Generic Engine

Двигатель внутреннего сгорания с дросселем и вращательной инерцией и задержкой

  • Библиотека:
  • Simscape / Автомобильная трансмиссия / Engines & Motors

  • Generic Engine block

Описание

Блок Generic Engine представляет общий двигатель внутреннего сгорания. Этот блок является подходящим типовым механизмом для воспламенения искры и дизелем. Степень скорости и параметризация крутящего момента скорости обеспечиваются. Вход физического сигнала дросселя задает нормированный крутящий момент механизма. Дополнительные динамические параметры включают инерцию коленчатого вала и задержку времени отклика. Выходы порта физического сигнала уровень расхода топлива механизма на основе модели расхода топлива, которую вы выбираете. Дополнительная скорость и проводит практику "красной черты", контроллеры предотвращают останов механизма и включают круиз-контроль.

Скорость вращения двигателя, дроссель, степень и крутящий момент

По умолчанию Типовой Блок двигателя использует запрограммированное отношение между крутящим моментом и скоростью, которая модулируется сигналом дросселя.

Блок оценивает спрос на мощность двигателя в зависимости от скорости вращения двигателя, g (Ω). Функция обеспечивает максимальную мощность, доступную для данной скорости вращения двигателя, Ω. Параметры блоков — Maximum power, Speed at maximum power и Maximum speed — нормируют эту функцию к физическому максимальному крутящему моменту и значениям скорости.

Нормированный входной сигнал дросселя T задает фактическую мощность двигателя. Степень поставляется как часть максимальной мощности, возможной в устойчивом состоянии при фиксированной скорости вращения двигателя. Это модулирует обеспеченную фактическую мощность, P, от механизма: P (Ω, T) = T · g (Ω). Крутящим моментом механизма является τ = P/Ω.

Спрос на мощность двигателя

Мощность двигателя является ненулевой, когда скорость ограничивается рабочим диапазоном, ΩminΩΩmax. Мощность двигателя абсолютного максимума Pmax задает Ω0, таким образом что Pmax = g (Ω0). Задайте wΩ/Ω0 и g (Ω) ≡ Pmax · p (w). Затем p (1) = 1 и dp (1)/dw = 0. Функция крутящего момента:

τ = (Pmax/Ω0) · [p (w)/w].

Можно вывести формы для p (w) из данных о механизме и моделей. Типовой Блок двигателя использует форму полинома третьего порядка

p (w) = p1 · w + p2 · w 2p3 · w 3

это удовлетворяет

p1 + p2p3 = 1, p1 + 2p2 – 3p3 = 0.

В типичных механизмах pi положителен. Этот полином имеет три нуля, один в w = 0, и сопряженная пара. Одна из пары является положительной и физической; другой является отрицательным и нефизическим:

w±=12(p2±p22+4p1p3).

Для полинома мощности двигателя существуют ограничения на полиномиальные коэффициенты p i, чтобы достигнуть допустимой кривой скорости степени. Если вы используете сведенную в таблицу степень или закручиваете данные, соответствующие ограничения на P (Ω) применяются.

Типичная кривая спроса мощности двигателя

Определите скорость и степень, w = Ω/Ω0 и p = P (Ω)/P0, и задайте контуры как wmin = Ωmin/Ω0 и wmax = Ωmax/Ω0. То:

  • Блок ограничивает скорость вращения двигателя положительной областью значений выше минимальной скорости и ниже максимальной скорости: 0 ≤ wminwwmax.

  • Мощность двигателя на минимальной скорости должна быть неотрицательной: p (wmin) ≥ 0. Если вы используете полиномиальную форму, этим условием является ограничение на p i:

    p (wmin) = p1 · wmin + p2 · w 2 minp3 · wmin 3 ≥ 0.

  • Мощность двигателя на максимальной скорости должна быть неотрицательной: p (wmax) ≥ 0. Если вы используете полиномиальную форму, этим условием является ограничение на wmax: wmaxw+.

