一種基于Simulink的汽油機準維模擬
作者：張毅
準維模型就是為了建立內(nèi)燃機設計參數(shù)和運轉參數(shù)與燃燒過程之間的關系，它可以用來研究流動、傳熱和燃燒等過程的細節(jié)以及整機性能，其計算成本低，速度快。本文以492汽油機為例，用Simulink模擬其工作過程，分析點火提前角的改變對其性能的影響。
1汽油機準維燃燒模型的建立
根據(jù)汽油機燃燒過程的特點，氣流總是處于紊流狀態(tài)，又由于紊流燃燒十分復雜，要精確計算十分困難。通�？梢哉J為紊流火焰的基本結構依然是層流火焰，而紊流的脈動導致了火焰面發(fā)生曲折或者破裂。紊流對火焰的影響取決于紊流的尺度和強度。紊流火焰?zhèn)鞑ニ俣萐T可按下列經(jīng)驗公式計算：
其中：(p/A為燃燒始點的曲軸轉角。
最后根據(jù)燃燒室的幾何結構參數(shù)就能算得已燃區(qū)以及未燃區(qū)的體積。當已燃區(qū)的體積占總體積的95%以上時，即認為燃燒結束。
2模型驗證
以BJ492汽油機為例，利用Simulink軟件對上述汽油機準維燃燒模型進行模擬。
BJ492汽油機的主要技術參數(shù)為：缸徑×行程=0. 092 m×0.092 m，連桿比為0.273 81，壓縮比為6.6，汽缸數(shù)為4，進氣門喉口直徑為@0. 036 m．進氣閥錐角為45。，排氣門喉口直徑為@0. 031 5，排氣閥錐角為45。。
根據(jù)上述數(shù)學模型模擬得出的混合氣的溫度、壓力、質量隨曲軸轉角變化的曲線如圖1所示。BJ492汽油機參考數(shù)據(jù)與模擬數(shù)據(jù)的對比如表1所示。
通過對比隨曲軸轉角變化的參考曲線和模擬曲線以及表1中的性能參數(shù)值，可以發(fā)現(xiàn)利用Simulink建立的汽油機準維模型是正確的。
3點火提前角對發(fā)動機性能的影響
點火提前角是影響點燃式發(fā)動機的重要運行參數(shù)，它直接影響發(fā)動機的燃燒過程，從而影響其輸出功率和燃油消耗率等重要性能參數(shù)。
筆者利用上述汽油機模型，改變汽油機點火提前角的大小，可得到在不同的點火提前角下發(fā)動機的壓力、放熱率、有效燃油消耗率和有效功率的變化圖，分別如圖2、圖3、圖4所示，其中口為點火提前角。
由圖2、圖3、圖4我們可以發(fā)現(xiàn)：隨著點火提前角的增加，最高壓力點出現(xiàn)越早，最高燃燒速率點也提前，且最高點的燃燒速度變大；有效燃油消耗率隨著點火的提前先變小、后變大；而有效功率是隨著點火的提前先變大、后變小，兩者的變化趨勢相反，且最小燃油消耗率和最大有效功率出現(xiàn)的位置點火提前角為50。。
分析出現(xiàn)圖2和圖3現(xiàn)象的原因，主要是因為當點火提前角變大時，發(fā)動機的燃燒時間縮短，導致了燃燒速率變大，最高壓力點提前。當點火時刻在310。CA之前時，點火過早導致混合氣過早燃燒，引起壓縮負功的增加，使得有效功率降低，有效燃油消耗率增加。當點火時刻在310。CA之后時，隨著點火提前角的增大，縮短了總的燃燒時間，使得有效燃油消耗率減低，有效功率增加。所以選擇合適的點火提前角，不僅可以提高發(fā)動機的功率，還能提高它的經(jīng)濟性。
4結論
利用Simulink建立了汽油機準維模型，模擬計算得出的示功圖與參考的示功圖能較好地吻合，各性能參數(shù)的模擬值與參考值的誤差也都在5%以內(nèi)。由此可知利用Simulink來模擬汽油機工作過程的方法是可行的，用該模型可以反映缸內(nèi)壓力和溫度等參數(shù)的變化規(guī)律，計算精度高，工程應用方便。分析點火提前角對發(fā)動機性能的影響，發(fā)現(xiàn)選擇一個合適的點火提前角，不但能提高發(fā)動機的功率，還能提升發(fā)動機的經(jīng)濟性。
5摘要：利用Simulink建立了BJ492汽油機準維燃燒的數(shù)學模型，并進行了工作過程的模擬，將模擬結果與實驗結果進行對比，結果表明兩者吻合較好。在此基礎上分析了點火提前角的變化對汽油機性能的影響。
