amesim培训资料发动机01_ENG2_part3.pdf
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1、IMAGINE SA 1998-2006Updated:July 2006TrainingAME_ENG2The IFP-Engine LibraryBenoit DESPUJOLS IMAGINE S.A.Engine Business UnitIMAGINE SA 1998-2006Updated:July 2006Training2目录目录1.IFP engine概述概述2.发动机整体参数发动机整体参数3.建模举例建模举例IMAGINE SA 1998-2006Updated:July 2006Training3IFP-Engine 喷油器 主轴 进排气阀门 燃烧室 进排气歧管 换热 涡
2、轮压气机 发动机模型(HF,MVEM)Chapter 3:建立发动机模型建立发动机模型IMAGINE SA 1998-2006Updated:July 2006Training4喷油器喷油器SOI:start of injection燃油质量流量和焓燃烧室压力和温度1st 汽缸转角喷油时间喷油压力ENGINJxxIMAGINE SA 1998-2006Updated:July 2006Training5 不同的喷油系统 点燃(spark ignited combustion)进气道喷射,直喷,化油器,气态或液态喷射 压燃(compression ignited combustion)缸内直喷或
3、非直喷 IFP-Engine 简单喷油器:喷油器位置 喷油时间、喷油型线 热力学边界 IFP-Engine 提供了多种子模型用于定义喷油型线.注意:喷油率并不依赖去燃烧室状态.喷油器喷油器ENGINJ00ENGINJ01ENGINJ02ENGINJ03IMAGINE SA 1998-2006Updated:July 2006Training6喷油器喷油器ENGINJ00 ENGINJ00:喷油率g/s 由2D数表或表达式定义,自变量为本地喷油时间 s 与喷油压力 barA.喷油器关闭过程的喷油率g/s 由喷油斜面定义.斜面由1D 数表或表达式定义,自变量为喷油压力barA.喷油脉宽s 由1D数
4、表或表达式定义,自变量为喷油周期 s.如果没有数表数据怎么办?注意:本地时间从SOI开始计算IMAGINE SA 1998-2006Updated:July 2006Training7 通常静态质量流量Q0g/s 在给定压力P0下的值为已知.静态质量流量Q0 可以根据喷油压力P进行修正,如下:得到流量方程:喷油器关闭时间非常快0.99*Q00.632*Q0t02.3*t00喷油器喷油器)1(00tteQm0PPkmENGINJ00注意:本地时间从SOI开始IMAGINE SA 1998-2006Updated:July 2006Training8喷油器喷油器 ENGINJ01:质量流量g/s
5、由2D 数表或表达式定义,自变量为本地喷油时间s 和喷油周期s.ENGINJ01IMAGINE SA 1998-2006Updated:July 2006Training9喷油器喷油器 ENGINJ02:质量流量g/s 由3D数表定义,自变量为本地喷油时间s,喷油周期s 与喷油压力barA.ENGINJ02IMAGINE SA 1998-2006Updated:July 2006Training10喷油器喷油器 ENGINJ03:梯形喷油型线:静态流量(port 4)喷油周期(port 4)开启时间(param)关闭时间(param)Injection static flow rate(SFR
6、)InjectiondurationENGINJ03IMAGINE SA 1998-2006Updated:July 2006Training11喷油器喷油器 多次喷油 多次喷油可以通过连接元件进行相连 单个喷油过程由特定喷油器代替ENGMINJ01ENGMINJ01Individual pulse settingsIMAGINE SA 1998-2006Updated:July 2006Training12非直喷非直喷 如果燃油以液态形式喷入到进气管,一部分燃油在壁面形成油膜,另一部分保持的空气中(液滴).两部分都会发生蒸发.瞬态仿真时必须考虑蒸发的时间,采用-x 模型来考虑:没有液态油进入
7、 燃烧室有质量组分x的燃油附着在壁面蒸发为一阶延迟(时间常数)-x 模型假设0D 油膜模型考虑蒸发潜热-x 模型参数:液滴和油膜不同ENGCHWET01IMAGINE SA 1998-2006Updated:July 2006Training13 数据非常难以得到 但是默认参数在大部分情况下是可靠的 通过试验可以进行修正非直喷非直喷气体温度Tgas 影响蒸发ENGCHWET01IMAGINE SA 1998-2006Updated:July 2006Training14非直喷非直喷喷油器端口(热液压端口)ENGCHWET01IMAGINE SA 1998-2006Updated:July 20
