柴油机电动EGR控制执行机构运动仿真分析

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柴油机内部EGR的数值模拟分析

关键词：柴油机；内部ＥＲ；三维瞬态数值模拟；动网格Ｇ
中图分类号：Ｔ４１３Ｋ２．
文献标识码：Ａ
文章编号：１１３７２））３０３４０－５（（７０－１－０４Ｘ００
ＳｕｙｏｍｅｉａｉｕａｉｎｆｒＩｔｒａｔｄｆＮｕｒｃｌＳｍｌｔｏｏｎｅｎｌＥＧＲｆＤｉｓｌＥｎｉｅｏｅｅｇｎ
摘
要：应用大型通用ＣＤ软件ＳＡＦＴＲ—ＣＤ及网格生成软件ＥＩＥ，对带有内部ＥＲ的柴油机进Ｓ— ＣＧ
气及压缩过程缸内三维瞬态流场进行数值模拟研究，并分析其组分浓度及温度的分布情况，通过研究
掌握内部ＥＲ对缸内温度、浓度场的影响，为进一步研究内部ＥＲ对缸内燃烧的影响奠定基础。ＧＧ
ｄｍｅｓｏａｒｎｉｎｏｎｍｅｉａｉｌｔｏｓｐｒｏｍｅｓｎｈｎｖｒａＦＤｏｔｒＴｉｎｉｎｌｔａｓｅｔｆｗｕｒｃｓｍｕａｉｎｗａｅｆｒｄｕｉｇｔｅｕｉｅｌＣｌｌｓｓｆｗａｅＳＡＲ — ＣＤ — ｎａｄＥＳ—ＩＣＥ．ＴｅｓｒｔｆａｉｎｏｏｏｅｔｏｈｘｄｇｄｔｅｔｍｐｒｔｒｎｃｌｄｒＷａｔｄｈｔａｉｃｔｆＯ２ｃｍｐｎｎｆｔｅｍｉｅａａｈｅｅａｕｅｉｙｉｅｓｓｕ — ｉｏｓｎｎｉｄ．ＴｅｅｆｃｆｉｔｒａｅｈｆｔｏｎｅｎＥＧＲｎｃｌｎｅｅｅｒｔｒｄｃｎｅｔａｉｎｆｅｄａｅｏｔｉｅｅｌｏｙｉｄｒｔｍｐａｕｅａｏｃｎｒｔｌｒｂａｎｄ，ｗｈｉｈｅｔｂｎｏｉｃｓａ — ｌｈｄｔｅｆｕｄｔｎｆｒｆｒｈｒｒｓａｃｉｅｈｏｎａｉｏｕｔｅｅｅｒｈ．ｓｏ

