸溫度計(jì)算公式用參數(shù)
model.T_1_Init = 3.006417882352940e+02;
model.x_r_Init = 0;
model.eta_sc = 1.101529462480144;
model.x_cv = 2.337058444192044e-14;


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%                   EGR相關(guān)計(jì)算 
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% EGR計(jì)算公式用參數(shù)
model.uInit_egr = 0;
model.PI_egropt = 0.650004048326140;
% model.A_vgtmax = 8.455767262643882e-04;%該變量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;
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%                   進(jìn)氣歧管相關(guān)計(jì)算 
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% 進(jìn)氣歧管計(jì)算公式用參數(shù)
model.V_im = 0.022000000000000;
model.p_im_Init = 1.011113414634146e+05;


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%                   排氣歧管相關(guān)計(jì)算 
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% 排氣歧管計(jì)算公式用參數(shù)
model.V_em = 0.020000000000000;
model.p_em_Init = 1.011113414634146e+05;






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%                   增壓器相關(guān)計(jì)算 
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% 壓縮機(jī)
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;
% 渦輪
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;
% 增壓器延時(shí)
model.omega_t_Init = 5.235987755982988e+03;
model.J_t = 2.000000000000000e-04;

仿真結(jié)果：

為了驗(yàn)證柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的正確性，后續(xù)需要采用實(shí)際的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)試實(shí)驗(yàn)，由于條件有限，這里就不做驗(yàn)證了。