8、06Training15 运动学模型:主轴/活塞 主轴、活塞、连杆的惯性不考虑 不考虑摩擦 不考虑旋转或线性刚度主轴主轴ENGCRK11IMAGINE SA 1998-2006Updated:July 2006Training16主轴主轴 考虑惯性和刚度的主轴模型 考虑连杆刚度和活塞质量Stiffness of a crankshaft unitStiffness of the conrod+flexion stiffness of crankshaft+vertical stiffness of bearingsMass of piston+1/3 mass of conrodInertia
9、 of a crankshaft unit+inertia equivalent of 2/3 of conrod massENGCRK11IMAGINE SA 1998-2006Updated:July 2006Training17 参考角度可以为曲轴转角或凸轮转角 角位置:进气阀开启角/排气阀关闭角(IVO/EVC):Depending on lift reference std due to silence ramp Ref IVO:相对于Top Dead Centre提前角(TDC)Ref EVC:相对于TDC延迟角阀门组系阀门组系Valve lift definition cam p
10、rofileIMAGINE SA 1998-2006Updated:July 2006Training18阀门组系阀门组系IMAGINE SA 1998-2006Updated:July 2006Training19 阀门升程 数表文件提供阀门升程mm 与凸轮轴转角或曲轴转角的关系deg 角度设定:进气开启角(IVO)提前于TDC 排气关闭角(EVC)延迟于 BDC.阀门组系阀门组系IMAGINE SA 1998-2006Updated:July 2006Training20气门流动气门流动 依据数据不同,有3种气门流动模型:ENGCYLH21ENGCYLH22ENGCYLH23IMAGINE
11、 SA 1998-2006Updated:July 2006Training21气门流动气门流动1:Simple model简单模式 有效流动面积由阀门最大升程等效直径,流动系数与最大升程计算得到:max_liftliftficientflow_coeff_diameterequivalent4A2effliftIMAGINE SA 1998-2006Updated:July 2006Training222:Flow coefficient=f(lift)流量系数为阀门开度的函数,由试验或CFD 计算得到.结果保存在ASCII文件中。或者有近似表达式描述.通过几何尺寸计算实际的流量 可以区分正
12、向流动或逆向流动.气门流动气门流动IMAGINE SA 1998-2006Updated:July 2006Training23气门流动气门流动3:Effective area=f(lift)有效流通面积为阀门升程的函数,由试验或CFD计算得到.结果保存在ASCII文件中。或者采用近似的数学表达式描述.同样可以区分正流和逆流.IMAGINE SA 1998-2006Updated:July 2006Training24 V.V.T.由ECU信号或map图确定可变正时 可变凸轮轴相位调节器物理模型可变气门正时可变气门正时IMAGINE SA 1998-2006Updated:July 2006T
13、raining25可变气门升程可变气门升程 V.V.L.由ECU信号或map图确定可变升程 可变升程作动器物理模型IMAGINE SA 1998-2006Updated:July 2006Training26燃烧室燃烧室燃烧室为可变容积的热气动容腔,包括:燃烧模型 缸内压力计算 壁面换热计算 汽缸内为3种气体混合:空气,燃油 与废气.燃烧过程将空气和燃油转化为废气.定义IMAGINE SA 1998-2006Updated:July 2006Training27燃烧室燃烧室 IFP-Engine 提供了几种燃烧室子模型 这些子模型被分为2类(icons):压燃(CI)应用于柴油机.点燃(SI)
14、应用于汽油机.压力、温度和混合气成分代表了汽缸的热力学特性,这些变量为状态变量.CISIIMAGINE SA 1998-2006Updated:July 2006Training28 汽缸模型特性:压力计算与定容积容腔类似 燃烧放热 如果喷油为液态,用下式计算燃油蒸发:式中:d(mvap_fuel)/dt kg/s 为蒸发率liq_fuel kg 为汽缸中液态油质量 s 为蒸发时间常数(燃烧室温度的函数).燃烧室燃烧室skgmliq_fuel dtmvap_fueld IMAGINE SA 1998-2006Updated:July 2006Training29同上,无点火端口燃烧室燃烧室 端
15、口外部变量进气排气喷油点火曲轴转角曲轴缸盖缸体活塞IMAGINE SA 1998-2006Updated:July 2006Training30燃烧室燃烧室 子模型 WIEBE CFM*CHMELA*CFM=Coherent Flame ModelIMAGINE SA 1998-2006Updated:July 2006Training31 当已知缸内压力时,可采用Wiebe模型(试验或CFD 结果)模型计算速度快,适合实时仿真应用经验经验Wiebe模型:模型:SI 发动机发动机ENGCCSI00ENGCCSI011111111fcombdafcombcombvtotvedfdaQddQQvt
