基于柴油机瞬态模型的废气旁通阀开度标定方法

本发明涉及废气旁通阀开度标定，尤其涉及一种基于柴油机瞬态模型的废气旁通阀开度标定方法。

背景技术：

1、世界全球化加速进行，国家间贸易更加频繁，航运业承担着全球最大的贸易运输，也在迅速发展，并且随着各国对环保的更加重视，越来越多的船舶防污染公约被提出并实施。柴油机作为船舶主要动力装置，如何提升其性能，减少燃油消耗，减少污染成为了重要研究方向。

2、废气涡轮增压器被广泛应用到船舶柴油机中，废气涡轮增压器是利用柴油机排出的废气能量来增加气缸燃烧所需的空气量，从而提高柴油机的功率，提高了燃油经济性同时降低了汽车尾气排放量。但是如果废气涡轮增压器在中高速工况下涡前压力过高，会导致发动机机械效率降低、输出扭矩下降、耗油量增加，更严重时会发生增压器超速和爆震等故障，因此当涡轮增压器的增压压力超过预定值时，需要打开废气旁通阀门，引导部分废气从安装在涡轮之前的旁通阀直接进入排气管，这样就可以减少推动涡轮转动的废气，进而降低涡轮的转速，降低增压压力。废气旁通阀的开度会影响涡轮前排气压力，进而使进气压力发生变化，最终影响气缸内燃料的燃烧效率以及发动机的输出功率，因此选择最优的废气旁通阀开度具有十分重要的意义。

技术实现思路

1、本发明提供一种基于柴油机瞬态模型的废气旁通阀开度标定方法，以克服发动机在不同转速与不同负载下如何确定废气旁通阀的最优开度的问题。

2、为了实现上述目的，本发明的技术方案是：

3、一种基于柴油机瞬态模型的废气旁通阀开度标定方法，包括如下步骤：

4、s1：构建废气旁通阀模型，用于获取流过废气旁通阀的气体质量流量；

5、s2：构建发动机模型，并将废气旁通阀模型设置在发动机模型中；

6、s3：利用发动机模型进行废气旁通阀开度模拟实验，通过调整废气旁通阀的开度，将不同开度下废气旁通阀的气体质量流量引入到发动机的有效功率、机械效率和有效油耗率的计算中，获取对应的发动机的有效功率曲线、机械效率曲线和有效油耗率曲线；

7、s4：当发动机的机械效率处于最高点且有效油耗率处于最低点时，将此时的废气旁通阀开度标定为最优开度。

8、进一步地，所述s1中，

9、s11：构建废气旁通阀模型，废气旁通阀模型具体包括流通面积监测模块、阀门结构选择模块、气体密度监测模块和气体流速监测模块，所述流通面积监测模块用于获取不同开度下废气旁通阀的流通面积，所述阀门结构选择模块用于获取废气旁通阀的阀门结构常数，所述气体密度监测模块用于获取气体的密度，所述气体流速监测模块用于获取流过废气旁通阀的气体流速；

10、s12：通过各模块获得流过废气旁通阀的气体质量流量为：

11、m＝k×c×a×ρ×u；

12、ρ＝ρ0(pr)1/γ；

13、

14、式中：

15、k为阀门结构常数；

16、c为流量系数；

17、a为总流通截面积，单位为m2；

18、ρ为截面处气体密度，单位为kg/m3；

19、ρo为进口处气体密度，单位为kg/m3；

20、u为截面处气体速度，单位为m/s；

21、r为理想气体常数，8.314j/(mol·k)；

22、t0为进气温度，单位为k；

23、pr为绝对压比，即静态出口压力/总入口压力；

24、y为常温下空气的绝热指数；

25、当pr满足以下条件时，会发生阻塞流；

26、

27、发生阻塞流时，截面处的密度、速度使用如下公式计算：

28、

29、

30、流量系数拟合公式为：

31、其中α为阀门开度。

32、进一步地，所述s2中，构建发动机模型，并将废气旁通阀模型设置在发动机模型中，所述发动机模型还包括涡轮增压器模型、中冷器模型、扫气总管模型、排气总管模型和气缸模型；

