RTflexC柴油机动态仿真数学模型.DOC

RT-flex柴油机电喷及动力系统仿真 技术报告 Technical Report For Modeling of a RT-flex Marine Diesel Engine  摘 要 RT-flex高压共轨柴油机是电控船舶柴油主机的杰出代表，为其建立准确而且计算迅速的模型对进一步的深入研究具有重要的意义， 柴油机的容积法模型可较准确的预测缸内气体压力和其他主要参数的变化，已逐渐应用于柴油机的动态仿真中。考虑到电控柴油机喷油正时、排气正时、燃油轨压力等参数变化时，需要柴油机模型能够较准确的反映其对柴油机性能的影响，同时也要考虑计算的快速性。因此，采用容积法模型建立了电控柴油机的动态模型。 由于喷油正时、排气正时等参数随工况变化而变化，缸内工作过程的划分也随之变成动态的划分。考虑到燃油轨压力对放热参数的影响，同时也改进了模型中关于燃烧放热规律、排气阀升程和流量等多个模块的计算方法，使其符合电控柴油机的要求。 建立了7RT-flex68C型电控柴油机的容积法动态仿真模型，在Matlab/Simulink中进行了仿真计算，并将仿真结果与台架试验数据进行了对比分析。结果表明，模型稳态仿真精度达到了设计要求，在最高转速下，每转计算时间为0.209秒，远小于0.4秒的要求。 关键词：船用电控柴油机；高压共轨；容积法模型；动态仿真 目 录 摘 要 III 目 录 IV 第1章 绪论 1 1.1 研究对象 1 1.2 建模方法 2 1.3 研究目标 3 1.3.1 模型精度 3 1.3.2 模型实时性 3 第2章 电喷及动力系统模型 4 2.1 燃油共轨喷射系统模型 4 2.1.1 燃油轨压力 5 2.1.2 燃油喷射控制阀 5 2.1.3 高压油泵的流量 8 2.1.4 喷嘴 8 2.1.5 燃油轨压力控制阀 9 2.1.6 喷油嘴 9 2.1.7 燃油轨压力控制 10 2.2 液压伺服系统 11 2.2.1 伺服油轨压力 11 2.2.2 伺服油泵 11 2.2.3 电动液压泵 11 2.2.4 排气阀伺服机构 11 2.3 启动空气 13 2.4 控制系统 14 2.5 与主机遥控的接口 14 第3章 7RT-flex68C柴油机动态仿真数学模型 15 3.1 容积法模型的基本原理 15 3.2 气缸内工作过程的计算 16 3.2.1 工质的热力学性质 16 3.2.2 气缸工作过程基本方程 18 3.2.3 气缸工作容积 20 3.2.4 燃烧放热规律 20 3.2.5 气缸周壁的热传导 22 3.2.6 扫气口的流量计算 23 3.2.7 排气阀的流量计算 23 3.3 气缸扫气模型 26 3.4 进排气系统 27 3.4.1 排气系统 27 3.4.2 排温 29 3.4.3 中冷器 30 3.4.4 进气系统 30 3.4.5 辅助风机 31 3.5 涡轮增压器 32 3.5.1 从角度域到时间域的转换 32 3.5.2 压气机 33 3.5.3 涡轮 34 3.5.4 动态方程 35 3.6 柴油机单缸瞬时扭矩计算 35 3.6.1 曲柄连杆机构运动学 35 3.6.2 曲柄连杆机构动力学 37 3.6.3 作用力分析 38 3.6.4 指示扭矩 39 3.6.5 机械损失 40 3.7 柴油机动态模型 40 3.7.1 多缸柴油机扭矩计算 40 3.7.2 负载 40 3.7.3 动态方程 41 3.8 电控单元 41 第4章 7RT-flex68D柴油机Matlab仿真程序 42 4.1 仿真工具 42 4.1.1 模块化建模 42 4.1.2 S-函数 42 4.2 仿真程序模块划分 43 4.3 缸内工作过程 46 4.3.1 模块的划分 47 4.3.2 仿真模型 48 第5章 仿真结果与试验数据对比分析 54 5.1 稳态数据对比 54 5.2 阶跃响应 60 5.3 计算速度说明 62 第6章 结论与展望 64 附录A：符号说明 65  绪论 电控柴油机是船舶大型低速二冲程柴油主机的发展方向，高压共轨燃油系统是实现柴油机电控的重要途径。RT-flex柴油机是电控柴油主机的杰出代表，在商船上逐渐得到广泛的应用。对其电控系统进行深入研究日益成为一个重要的课题。控制系统的研究需要对象准确的模型进行仿真计算，但由于电控燃油喷射系统、电控可变排气正时的使用，要求模型能够准确反映缸内气体压力的变化，反映共轨压力对柴油机性能的影响等，这些使得传统的用于控制系统仿真的柴油机模型已经不能满足电控柴油机仿真的要求。因此，如何建立可应用于控制系统仿真的高压共轨大型低速二冲程柴油机的模型，成为一个现实需要。 研究对象 Wasila 7RT-flex68C型柴油机为废气涡轮增压、直流阀式、超长行程大型低速二冲