Формы мощности двигателя для различных типов Engine

Для параметризации по умолчанию блок обеспечивает два варианта типов двигателя внутреннего сгорания, каждого различными параметрами спроса на мощность двигателя.

Потребление энергии
Коэффициент
Тип Engine
Воспламенение SparkДизель
p 1 10.6526
p 2 11.6948
p 3 11.3474

Модели контроллеров скорости холостого хода

Контроллер скорости холостого хода настраивает сигнал дросселя увеличить вращение механизма ниже задающей скорости согласно следующим выражениям:

Π=max(Πi,Πc)

и

d(Πc)dt=0.5(1tanh(4ωωrωt))Πcτ

где:

  • Π является дросселем механизма.

  • Πi является входным дросселем (порт T).

  • Πc является дросселем контроллера.

  • ω является скоростью вращения коленчатого вала или скоростью вращения двигателя.

  • ωr является ссылкой скорости холостого хода.

  • ωt является порогом скорости контроллера.

  • τ является постоянной времени контроллера.

Управляемый дроссель увеличивается с задержкой первого порядка от нуля до того, когда скорость вращения двигателя падает ниже задающей скорости. Когда скорость вращения двигателя повышается выше задающей скорости, управляемый дроссель уменьшается от одного, чтобы обнулить. Когда различие между скоростью механизма и задающей скоростью меньше, чем порог скорости контроллера, tanh часть уравнения сглаживает производную времени управляемого дросселя. Функция ограничивает управляемый дроссель областью значений [0,1]. Механизм использует больший из входа и управляемых значений дросселя. Если задержка механизма включена, контроллер изменяет вход, прежде чем это вычислит задержку.

Проведите практику "красной черты" модели контроллеров

В то время как контроллер скорости холостого хода определяет минимальное значение дросселя для поддержания скорости вращения двигателя, проводить практику "красной черты" контроллер предотвращает повышенную скорость на основе максимального входа дросселя. Чтобы определить максимальное значение дросселя, проводить практику "красной черты" диспетчер использует уравнение моделей контроллеров скорости холостого хода. Однако для проводить практику "красной черты" контроллера:

  • ωr является проводить практику "красной черты" ссылкой скорости.

  • ωt является проводить практику "красной черты" порогом скорости.

  • τ является проводить практику "красной черты" постоянной времени.

Производительность

Чтобы увеличить скорость симуляции, установите Fuel consumption model на No fuel consumption.

Если вы выбираете какую-либо другую опцию для Fuel consumption model, блок должен выполнить нелинейный расчет. Блок решает уравнение, даже если порт FC, который сообщает об уровне расхода топлива, не соединяется с другим блоком.

Когда параметр устанавливается на No fuel consumption, блок не вычисляет расход топлива, даже если порт FC соединяется с другим блоком.

Допущения и ограничения

Этот блок содержит ограничение задержки механизма.

Механизмы отстают в их ответе на изменяющуюся скорость и дроссель. Блок опционально поддерживает задержку из-за изменяющегося дросселя только. Симуляция задержки увеличивает точность модели, но уменьшает эффективность симуляции.

Аппаратно-программное моделирование

Чтобы улучшать производительность симуляции, установите Dynamics> параметр Time Constant к No time constant - Suitable for HIL simulation.

Порты

Входной параметр

развернуть все

Крутящий момент Engine требует как часть максимального возможного крутящего момента.

Вывод

развернуть все

Энергия произведена механизмом в W.

Топливо используется механизмом в kg/s.

Сохранение

развернуть все

Порт сохранения вращательного механического устройства сопоставлен с блоком двигателя. Это - основной порт. Блок двигателя является физическим телом, которое содержит поршневые цилиндры.

Порт сохранения вращательного механического устройства сопоставлен с коленчатым валом механизма. Это - порт последователя механизма. Коленчатый вал передает энергию, произведенную от процесса сгорания. Как правило, вы присоединяете муфту и передачу в этом порте.