柴油机电控EGR控制技术

表示：
图1
式中：
u（t）—控制器的输出。

e（t）—控制器的输入，是给定值和被控对象输出的差，称偏差信号。

K p—控制器的比例系数。

T I—控制器的积分时间。

T D—控制器的微分时间。

2.2EGR阀自清洁
自清洁的作用是防止EGR阀在长期使用过程中因积碳导致EGR阀卡滞。

通过ECU输出PWM控制信号,控制EGR阀的直流电机正反转实现阀片的开启和关闭，将附着在阀片上的颗粒物去除掉。

主要控制如下：
在钥匙off后，ECU判断EGR阀是否具备自清洁条件，其条件要求主要包括进气温度、供电电压等，如条件满足进入自清洁模式。

首先闭环控制EGR阀至95%位置，阀保持不移动后，闭环控制阀至5%位置；当阀保持不移动后，再次闭环控制阀至95%位置；此开闭过程重复8次。

2.3EGR阀自学习
EGR阀由于其存在制造散差，每个阀的零点位置、。

基于Simulink柴油机工作过程的仿真分析

基于Simulink柴油机工作过程的仿真分析Simulink是一种基于图形化界面的MATLAB仿真工具，能够对复杂系统进行建模、仿真、分析和可视化操作。

本文中利用Simulink对柴油机工作过程进行仿真分析。

1. 柴油机工作原理柴油机是一种内燃机，它的工作原理是在高压和高温下让柴油燃烧产生能量，从而推动活塞往复运动。

柴油机的燃烧室内部有喷油器将柴油喷入到高温高压的环境中，发生瞬间着火，产生高温高压的燃烧气体，推动柴油机的工作。

2. Simulink建模为了对柴油机的工作过程进行仿真分析，首先需要对其进行建模。

建模的过程中，需要对柴油机的每个部分进行细致的分析，从而建立出合理的模型。

2.1 活塞运动模型柴油机的活塞是往复式运动的。

活塞的运动与柴油机的功率输出和燃油消耗等诸多因素有着重要的关系。

因此，建立活塞运动的模型是建立整个柴油机模型的前提。

在Simulink中，可以使用仿真库中的基本数学操作模块或建立自定义模型来实现活塞运动模型。

2.2 燃油系统模型燃油系统在柴油机工作过程中发挥着重要的作用，它决定着柴油机供油情况和燃油的消耗。

燃油系统的建模要涉及到供油泵、喷油器、柴油箱等多个部分。

在Simulink中，可以针对不同的供油方式建立相应的燃油系统模型。

例如单向供油系统、双向供油系统等。

2.3 空气进气系统和废气排放系统模型空气进气系统和废气排放系统同样是柴油机关键的组成部分。

空气进气系统主要是将空气送入燃烧室，而废气排放系统则是将燃烧后产生的废气排放出去。

在Simulink中，空气进气系统和废气排放系统的建模可以采用一些已有的模板，比如Mass Flow，从而实现不同的建模。

3. 柴油机模型仿真在对柴油机模型进行建模后，可以使用Simulink对整个模型进行仿真操作，得到有效的模拟结果。

柴油机模型的仿真可以从不同的方面着手，例如工作效率分析、热力学分析、性能优化等。

通过不断的仿真分析，可以得到柴油机工作各个环节的数据和特点，从而为设计和优化提供参考。

EGR率对柴油机燃烧排放性能影响仿真

EGR率对柴油机燃烧排放性能影响仿真摘要：本文利用柴油的简化燃烧机理构建了柴油机的缸内燃烧三维模型，分析了在不同EGR率的情况下，缸内压力、温度的变化情况，绘制了缸内温度的三维空间分布图形，绘制了缸内污染物NO的三维空间生成图形。

关键词：柴油机 PM Nox EGR1引言EGR技术目前已越来越受重视。

柴油机与汽油机进行比较，虽然前者具有降低燃油消耗、二氧化碳和未燃碳氢排放的优势，但是随着排放法规的越来越严格，柴油机技术的发展和进步也愈发地困难[1-3]。

为了探究不同比例EGR率对柴油机燃烧和排放特性的影响，本文采用仿真的研究方法，研究EGR率对柴油机燃烧排放性能影响。

运用软件构建合适的发动机模型，加载柴油燃烧机理，得到不使用EGR技术燃烧排放的初始仿真数据，然后通过改变EGR率，仿真得到10%、15%、20%EGR率下的数据。

结果表明，在其他条件不变的前提下，随着EGR率升高，缸内峰值压力降低，缸内温度下降；EGR率越高，燃料的点火时间有所滞后；EGR能改善污染物排放。

2发动机参数及forte软件中网格数的选取仿真所采用的发动机为一台4冲程柴油机，表1为发动机的一些基本参数：表1发动机主要参数参数数值/描述转速/rpm1200喷油嘴孔数8孔缸径/cm13.97冲程/cm /数15.24 4冲程连杆/cm30.48缸盖顶部到活塞距离/cm0.56活塞顶部到活塞环间隙/cm0.1671.526活塞顶部到第一个活塞环距离/cm每一个喷油嘴总注入质量/g0.0825燃油液滴的碰撞模型采用通过半径尺寸来确定液滴的碰撞发生，同时允许液滴碰撞过程中蒸发。