16、ot=总燃烧放热量JQv=瞬时燃烧放热量Jdcomb=燃烧周期degree=开始燃烧时为0degree=曲轴转角degreeIMAGINE SA 1998-2006Updated:July 2006Training32双双Wiebe 模型:柴油机模型:柴油机2122111122111)1(1fcombfcombdafcombcombratiovtotdafcombcombratiovtotvedfdaQQedfdaQQddQENGCCSI00ENGCCSI01Qratio=第一Wiebe null 模型放热比IMAGINE SA 1998-2006Updated:July 2006Traini
17、ng33动态动态Wiebe 模型模型(SI 或或CI 发动机发动机)ENGCCSI00ENGCCSI01 通过参数数据表,覆盖大范围工况。可以选择3 个工况参数 发动机转速 气/燃比(AFR)容积效率 点火提前角 残余气体组分IFP combustion fitting toolIMAGINE SA 1998-2006Updated:July 2006Training34CFM 基于3D 燃烧模型E-CFM 采用燃烧物理模型,更好的预测性2个模型区域:新鲜气体&废气燃面速度通过新鲜气体区域热力学状态计算Coherent flame model混合物压力相同但温度不同原理:旋涡湍动能转换.缸内湍
18、动能的转换由旋涡湍动能定义,从进气门关闭开始计算.Coherent Flame Model(CFM):SI 发动机发动机dtdhhndtdnhnmdtdEdtdEtumbletumbletumbleMtottumblekk222_81ENGCFM00ENGCFM01h=活塞与缸盖的距离mtot=汽缸内气体总质量Ek=缸内动能Ek_tumble=湍动能ntumble=旋涡数M=发动机转速(SI units)IMAGINE SA 1998-2006Updated:July 2006Training35CHMELA 模型模型(CI)动能由喷油提供:放热计算公式:点火延迟:Arrhenius 定律:残
19、余废气(BGR),温度和压力 Cmode,Crate,Cdiss 在负载、转速大工况范围内变化都得到验证ENGCHMELA00ENGCHMELA0132_121dtdmAndtdEinjnozzlefuelnozzlespraykin3modecylrateVkCfuelcombemCdtdQTTntBGRatepAXwithq)101(1000IMAGINE SA 1998-2006Updated:July 2006Training36 绝热,Eichelberg,Annand 与 Woshni 模型 燃烧室分为3 个不同温度的区域:活塞,缸盖,缸体 Eichelberg model(考虑对
20、流,忽略辐射)燃烧室换热燃烧室换热W Tp)T-(T V A 2.43QgaswallgaspistonwallomegastrokeVpiston 2Vpiston 活塞平均速度m/sstroke 发动机冲程momega 发动机转速rad/sp、Tgas:缸内压力和温度bar,K.IMAGINE SA 1998-2006Updated:July 2006Training37 Annand correlation(考虑对流与辐射)计算壁面瞬时换热燃烧室换热燃烧室换热W Bore.443.07.07.0wallwallgaswallwallgaspistonconvATTATTVAQ hconv
21、 对流换热系数W/m/K Tgas 缸内气体温度K Twall 壁面温度K Awall 壁面面积m 辐射系数辐射系数(around 0.6)null Param Stefan-Boltzmann 常数(=5.67e-8)W/m/K4 Nu:Nusselt number null Aconv 对流系数对流系数(between 0.26 and 0.8)null Param Re:e Reynolds number null b:Annand系数(=0.7)Vpiston 活塞平均速度m/s Bore 汽缸直径m 动力粘度m/swallwallgasradwallwallgasconvconvra
22、dconvATTQATTHQQQQ44W BoreVANuBoreNuHwithpistonbconvconvReReIMAGINE SA 1998-2006Updated:July 2006Training38燃烧室换热燃烧室换热 Woschni correlation(考虑对流,忽略辐射)计算壁面瞬态传热)(Bore)(130 with W 011102112,053,08,01ppVpTVCVCATApHconvATTHconvQpgaswallwallgasTgas 与 p:缸内温度和压力.C1woschni,C2woschni:Woschni 模型2个参数.p1,T1,V1 为燃烧开
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