Параметры

развернуть все

Крутящий момент Engine

Выбор моделирования Engine. Выберите между этими опциями на основе доступных данных:

  • Normalized 3rd-order polynomial matched to peak power — Параметризуйте механизм с интерполяционной таблицей кривой степени, заданной характеристиками скорости и степенью.

  • Tabulated torque data — Engine параметризован таблицей крутящего момента скорости, которую вы задаете.

  • Tabulated power data — Engine параметризован таблицей степени скорости, которую вы задаете.

Внутренний выбор моделирования сгорания. Любая опция заставит блок использовать коэффициенты для той опции в полиноме третьего порядка.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Model parameterization на Normalized 3rd-order polynomial matched to peak power.

Pmax максимальной мощности, который может вывести механизм. Это наборы значений пик кривой степени скорости.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Model parameterization на Normalized 3rd-order polynomial matched to peak power.

Ω0 скорости вращения двигателя, в котором механизм запускается в максимальной мощности. Это наборы значений, которые изгибает местоположение вдоль степени, где пик происходит.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Model parameterization на Normalized 3rd-order polynomial matched to peak power.

Ωmax максимальной скорости, в котором механизм может сгенерировать крутящий момент. Это наборы значений верхняя граница кривой степени.

В процессе моделирования, если Ω превышает это значение, остановки симуляции с ошибкой. Ωmax максимальной скорости механизма не может превысить скорость вращения двигателя, при которой мощность двигателя становится отрицательной.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Model parameterization на Normalized 3rd-order polynomial matched to peak power.

Минимальный Ωmin скорости, в котором механизм может сгенерировать крутящий момент. Это наборы значений нижняя граница кривой степени.

В процессе моделирования, если Ω падает ниже этого значения, крутящий момент механизма смешивается, чтобы обнулить.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Model parameterization на Normalized 3rd-order polynomial matched to peak power.

Вектор из скоростей вращения двигателя, который сообщает интерполяционной таблице параметризации модели.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Model parameterization на Tabulated torque data или Tabulated power data.

Вектор из механизма закручивает для параметризации интерполяционной таблицы. Размер этого вектора должен совпадать с параметром Speed vector.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Model parameterization на Tabulated torque data.

Вектор из значений зависимой переменной функции механизма, степень P. Размер этого вектора должен совпадать с параметром Speed vector.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Model parameterization на Tabulated power data.

Метод, чтобы вычислить расход топлива в промежуточных значениях крутящего момента скорости. Вне области значений данных расход топлива остается постоянным в итоговом значении интерполяционной таблицы.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Model parameterization на Tabulated torque data или Tabulated power data.

Динамика

Опция, чтобы параметрировать инерцию и начальную скорость. Можно принять решение смоделировать инерцию для увеличенной точности или числовой устойчивости.

Начальная вращательная инерция. Этот параметр инициализирует расчет инерции механизма.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Inertia на Specify inertia and initial velocity.

Начальная скорость вращения, Ω (0). Этот параметр инициализирует расчет инерции механизма.

Опция, чтобы параметрировать постоянную времени и начальную букву нормировала дроссель механизма.

Время отклика Engine задерживает значение. Этот параметр задает задержку между сигналом дросселя и ответом механизма.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Time constant на Specify time constant and initial value.

Начальная буква нормировала дроссель механизма, T (0). Это значение должно быть в области значений [0,1]. Вы задаете это значение, когда это необходимо, к задержке модели.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Time constant на Specify time constant and initial value.

Пределы

Крутящий момент привозит область значений перед остановкой. Этот параметр задает, где механизм начинает испытывать быстрый крутящий момент, понижаются, когда коленчатый вал приближается к Stall speed. Крутящий момент смешивается к 0 между этой точкой и точкой остановки.