使用正庚烷的燃烧机理作为柴油的替代燃料机理，柴油的物理特性定义碳原子含量为14的正十四烷nc14h30。

入射的柴油温度368K。

喷油参数的设置：从上止点以前22.5°开始，持续喷射的角度定义为7.75°；采用自定义的喷射曲线，同时设置喷嘴一个行程喷射了0.0825g燃料。

基于Simulink柴油机工作过程的仿真分析

基于Simulink柴油机工作过程的仿真分析本文将以柴油机的工作过程为基础，利用Simulink软件进行仿真分析，探讨柴油机的工作过程及其相关参数对发动机性能的影响，为柴油机的研发和优化提供理论依据。

一、柴油机的工作原理在对柴油机进行仿真分析之前，首先需要了解柴油机的工作原理。

柴油机是一种内燃机，其工作原理是将柴油压缩至高温高压状态，然后在气缸内喷射燃油，通过高温高压的气体自燃完成燃烧。

柴油机的工作过程主要包括进气、压缩、燃烧和排气四个阶段，这四个阶段的工作过程相互联系、相互影响，决定了柴油机的性能和效率。

进气阶段：柴油机在进气阶段，气缸活塞向下运动，气缸内的气体通过进气门进入气缸，同时排出气缸内的废气。

压缩阶段：进气阀关闭后，活塞开始向上运动，气缸内的气体被压缩，温度和压力升高，达到最高压力时喷油。

燃烧阶段：柴油在高温高压气体的作用下迅速燃烧，产生高压气体推动活塞向下运动。

排气阶段：燃烧后的废气经排气门排出气缸，同时新的进气开始，循环往复。

二、Simulink柴油机仿真模型的搭建在Simulink中搭建柴油机的仿真模型是一项复杂而又关键的工作。

通过搭建仿真模型，可以对柴油机的不同工况进行模拟分析，包括燃油喷射、气缸压缩、燃烧过程等，从而获取柴油机在不同工况下的性能参数和特性曲线。

1. 柴油机的基本参数设定在搭建模型之前，首先需要设定柴油机的基本参数，包括气缸数、缸径、活塞行程、压缩比、喷油系统、排气系统等。

这些参数将直接影响模型的仿真结果，因此需要进行准确的设定和调整。

2. 柴油机的动力学模型柴油机的动力学模型是模拟柴油机工作过程的核心。

动力学模型需要包括气缸进气、压缩、燃烧和排气等子模块，通过对这些子模块进行耦合和调整，可以模拟柴油机在不同工况下的性能特性。

3. 控制系统模型柴油机的控制系统模型主要包括燃油喷射控制、火花塞控制、气门控制等，这些模型会影响柴油机的工作效率和排放性能，因此需要进行准确的模拟和分析。

涡轮增压柴油机EGR—VGT协调控制器的设计与仿真

ＤｅｓｉｇｎａｎｄＳｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆａＣｏｏｒｄｉｎａｔｅｄＥＧＲ — — ＶＧＴＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒｆｏｒａＴｕｒｂＯｃｈａｒｇｅｄＤｉｅｓｅｌＥｎｇｉｎｅ
第３０卷第２期２０１３Ｃ．Ｅ＆Ｐｏｗｅｒｐｌａｎｔ
Ｖｏ１．３０Ｎｏ．２Ａｐｒ．２０１３
【设计开发】
涡轮增压柴油机ＥＧＲ—ＶＧＴ协调控制器的设计与仿真
Ｃｈｉｎａ；２．ＴｅｃｈｎｉｃｌａＣｅｎｔｅｒ，ＡｎｈｕｉＪｉａｎｇｈｕａｉＡｕｔｏｍｏｂｉｌｅＣｏ．，Ｌｔｄ．，Ｈｅｆｅｉ２３０６０１，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｉｍｅｄａｔｔｈｅｓｔｒｏｎｇｃｏｕｐｌｉｎｇｅｆｆｅｃｔｓｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｅｘｈａｕｓｔｇａｓｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ（ＥＧＲ）ｃｏｎｔｒｏｌｌｏｏｐａｎｄｔｈｅｖａｒｉａｂｌｅｇｅｏｍｅｔｒｙｔｕｒｂｏｃｈａｒｇｅｒ（ＶＧＴ）ｃｏｎｔｒｏｌｌｏｏｐ，ｔｈｅｃｏｏｒｄｉｎａｔｅｄＥＧＲ—
