Generic Engine

Двигатель внутреннего сгорания с дросселем и инерцией вращения и временной задержкой

Библиотека:
Simscape/Driveline/Двигатели и двигатели

Описание

Блок Generic Engine представляет собой общий двигатель внутреннего сгорания. Этот блок является подходящим типовым двигателем для искрового зажигания и дизельного топлива. Предусмотрены параметры скорость-мощность и скорость-крутящий момент. Вход физического сигнала дросселя задает нормализованный крутящий момент двигателя. Опциональные динамические параметры включают инерцию коленчатого вала и задержку во времени отклика. Порт физического сигнала выводит расход топлива в двигателе на основе выбранной модели потребления топлива. Опциональные контроллеры скорости и красных линий предотвращают остановку двигателя и включают круиз-контроль.

Скорость вращения двигателя, дроссель, степень и крутящий момент

По умолчанию блок Generic Engine использует запрограммированное соотношение между крутящим моментом и скоростью, которое модулируется сигналом дросселя.

Блок оценивает уставку по степени двигателя как функцию от скорости вращения двигателя, g (В). Функция обеспечивает максимальную степень, доступную для заданной скорости вращения двигателя, Параметры блоков - Maximum power, Speed at maximum power и Maximum speed - нормализуют эту функцию до значений физического максимального крутящего момента и скорости.

Нормированный входной сигнал дросселя T определяет фактическую степень двигателя. Степень подается как часть максимально возможной степени в установившемся состоянии при фиксированной скорости вращения двигателя. Он модулирует фактическую степень, P, от двигателя: P (Ω, T) = T· g (Ω). Крутящий момент двигателя τ = P/ Ω.

Потребность в степени Engine

Мощность двигателя отличная от нуля, когда скорость ограничена рабочим диапазоном, _{<reservedrangesplaceholder18> ≤ <reservedrangesplaceholder17> ≤ <reservedrangesplaceholder16>}. Абсолютная максимальная степень двигателя Pmax задается Ω0 таким образом, что Pmax = g (Ω0). Определите <reservedrangesplaceholder10> ≡ <reservedrangesplaceholder9> / Ω0 и g (<reservedrangesplaceholder6>) ≡ <reservedrangesplaceholder5> · p (<reservedrangesplaceholder3>). Затем p (1) = 1 и dp (1 )/ dw = 0. Функция крутящего момента:

τ = _{(<reservedrangesplaceholder4>/<reservedrangesplaceholder3>)·[<reservedrangesplaceholder2>(<reservedrangesplaceholder1>)/<reservedrangesplaceholder0>]}.

Можно вывести формы для p (w) из данных двигателя и моделей. Блок Generic Engine использует полином третьего порядка

p (<reservedrangesplaceholder4>) = p1 · w + p2 · w² – _p3 · w³

который удовлетворяет

_p1 + _p2 – _p3 = 1, _p1 + 2 _p2 – 3 _p3 = 0.

В типичных двигателях _pi положительны. Этот полином имеет три нуля, один при w = 0 и сопряженную пару. Одна из пар положительная и физическая; другой отрицателен и нефизичен:

$w_{\pm} = \frac{1}{2} (- p_{2} \pm \sqrt{p_{2}^{2} + 4 p_{1} p_{3}}) .$

Для полинома степени двигателя существуют ограничения на полиномиальные коэффициенты, p i, чтобы достичь допустимой кривой скорость-допустимость. Если вы используете табличные данные о степени или крутящем моменте, применяются соответствующие ограничения на P (В).

Типичная кривая потребности в степени Engine

Определите скорость и мощность, w = Ω/ _Ω0 и p = P (Ω _)/ P 0, и задайте границы _как _{wmin =} _Ωmin/ Ω0 _и _wmax = _Ωmax/ Ω0. Затем:

Блок ограничивает скорость вращения двигателя положительной областью значений выше минимальной скорости и ниже максимальной скорости: _{0 ≤ <reservedrangesplaceholder2> ≤ <reservedrangesplaceholder1> ≤ <reservedrangesplaceholder0>}.
Степень двигателя на минимальной скорости должна быть неотрицательной: p (_wmin) ≥ 0. Если вы используете полиномиальную форму, это условие является ограничением для _p i:
p _{(<reservedrangesplaceholder4>)} = p1 · wmin + p2 · w²_мин - _p3· _wmin³ ≥ 0.
Степень двигателя на максимальной скорости должна быть неотрицательной: p (_wmax) ≥ 0. Если вы используете полиномиальную форму, это условие является ограничением на _wmax: _wmax ≤ _w+.

Формы степени Engine для различных типов Engine

Для параметризации по умолчанию, блок предоставляет два выбора типов двигателей внутреннего сгорания, каждый с различными параметрами потребности в степени двигателя.