Регулировка скорости

Опция, чтобы включить регулировку скорости. Регулировка скорости бездействует механизм в данном заданном значении. Цель неактивного механизма состоит в том, чтобы предотвратить остановку, когда прикладного дросселя недостаточно, чтобы повернуться. Когда вы включаете регулировку скорости, блок утверждает достаточно дросселя, чтобы обеспечить, по крайней мере, значение параметров Idle speed reference. Для получения дополнительной информации смотрите Модели контроллеров Скорости холостого хода.

Ссылочная скорость вращения коленчатого вала для моделирования регулировки скорости. Контроллер скорости холостого хода будет работать, чтобы обеспечить, по крайней мере, эту скорость.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Idle speed control на On.

Время, чтобы ответить на отклонения от значения параметра Idle speed reference.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Idle speed control на On.

Контроллер, сглаживающий параметр. Controller threshold speed сглаживает управляемое значение дросселя, когда скорость вращения механизма пересекает ссылку скорости холостого хода. Для получения дополнительной информации смотрите Модели контроллеров Скорости холостого хода. Большие значения уменьшают скорость отклика контроллера. Маленькие значения увеличивают вычислительную стоимость. Этот параметр должен быть положительным.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Idle speed control на On.

Опция, чтобы включить ограничитель скорости вращения максимума коленчатого вала механизма. Когда вы устанавливаете Redline control на On, кладка блоков, чтобы препятствовать тому, чтобы скорость вращения двигателя превысила максимальное заданное значение.

Проведите практику "красной черты" заданное значение скорости вращения двигателя управления. Введите значение ссылки скорости, выше которой активируется проводить практику "красной черты" управление.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Redline control на On.

Время, чтобы ответить на скорости вращения двигателя, превышающие значение параметра Redline speed. Введите значение постоянной времени, сопоставленной с увеличением или уменьшением управляемого дросселя.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Redline control на On.

Проведите практику "красной черты" контроллер, сглаживающий параметр. Задайте ширину области вокруг проводить практику "красной черты" скорости, куда контроллер идет от полностью активированного к не включенный. Блок использует этот параметр для сглаживания управляемого значения дросселя, когда скорость вращения механизма пересекает проводить практику "красной черты" ссылку скорости. Большие значения уменьшают скорость отклика контроллера. Маленькие значения увеличивают вычислительную стоимость.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Redline control на On.

Расход топлива

Таблица показывает, как заданные опции для параметра Fuel consumption model влияют на доступность зависимых параметров. Чтобы изучить, как считать таблицы зависимостей, смотрите Зависимости от Параметра.

Зависимости от параметра расхода топлива

Fuel Consumption
Fuel consumption model
No fuel consumptionConstant per revolutionFuel consumption by speed and torqueBrake specific fuel consumption by speed and torqueBrake specific fuel consumption by speed and brake mean effective pressure
Fuel consumption per revolutionDisplaced volume
Revolutions per cycle
Speed vector
Torque vectorBrake mean effective pressure vector
Fuel consumption tableBrake specific fuel consumption table
Interpolation method

Метод расхода топлива на основе доступных данных. Выберите модель для вычисления расхода топлива. Методы включают параметры, которые сопоставимы с типичными промышленными данными. Выберите из следующих опций:

  • No fuel consumption

  • Constant per revolution

  • Fuel consumption by speed and torque

  • Brake specific fuel consumption by speed and torque

  • Brake specific fuel consumption by speed and brake mean effective pressure

Если вы устанавливаете Fuel consumption model на No fuel consumption, блок не вычисляет расход топлива, даже когда порт FC соединяется с другим блоком. Выбор этой опции увеличивает скорость симуляции.

Постоянный уровень расхода топлива в зависимости от оборотов коленчатого вала. Введите объем топлива, использованного в одном обороте коленчатого вала.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Fuel consumption на Constant per revolution.

Топливное смещение хода поршня. Это эквивалентно области кругового поршневого цилиндрического поперечного сечения, умноженного на поршень, путешествуют на расстояние.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Fuel consumption на Brake specific fuel consumption by speed and brake mean effective pressure.