ＶＧＴｃｏｎｔｒｏｌｐｒｏｂｌｅｍｗａｓｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｉｎｌｕｆｅｎｃｅｓｏｆｔｈｅｄｉｆｆｅｒｅｎｔｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒｓｏｎｔｈｅｅｎ — ｇｉｎｅｅｍｉｓｓｉｏｎ，ｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌｃｈａｒａｃｔｅｉｓｒｔｉｃｏｆｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄｐｌａｎｔｗａｓａｎａｌｙｚｅｄｂａｓｅｄｏｎａｍｅａｎｖａｌｕｅｅｎｇｉｎｅｍｏｄｅ１．Ｔｈｅｏｘｙｇｅｎ／ｆｕｅｌｒａｔｉｏａｎｄｔｈｅＥＧＲｒａｔｅｃｌｏｓｅｌｙｒｅｌａｔｅｄｔｏｔｈｅｅｎｇｉｎｅｅｍｉｓｓｉｏｎｗｅｒｅｓｅｌｅｃｔｅｄａｓ￣ｅｄｂａｃｋｖａｒｉａｂｌｅｓ，ａｎｄａｎＥＧＲ —ＶＧＴｃｏｏｒｄｉｎａｔｅｄｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒｗａｓｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ．Ｔｈｅｔｒａｎ — ｓｉｅｎｔｃｏｎｔｒｏｌｅｆｆｅｃｔｏｆｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒｗａｓｖｅｒｉｆｉｅｄｂｙｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｉｎｔｈｅｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｏｆＭＡＴＬＡＢ／Ｓｉｍｕ — ｌｉｎｋ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｔａｒｇｅｔｖａｌｕｅｓｃａｎｂｅｔｒａｃｋｅｄｗｅｌｌｂｙｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄｖａｉａｒｂｌｅｓｗｉｔｈｏｕｔｏｂｖｉｏｕｓｏｖｅｒｓｈｏｏｔ，ａｎｄｓｔｅａｄｙ—ｓｔａｔｅｅｌＴｏｒｉｓｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄｗｉｔｈｉｎ５％，ａｎｄｔｈｅｔｒａｎｓｉｅｎｔｒｅｓｐｏｎｓｅｔｉｍｅｉＳｌｅｓｓｔｈａｎ１Ｓ．ＫｅｙＷｏｒｄｓ：ＤｉｅｓｅｌＥｎｇｉｎｅ；ＥｘｈａｕｓｔＧａｓＲｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ；ＶａｒｉａｂｌｅＧｅｏｍｅｔｙｒＴｕｒｂｏｃｈａｒｇｅｒ；Ｃｏ－

船用柴油机EGR技术仿真研究

ｄｅｃｒｅａｓｅｄｔｏ１．９４（ｇ・（ｋＷ・ｈ）），ｂｕｔｏｎｔｈｅｏｔｈｅｒｈａｎｄ，ｔｈｅｗｅｉｇｈｔｅｄｂｒａｋｅｓｐｅｃｉｆｉｃｆｕｅｌｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ
摘要：采用某船用中速单缸柴油机进行了ＥＧＲ对性能及排放影响的仿真研究，并进行了试验
验证。研究结果表明，采用ＥＧＲ技术后，ＮＯ加权排放下降到１．９４（ｇ・（ｋＷ－ｈ）一），但加权燃油
（１．ＳｈａｎｇｈａｉＭａｒｉｎｅＤｉｅｓｅｌＥｎｇｉｎｅＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｓｈａｎｇｈａｉ２０１１０８；
２．ＳｈａｎｇｈａｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＦｉｎａｎｃｅａｎｄＥｃｏｎｏｍｉｃｓ，Ｓｈａｎｇｈａｉ２００４３３）
第３５卷（２０１３）第２期
柴油机
ＤｉｅｓｅｌＥｎｇｉｎｅ
…
…
一
｛性能与排放；
… … ，。
ｊ
船用柴油机ＥＧＲ技术仿研究
胡必柱，王锋，张充睿，张东明，平涛
（１．七一一研究所，上海２０１１０８；２．上海财经大学，上海２００４３３））