Потребность в степени Коэффициент	Тип Engine
Потребность в степени Коэффициент	Искровое зажигание	Дизель
_{p 1}	1	0.6526
_{p 2}	1	1.6948
_{p 3}	1	1.3474

Модели контроллеров малой скорости

Контроллер малой скорости настраивает сигнал дросселя, чтобы увеличить вращение двигателя ниже задающей скорости в соответствии со следующими выражениями:

$Π = \max (Π_{i}, Π_{c})$

$\frac{d (Π_{c})}{d t} = \frac{0.5 \cdot (1 - \tanh (4 \cdot \frac{ω - ω_{r}}{ω_{t}})) - Π_{c}}{τ}$

где:

Π - дроссель двигателя.
_Πi - вход дроссель (порт T).
_Πc - дроссель контроллера.
ω - скорость вращения двигателя или скорость вращения коленчатого вала.
_ωr - ссылка на неактивную скорость.
_ωt - порог скорости контроллера.
τ является временной константой контроллера.

Управляемый дроссель увеличений с задержкой первого порядка от нуля до единицы, когда скорость вращения двигателя падает ниже задающей скорости. Когда скорость вращения двигателя поднимается выше задающей скорости, управляемый дроссель уменьшается с единицы до нуля. Когда различие между скоростью двигателя и задающей скорости меньше порога скорости контроллера, часть уравнения tanh сглаживает производную по времени от управляемого дросселя. Функция ограничивает управляемый дроссель областью значений [0,1]. Двигатель использует большее из входных и управляемых значений дросселя. Если включена задержка двигателя, контроллер изменяет вход перед вычислением задержки.

Модели контроллеров Redline

В то время как контроллер малой скорости определяет минимальное значение дросселя для поддержания скорости вращения двигателя, контроллер красных линий предотвращает чрезмерную скорость на основе максимального входа дросселя. Чтобы определить максимальное значение дросселя, контроллер redline использует уравнение моделей контроллеров малой скорости. Однако для контроллера redline:

_ωr - ссылка на скорость красных линий.
_ωt - порог скорости красных линий.
τ - постоянная времени redline.

Эффективность

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

Если вы выбираете любую другую опцию для Fuel consumption model, блок должен выполнить нелинейные расчеты. Блок решает уравнение, даже если FC порт, который сообщает о расходе топлива, не соединяется с другим блоком.

Когда параметр установлен в No fuel consumptionблок не вычисляет расход топлива, даже если порт FC соединен с другим блоком.

Допущения и ограничения

Этот блок содержит ограничение задержки двигателя.

Двигатели задерживаются в своей реакции на изменение скорости и дроссель. Блок опционально поддерживает задержку из-за изменения только дросселя. Симуляция задержки во времени увеличивает точность модели, но снижает эффективность симуляции.

Цикл

Чтобы улучшить эффективность симуляции, установите параметр Dynamics > Time Constant равным No time constant - Suitable for HIL simulation.

Порты

Вход

расширить все

`T` - Нормированный уровень дросселя двигателя, без изменений
физический сигнал

Крутящий момент Engine как часть максимально возможного крутящего момента.

Выход

расширить все

`P` - Мгновенная степень двигателя, Вт
физический сигнал

Степень, произведенная двигателем, в Вт.

`FC` - Расход топлива, кг/с
физический сигнал

Топливо, потребляемое двигателем, в кг/с.

Сохранение

расширить все

`B` - Engine
механический вращательный

Механический вращательный порт сопоставлен с блоком двигателя. Это базовый порт. Блок двигателя является физическим телом, которое содержит поршневые цилиндры.

`F` - Коленчатый вал Engine
механический вращательный

Механический вращательный порт сопоставлен с коленчатым валом двигателя. Это последующий порт двигателя. Коленчатый вал передает степень, сгенерированную процессом горения. Как правило, вы присоединяете муфту и коробку передач к этому порту.

Параметры

расширить все

Крутящий момент Engine

`Model parameterization` - Выбор параметра моделирования Engine
`Normalized 3rd-order polynomial matched to peak power` (по умолчанию) | `Tabulated torque date` | `Tabulated power data`

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

Normalized 3rd-order polynomial matched to peak power - Параметризируйте двигатель с помощью интерполяционной таблицы кривой степени, заданной характеристиками степени и скорости.
Tabulated torque data - Engine параметризован таблицей скорость-крутящий момент, которую вы задаете.
Tabulated power data - Engine параметризован заданной вами таблицей скорость-мощность.

`Engine type` - Процесс горения для моделирования
`Spark-ignition` (по умолчанию) | `Diesel`

Выбор моделирования внутреннего сгорания. Любая из опций заставит блок использовать коэффициенты для этой опции в полиноме третьего порядка.