预混点燃式气体燃料发动机建模及仿真研究

摘要

开发气体燃料发动机电控系统对于充分利用能源，改善能源结构，保护全球环境，具有极为重要的意义。开发适用于预混点燃式气体燃料发动机的电控仿真系统，可以为基于模型的控制策略的研究及其电控系统的开发提供一个平台。本文采用机理分析与系统辨识相结合的方法，对预混点燃式气体燃料发动机进行了深入细致的建模研究。 首先，为了准确地提取发动机的性能参数，在自行设计的热式空气质量流量(MAF)传感器标定实验台上进行了传感器静动态标定实验，建立了热膜式和热线式MAF传感器静态多项式组合模型，及热膜式MAF传感器的动态非线性模型——Hammerstein组合模型和线性神经网络模型。 其次，在真空泵流量实验台上完成了预混点燃式气体燃料发动机进气系统的流量特性研究，建立了空气阀、燃气阀及“混合器+节气门”子系统的流量系数模型并分析了其工作流量特性；建立了发动机外围进气系统的动态模型。 然后，在发动机实验台上进行了大量燃用压缩天然气和LPG时的稳态工况实验，以及燃用LPG时的发动机动态响应实验。根据稳态及动态实验数据，建立了相应的进气歧管压力模型，曲轴动力学模型，充量系数模型，进气歧管压力预测模型，转速预测模型，空燃比预测模型，排放预测模型，指示热效率模型，调速器系统模型。通过燃用压缩天然气时的排放预测模型模拟分析了发动机的排放性能。 最后，将各个子模型组合在一起，建立了基于MATLAB-SIMULINK的整机系统仿真模型。利用该模型对部分发动机燃用LPG时的稳态工况进行了仿真，并与实验结果进行了对比。分别以节气门突变作为激励和负载突变作为扰动，较好地对发动机燃用LPG时的动态工况进行了仿真，并与实测数据进行了对比。研究结果表明，系统仿真模型能较好地模拟预混点燃式气体燃料发动机的稳态及动态性能。该模型具有一定的通用性，适用于燃用LPG和压缩天然气时的性能仿真。当燃用不同的燃气时，只需对其中的一些参量(如理论空燃比等)及子模型的修正系数进行微调即可。 可以利用系统仿真模型进行一系列仿真实验，更深入地研究系统各参数的变化规律，优化控制参数，为研究合适的控制策略，实现实时仿真控制系统与ECU联调，设计真正的智能化电控单元奠定了基础。

目录

文摘

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致谢

第一章引言

第二章预混点燃式气体发动机及相关理论简介

第三章预混点燃式气体发动机进气系统特性研究

第四章预混点燃式气体燃料发动机建模

4.1发动机模型的研究现状

4.2空气阀、燃气阀模型

4.3进气歧管模型

4.4动力输出子系统模型

4.5转速预测模型

4.6空燃比预测模型

4.7稳态排放预测模型

4.8动态时滞特性初步研究

第五章预混点燃式气体燃料发动机系统仿真模型研究

第六章总结与展望

参考文献