403_某柴油机EGR均匀性仿真计算_锡柴_辛娟娟

p pinlet poutlet dt dt
式中：Pinlet 为空气入口的压力； Poutlet 为各缸出口的压力。
（3）
3. 计算结果及分析
3.1 方案一的计算结果及分析图 4 所示为方案一的各缸 EGR 率及偏差结果，C100 工况设定的总 EGR 率为 12%，FIRE
计算得到的总 EGR 率为 12.4%，属于正常的计算误差。以计算的总 EGR 率为标准，四缸的 EGR 率偏差均在设计要求之内。即从宏观结果来看 EGR 均匀性较好。
图 1 方案一的计算模型
图 2 方案二的计算模型
图 3 方案三的计算模型 2.2 计算方法和边界条件
首先进行发动机一维热力学计算，得到空气入口、EGR 入口和进气歧管出口的周期性边界条件，所有进出口均采用流量边界，计算工况为 C100 工况，目标 EGR 率为 12%。
然后进行三维的瞬态 CFD 计算，激活模型有连续方程、动量方程、能量方程、湍流方程、组分输运方程等。计算得到进气歧管各出口（进气道前端）的瞬态 EGR 率和质量流量。
图 5 所示为 C100 工况各缸进气升程最大时刻进气腔中间截面内的 EGR 分布情况：各缸气门升程最大时刻 EGR 在整个进气腔内的分布较均匀，但进气腔内仍有一定的颜色差别（代表 EGR 质量分数的不同），每个缸的两个气道也存在 EGR 率的不同。整体来说进气腔内的 EGR 质量分数都在 12%附近，基本没有质量分数特别大或小的区域。综上所述，三维结果与二维结果均表明：该 EGR 进气系统下，EGR 均匀性较好。
页眉处请留白
2. 计算模型和边界条件
2.1 计算模型下图为该柴油机的三个进气系统方案。为使 EGR 与空气充分混合，方案一将整个进气