Количество оборотов коленчатого вала в цикле сгорания. Введите 2 для четырехтактного механизма или 1 для двухтактного двигателя.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Fuel consumption на Brake specific fuel consumption by speed and brake mean effective pressure.

Вектор из крутящих моментов механизма, который соответствует строкам M интерполяционной таблицы расхода топлива.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Fuel consumption на одну из этих настроек:

  • Fuel consumption by speed and torque

  • Brake specific fuel consumption by speed and torque

  • Brake specific fuel consumption by speed and brake mean effective pressure

Вектор из крутящих моментов механизма, который соответствует столбцам N интерполяционной таблицы расхода топлива.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Fuel consumption на Fuel consumption by speed and torque или Brake specific fuel consumption by speed and torque.

Матрица значений расхода топлива, которые соответствуют. Введите матрицу с уровнями расхода топлива, соответствующими скорости вращения двигателя, и закрутите векторы. Количество строк должно равняться числу элементов в параметре Speed vector. Количество столбцов должно равняться числу элементов в параметре Torque vector. Значением по умолчанию является [.5, .9, 1.4, 1.6, 1.9, 2.7, 3.4, 4.4; 1, 1.7, 2.7, 3.1, 3.6, 5, 6, 7.4; 1.4, 2.7, 4, 4.8, 5.6, 7.5, 8.5, 10.5; 2, 3.6, 5.8, 6.7, 8, 10.4, 11.7, 13.3; 2.5, 4.8, 7.9, 9.4, 10.8, 14, 16.2, 18.6; 3.1, 6, 10.3, 11.9, 13.8, 18.4, 22, 26.5] g/s.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Fuel consumption на Fuel consumption by speed and torque.

Вектор из значений среднего значения тормоза эффективного давления (BMEP). BMEP удовлетворяет выражению:

BMEP=T(2πncVd),

где:

  • T является выходным крутящим моментом.

  • nc является количеством циклов на оборот.

  • Vd является перемещенным объемом цилиндра.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Fuel consumption на Brake specific fuel consumption by speed and brake mean effective pressure.

Для Brake specific fuel consumption by speed and torque топливная модель, введите матрицу с уровнями тормоза определенного расхода топлива (BSFC), соответствующими скорости вращения двигателя, и закрутите векторы. BSFC является отношением уровня расхода топлива к выходной мощности.

Для Brake specific fuel consumption by speed and brake mean effective pressure топливная модель, введите матрицу с уровнями тормоза определенного расхода топлива (BSFC), соответствующими векторы среднего значения тормоза эффективного давления (BMEP) и скорость вращения двигателя. BSFC является отношением уровня расхода топлива к выходной мощности.

Для обеих моделей расхода топлива количество строк должно равняться числу элементов в параметре Speed vector. Количество столбцов должно равняться числу элементов в параметре Torque vector или параметре Brake mean effective pressure vector. Значением по умолчанию является [410, 380, 300, 280, 270, 290, 320, 380; 410, 370, 290, 270, 260, 270, 285, 320; 415, 380, 290, 275, 265, 270, 270, 300; 420, 390, 310, 290, 285, 280, 280, 285; 430, 410, 340, 320, 310, 300, 310, 320; 450, 430, 370, 340, 330, 330, 350, 380] g/hr/kW.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Fuel consumption на Brake specific fuel consumption by speed and torque или Brake specific fuel consumption by speed and brake mean effective pressure.

Метод интерполяции вычислить расход топлива на промежуточной скорости и значениях крутящего момента. Расход топлива остается постоянным вне области значений интерполяционной таблицы.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Fuel consumption на одну из этих настроек:

  • Fuel consumption by speed and torque

  • Brake specific fuel consumption by speed and torque

  • Brake specific fuel consumption by speed and brake mean effective pressure

Примеры модели

Расширенные возможности

Генерация кода C/C++
Генерация кода C и C++ с помощью Simulink® Coder™.

Введенный в R2011a
Для просмотра документации необходимо авторизоваться на сайте