Generic Engine

Двигатель внутреннего сгорания с дросселем и вращательной инерцией и задержкой

Библиотека:
Simscape / Автомобильная трансмиссия / Engines & Motors

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, _Ωmin ≤ Ω ≤ _Ωmax. Мощность двигателя абсолютного максимума _Pmax задает _Ω0, таким образом что _Pmax = g (_Ω0). Задайте w ≡ Ω/_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 · w² – _p3 · w³

это удовлетворяет

_p1 + _p2 – _p3 = 1, _p1 + 2_p2 – 3_p3 = 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:

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

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 ≤ _wmin ≤ w ≤ _wmax.
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 · w²_min – _p3 · _wmin³ ≥ 0.
Мощность двигателя на максимальной скорости должна быть неотрицательной: p (_wmax) ≥ 0. Если вы используете полиномиальную форму, этим условием является ограничение на _wmax: _wmax ≤ _w+.

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
Потребление энергии Коэффициент	Воспламенение Spark	Дизель
_{p 1}	1	0.6526
_{p 2}	1	1.6948
_{p 3}	1	1.3474

Модели контроллеров скорости холостого хода

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

$Π = \max (Π_{i}, Π_{c})$

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

где:

Π 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

`T` — Нормированный уровень дросселя механизма, безразмерный
физический сигнал

Крутящий момент Engine требует как часть максимального возможного крутящего момента.

Вывод

развернуть все

`P` — Мгновенная мощность двигателя, W
физический сигнал

Энергия произведена механизмом в W.

`FC` — Уровень расхода топлива, kg/s
физический сигнал

Топливо используется механизмом в kg/s.

Сохранение

развернуть все

`B` — Блок двигателя
вращательное механическое устройство

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

`F` — Коленчатый вал Engine
вращательное механическое устройство

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

`Model parameterization` — Engine моделируя выбор параметра
`Normalized 3rd-order polynomial matched to peak power` (значение 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 — 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.

`Engine type` — Процесс сгорания к модели
`Spark-ignition` (значение по умолчанию) | `Diesel`

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