【摘要】本文在對東方紅-160拖拉機所配備的柴油機非穩(wěn)定工況充分分析的基礎上，將發(fā)動機分為氣缸、進排氣系統(tǒng)、渦輪增壓器、中冷器、調速器和噴油系統(tǒng)，建立了各部分的數(shù)學模型，在建模過程中引入有限狀態(tài)機理論，利用Matlab/Statelfow模塊，對缸內工作過程仿真模型的執(zhí)行策略進行設計，為柴油機建模提供一種新思路。

【關鍵詞】柴油機 非穩(wěn)態(tài)工況 數(shù)學建模

【中圖分類號】G64 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2015）10-0129-02

一、引言

柴油機的工作過程是一個復雜的熱力學過程，根據(jù)建模的原理、復雜程度、應用范圍的不同，大致可以分成五類建模模型，它們是包括分段和分區(qū)線性化在內的線性化模型、準穩(wěn)態(tài)非線性模型、容積法、壓力波模型和系統(tǒng)辨識模型。容積法就是將發(fā)動機分成一系列的熱力系統(tǒng)，通過管口或孔口聯(lián)系起來，并考慮能量和質量的交換。它多用于對柴油機排氣系統(tǒng)和氣缸的建模，將進、排氣管和氣缸視為熱力系統(tǒng)，通過傳熱、傳質或做功的方式彼此聯(lián)系。由于用容積法計算不穩(wěn)定現(xiàn)象時，對發(fā)動機運轉條件沒有任何限制，而且它是在穩(wěn)態(tài)工作過程模擬計算的基礎上增加動態(tài)項微分方程而形成的，所以它有適用于瞬態(tài)模型仿真的潛力。

本文將柴油機分成相互聯(lián)系的幾部分，分別建立了各自的數(shù)學模型。

二、數(shù)學模型的建模

柴油機瞬態(tài)特性又稱動態(tài)特性，是指柴油機在變速或變負荷情況下，即在過渡工況下的柴油機性能。

以單個氣缸作為一個熱力學系統(tǒng)，系統(tǒng)邊界由活塞頂、氣缸蓋及氣缸套諸壁面組成。為簡化計算，做如下假定：①汽缸內的狀態(tài)是均勻的，認為在進氣期間流入氣缸內的空氣與缸內殘余廢氣實現(xiàn)瞬時完全混合；②工質為理想氣體，其比熱、內能僅與溫度和氣體成分有關；③氣體流入或流出為準穩(wěn)態(tài)流動；④進出口動能忽略不計。

（一）缸內工作過程的基本方程

以上各式中，W為系統(tǒng)對外作功；QB為燃料燃燒放出的熱量；Qw為通過氣缸諸壁面?zhèn)魅牖騻鞒龅臒崃浚籱s為流進氣缸的質量； me為流出氣缸的質量；hs為進氣門處工質的比焓；he為排氣門處工質的比焓；u為氣體的比內能；cv為等容比熱容； mB為噴入氣缸內的瞬時燃料質量。

（二）缸內工作過程的邊界條件

1.氣缸瞬時工作容積

2.燃燒、傳熱模型

燃燒過程十分復雜，很難使計算結果與實際值相符合，通常在下列兩方面逼近真實燃燒過程：①總放熱量相等；②過程中的平均指示壓力、指示燃油消耗率、最高燃燒壓力等指標基本相同。韋博代用放熱規(guī)律，是在均勻混合的情況下，從反應動力學推導出的半經(jīng)驗公式，本仿真系統(tǒng)主要是為優(yōu)化柴油機的動力性和經(jīng)濟性，因此選用韋博代用放熱規(guī)律，累積放熱量和放熱規(guī)律為：

（三）缸內熱力過程的建模

由缸內工作過程的三個基本方程和邊界條件的數(shù)學模型可建立缸內熱力過程各階段的模型，在此不做詳細敘述。

（四）進、排氣系統(tǒng)的建模

在用容積法對進、排氣系統(tǒng)進行模擬計算時，我們要對系統(tǒng)做如下的簡化處理：①將進、排氣系統(tǒng)分別簡化成為一個容器，其容積相當于原來的系統(tǒng)容積。②將空氣濾清器、排氣消聲器，或廢氣渦輪增壓器、渦輪機分別簡化為節(jié)流閥。③忽略進、排氣系統(tǒng)中壓力波的傳播和反射現(xiàn)象，認為容器中的狀態(tài)參數(shù)是均勻的，只考慮狀態(tài)隨時間的變化。④將氣體在管系內的不穩(wěn)定流動看成是一個簡單的準穩(wěn)定的流入和排出過程。[1]

三、結束語

利用建立的大功率渦輪增壓柴油機的數(shù)學模型，為接下來的動態(tài)仿真模型的研究奠定了基礎。

參考文獻：

[1]顧宏中.渦輪增壓柴油機熱力過程模擬計算[M].上海：上海交通大學出版社，1986.

[2]張志遠，王書義.Matlab/Simulink環(huán)境下柴油機單、雙Vibe燃燒放熱規(guī)律建模與仿真[J].裝甲兵工程學院學報，2004，18（1）.

[3]林杰倫.內燃機工作過程的數(shù)值計算[M].西安：西安交通大學出版社，1986.

[4]張葦，張佰年.渦輪增壓柴油機準動態(tài)模型及其數(shù)字和混合實時仿真[J].系統(tǒng)仿真學報，1992（4）.

作者簡介：

鄭士振（1983-），男，山東臨沂人，研究生，講師，研究方向：汽車電子控制系統(tǒng)。