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ＢａｅｎＴｏｑｕｏｏｓｄｏｒｅＭｔｒ
ＪＮＺｏＩｈｕ．ＹＵＺｉｚｕｎｈ— ｈａｇ（ｈｓｔｔｏａｗｙ＆ＵｂｎＲｉＴａｓ，Ｔｎｎｖｒｔ，Ｓａｇａ２０９，Ｃｉ）ＴｅＩｔｕｅｆｉａｎｉＲｌｒａａｒｎｉｏａｌｉｅｓｙｈｎｈｉ００２ｈｎｌｔＵｉａ
ＴｈｕｃｉｎｏｅｆｎｔｆＥＧＲｙｔｍｓｔａｅｐａｔｏｅｅｈｕｔｇｓｏｔｏｘａｓｙｔｍｎｈｎｓｎｔｎｏｔｅｉｔｋｙｔｍ，ａｄｄｉｇｏｓｓｅｉｏｔｋｒｆｔｘａｓａｕｆｅｈｕｔｓｓｅａｄｔｅｅｄｉｉｔｈｎａｅｓｓｅｈｎｏｎｔｅｂｓｏｔｏｎｅｕａｉｎｆｒｔｅｅｓｉｎｏｒｄｃｈｅｔｃｎｒｌａｄｒｇｌｔｏｈｍｉｓｏｓｔｅｕｅＮＯｅｓｉｎ．ｉａｅｓｓＰｏＥｏｈｅｅｅｔｃＥＧＲｖｖｄｌｇ，ｔｏｍｉｓｏｓＴｈｓｐｐｒｕｅｒ／ｎｔｌｃｒｉａｅｍｏｅｉｌｎｏｍｅｓｒｈｃｕｌｍｏｉｎｓｍｕａｉｎｏｅｉｇｖｌｅａｄｔｅｒｌｔｎｈｐｂｔｅｔｒｒｔｔｎｉｒｅｏｅｔｂｉｈｃｉｒｔｎｓｓｅａｕｅｔｅａｔａｔｏｉｌｔｏｐｎｎａｕｎｈｅａｉｓｉｅｗｅｎｍｏｏｏａｉｎｏｄｒｔｓａｌｓａｂａｉｙｔｍ．ｏｏｌｏＫｅｒｓＧＲａｖｙｗｏｄ：Ｅｖｌｅ；ｖｌｅｏｅｉｇ；ｍｏｉｎｓｍｕａｉｎ；ｃｌｒｔｏｙｔｍａｖｐｎｎｔｉｌｔｏｏａｉａｉｎｓｓｅｂ
研究与
柴油机电动ＥＧＲ控制执行机构运动仿真分析
金周．余志壮
（同济大学铁道与城市轨道交通研究院，上海２０９）００２
摘要：在汽车排放出的几种污染物中，氮氧化物（Ｏ）是较难控制的一种。采用废气再循环技术（ＧＮＥＲ）降低氮氧化物（Ｏ）Ｎ排放已被证实是较有效的措施，而且技术改动小，设计自由度大，因而日益受到了人们的重视。ＥＲ系统的作用是将部分废气Ｇ引出排气系统再送入进气系统，并对废气量进行最佳的控制与调节，以降低Ｎ放。使用Ｐｏ对电动ＥＲ阀进行实体建模，Ｏ排ｒ／ＥＧ毫通过ＰｏＥ运动仿真测量出实际开度值和电机转角之间的关系，从而建立标定系统。ｒ／关键词：电动ＥＲ阀；ＥＲ阀开度；运动仿真；标定系统ＧＧ
中图分类号：Ｔ３１Ｐ９．９文献标识码：Ａ文章编号：１０ — ４２ｆ０１１ — ０９００９９９２１）２０９ — ４
ＡｎｌｓｓｏｏｉｎＳｍｕａｉｎｏｅｅｇｎａｙｉｆＭｔｉｌｔｏｆＤｉｓｌＥｎｉｅＥＧＲｙｔｍｓｏＳｓｅ
ｇｓｒｃｒｕａｉｎｔｈｏｇ（ＧａｅｉｌｔｅｎｌｙＥＲ）ｔｅｕｅｎｔｇｎｏｉｅ（ｅｓｉｎａｅｂｅｒｖｄｔｂｒｆｃｉｅｍａｕｅｃｏｃｏｏｒｄｃｉｏｅｘｄｓＮＯ）ｍｉｏｓｈｖｅｎｐｏｅｏｅａｍｏｅｅｆｔｅｓｒ，ｒ，汽车的普遍使用给人们的生存空间带来了前所未有的环境污染威胁。在汽车排放
出的几种有害污染物中，氮氧化物（Ｏ）是其中Ｎ较难控制的一种，且危害很大。采用废气再循环（ＧＥＲ）措施降低ＮＯ排放证实是有效的，而且技术改动小。设计自由度大．因而日益受到了人们
ＡｂｔａｔＤｕｎｅｓｖｒｌｏｌｔｎｓｏｕｏｏｉｅｅｉｓｎ，ｎｔｇｎｏｉｅ（Ｏ）ｉｍｒｉｉｌｔｏｔ１Ｔｅｕｅｏｘａｓｓｃ：ｒｇｔｅｅａｐｌａｔｆｔｍｔｍｓｉｓｒｉｈｕａｖｏｉｏｅｘｄｓＮｓｏｅｄｆｃｔｏｃｎｒ．ｈｓｆｈｕｔｒｆｕｏｅ
ｗｉｈｊｓｃｕｅｍａｃｎｃｈｎｅ，ａｄｈｖｏｅｆｅｏｅｉｎＳｉｔｃｎｌａｅｎｐｉｒｎｒｔｎｉ．ｈｃｔａｓｓｓｌｔｈｉａｃａｇｓｎａｅｍｒｒｄｍｉｄｓｇ．ｏｔｓｅｈｏｏｈｓｅａｄｍｏｅａｄｍｏｅａｔｔｎｕｌｅｌｅｎｈｙｇｂｅｏ