[發明專利]一種基于模型的船用發動機氣缸竄氣故障模擬方法

在審

• 申請號: 202211628143.8
• 申請日: 2022-12-16
• 公開（公告）號: CN116186988A
• 公開（公告）日: 2023-05-30
• 發明（設計）人: 曾鴻;謝斐;孔維奇;陸昊
• 申請（專利權）人: 大連海事大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責任公司 21212
• 代理人: 姜玉蓉;李洪福

1.一種基于模型的船用發動機氣缸竄氣故障模擬方法，基于7G80MEC9二沖程柴油機，其特征在于，包括以下步驟：

步驟一：根據能量守恒定律、質量守恒定律和理想氣體狀態方程，構建發動機氣缸模型，所述發動機氣缸模型包括：構建放熱模型、傳熱模型、燃料性質、活塞環竄氣模型和氣體交換模型并推導得出熱性能參數；

步驟二：根據能量守恒定律、質量守恒定律，構建發動機進排氣模型，獲得進排氣的壓力、溫度、質量參數；

步驟三：根據發動機的增壓空氣的map圖譜，構建發動機EGB模型，獲得瞬態廢氣旁通質量流量；

步驟四：根據發動機的增壓器特性圖譜，構建發動機的增壓器模型，獲得增壓器出口的質量流量、出口溫度和瞬時對應的轉速；

步驟五：根據數學公式構建發動機中冷器模型，獲得中冷器效率以及出口溫度；所述的數學公式為：T_s＝T_co-η_c·(T_co-T_ws)

其中，T_s表示中冷器出口溫面，T_co表示壓氣機出口溫度，η_c表示冷卻系數的，η_c取值范圍為0.7～0.9，T_ws表示冷卻介質溫度；

步驟六：通過模型仿真計算得出發動機各性能參數變化信號；對比發動機各性能參數仿真計算數據與發動機臺架試驗數據，若誤差小于5％，則說明構建的發動機零維整機模型仿真精度滿足故障模擬的要求，執行步驟七；若誤差大于等于5％，則重新執行步驟一；同時觀察所述發動機各性能參數變化信號的變化規律、趨勢和幅值，并對其進行分析，判斷發生竄氣故障的程度；

步驟七：通過控制變量法，在不同的因素下，進行缸內活塞環竄氣故障模擬。

2.根據權利要求1所述的一種基于模型的船用發動機氣缸竄氣故障模擬方法，其特征在于，所述放熱模型通過雙Wibe函數描述燃燒過程。

所述Wibe函數為：

其中，χ表示燃燒百分數，χ₁表示預混合燃燒百分數，χ₂表示擴散燃燒百分數，Q_d表示擴散燃燒分數，θ_z表示預混燃燒始點，m₁與m₂分別表示預混燃燒品質系數與擴散燃燒品質系數，τ表示預混燃燒領先角，表示擴散燃燒始點。

3.根據權利要求1所述的一種基于模型的船用發動機氣缸竄氣故障模擬方法，其特征在于，所述傳熱模型通過假設氣缸壁溫度恒定值的對流傳熱來估算，并通過Woschni關系式構建所述傳熱模型；

所述Woschni關系式為：

其中，i＝1,2,3，分別代表缸蓋、活塞頂和缸套；a_w表示由Woschni模型計算得到的瞬時傳熱系數；A_w,i表示暴露于氣缸工質的傳熱表面積；T_Z表示氣缸內的氣體溫度；T_w,i表示傳熱面的平均溫度，與T_Z相比為常數。

4.根據權利要求1所述的一種基于模型的船用發動機氣缸竄氣故障模擬方法，其特征在于，所述氣體交換模型根據掃氣口和排氣閥的開口面積以及掃氣箱和氣缸之間的壓差構建；所述掃氣口的掃氣質量流率以及所述排氣閥的氣質量流率通過孔口的等熵流來估算；

所述等熵流描述為當該孔口上下游截面壓力滿足方程時，工質為亞臨界流動狀態，此時質量流動為：

當該孔口上下游截面壓力不滿足方程時，工質為臨界流動狀態，此時質量流動為：

其中，p_e和p_z表示排氣管內壓力和缸內壓力；μ為流量系數，A為孔口流通面積；R_Z為理想氣體常數；k為工質的絕熱指數。