应用HIL开发和验证汽车涡轮增压发动机“曲柄角”模型

应用HIL开发和验证汽车涡轮增压发动机“曲柄角”模型

为了组装汽车发动机和动力系统的“实时”平均值模型，建立了仿真数据库。基于填充排空（F&E）法和准稳态流（QSF）法，为提高可移植性和灵活性，在Matlab/Simulink环境下，将数据库建成了一个分级结构，能更方便地找到子模块。

（1）建模。对于进、排气系统中的部件，可以通过F&E方法，将其看成如电容等有容组件（如歧管）；或者通过QSF方法，将部件看成如电阻等无容组件（如气门、压缩机、涡轮机等）。气缸内运动模型的建立主要遵循质量守恒、能量守恒和化学物质守恒定律。将进、排气门当成不能积累能量的部件，计算得出进、排气门的质量流率。从现有的数据库中得到子模型，将新的子模型应用到气缸和进、排气门中，组装成带有EGR系统的4缸涡轮增压柴油机。

（2）模型验证。以类似的方法和因果关系，通过数学关系式建立自然进气发动机和涡轮增压发动机的0°“曲柄角”模型，包括点燃式发动机和柴油发动机。从原始设备制造商（OEM）处得到稳态试验数据，通过最小二乘方法拟合出所需参数，确定出柴油发动机模型。从制造商处得到压缩机和涡轮机的特性来确定其模型。与试验数据对比得知，模型能够以较小的误差仿真出发动机状态。

仿真结果表明，空气路径特性及规律（即节气门EGR流动面积和流量系数）对质量流率影响力较大，尤其是通过EGR阀时；另一方面，空气路径特性及规律对发动机平均有效压力、歧管压力和温度几乎没有影响。该模型具有计算时间短、仿真性能良好等优点，已用于所开发的HIL应用程序中。

刊名：Energy Procedia（英）

刊期：2014年第45期

作者：Paolo Casoli et al

编译：倪媛媛