33、涡轮增压器模型用于得出增压空气的质量流量；中冷器模型和扫气总管模型用于得出进入气缸的气体的进气温度和压力；气缸模型用于得出进气质量流量、排气质量流量、进气能量和排气能量；排气总管模型用于得出排气温度和排气压力。

34、具体地，所述s3中，利用发动机模型进行废气旁通阀开度模拟实验，步骤如下：

35、s31：确定发动机的转速与负荷，确定废气旁通阀的直径，环境温度和压力，将以上数值输入到发动机模型中；

36、s32：调整废气旁通阀开度，调整范围为0-1，废气旁通阀开度为0时表示阀门全关，废气旁通阀开度为1时表示阀门全开，获取废气旁通阀在不同开度时废气旁通阀的气体质量流量，并引入到发动机的有效功率、机械效率和有效油耗率的计算中，得到对应的发动机的有效功率曲线、机械效率曲线和有效油耗率曲线。

37、进一步地，所述废气旁通阀模型中还包括延迟模块，用于将输入废气旁通阀模型的数据延迟输出。

38、进一步地，所述废气旁通阀模型还包括旁通阀开度上下限模块，用于限定废气旁通阀开度的调节范围。

39、有益效果：本发明通过设置废气旁通阀模型计算流过废气旁通阀的气体质量流量，并在发动机模型中加入废气旁通阀模型进行废气旁通阀的开度模拟实验，调整废气旁通阀的开度，将不同开度下废气旁通阀的气体质量流量引入到发动机的有效功率、机械效率和有效油耗率的计算中，得到发动机的有效功率曲线、机械效率曲线和有效油耗率曲线，从而标定出废气旁通阀的最优开度。

技术特征：

1.一种基于柴油机瞬态模型的废气旁通阀开度标定方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的基于柴油机瞬态模型的废气旁通阀开度标定方法，其特征在于，所述s1中，

3.根据权利要求1所述的基于柴油机瞬态模型的废气旁通阀开度标定方法，其特征在于，所述s2中，构建发动机模型，并将废气旁通阀模型设置在发动机模型中，所述发动机模型还包括涡轮增压器模型、中冷器模型、扫气总管模型、排气总管模型和气缸模型；

4.根据权利要求1所述的基于柴油机瞬态模型的废气旁通阀开度标定方法，其特征在于，所述s3中，利用发动机模型进行废气旁通阀开度模拟实验，步骤如下：

5.根据权利要求2所述的基于柴油机瞬态模型的废气旁通阀开度标定方法，其特征在于，所述废气旁通阀模型中还包括延迟模块，用于将输入废气旁通阀模型的数据延迟输出。

6.根据权利要求2所述的基于柴油机瞬态模型的废气旁通阀开度标定方法，其特征在于，所述废气旁通阀模型还包括旁通阀开度上下限模块，用于限定废气旁通阀开度的调节范围。

技术总结
本发明公开了一种基于柴油机瞬态模型的废气旁通阀开度标定方法，包括如下步骤：S1：构建废气旁通阀模型，用于获取流过废气旁通阀的气体质量流量；S2：构建发动机模型，将废气旁通阀模型设置在发动机模型中；S3：进行废气旁通阀开度模拟实验，通过调整废气旁通阀的开度，将不同开度下废气旁通阀的气体质量流量引入到发动机的有效功率、机械效率和有效油耗率的计算中，获取对应的发动机的有效功率曲线、机械效率曲线和有效油耗率曲线；S4：当发动机的机械效率处于最高点且有效油耗率处于最低点时，将此时的废气旁通阀开度标定为最优开度。通过标定最优的废气旁通阀开度对气缸内燃料的燃烧效率以及发动机的输出功率具有十分重要的意义。

技术研发人员：曾鸿,吴泽凡,姜阔,陈才,张子威,孙建平
受保护的技术使用者：大连海事大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15