[发明专利]一种基于模型的船用发动机气缸窜气故障模拟方法

权利要求书

1.一种基于模型的船用发动机气缸窜气故障模拟方法，基于7G80MEC9二冲程柴油机，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：根据能量守恒定律、质量守恒定律和理想气体状态方程，构建发动机气缸模型，所述发动机气缸模型包括：构建放热模型、传热模型、燃料性质、活塞环窜气模型和气体交换模型并推导得出热性能参数；

步骤二：根据能量守恒定律、质量守恒定律，构建发动机进排气模型，获得进排气的压力、温度、质量参数；

步骤三：根据发动机的增压空气的map图谱，构建发动机EGB模型，获得瞬态废气旁通质量流量；

步骤四：根据发动机的增压器特性图谱，构建发动机的增压器模型，获得增压器出口的质量流量、出口温度和瞬时对应的转速；

步骤五：根据数学公式构建发动机中冷器模型，获得中冷器效率以及出口温度；所述的数学公式为：T_s＝T_co-η_c·(T_co-T_ws)

其中，T_s表示中冷器出口温面，T_co表示压气机出口温度，η_c表示冷却系数的，η_c取值范围为0.7～0.9，T_ws表示冷却介质温度；

步骤六：通过模型仿真计算得出发动机各性能参数变化信号；对比发动机各性能参数仿真计算数据与发动机台架试验数据，若误差小于5％，则说明构建的发动机零维整机模型仿真精度满足故障模拟的要求，执行步骤七；若误差大于等于5％，则重新执行步骤一；同时观察所述发动机各性能参数变化信号的变化规律、趋势和幅值，并对其进行分析，判断发生窜气故障的程度；

步骤七：通过控制变量法，在不同的因素下，进行缸内活塞环窜气故障模拟。

2.根据权利要求1所述的一种基于模型的船用发动机气缸窜气故障模拟方法，其特征在于，所述放热模型通过双Wibe函数描述燃烧过程。

所述Wibe函数为：

其中，χ表示燃烧百分数，χ₁表示预混合燃烧百分数，χ₂表示扩散燃烧百分数，Q_d表示扩散燃烧分数，θ_z表示预混燃烧始点，m₁与m₂分别表示预混燃烧品质系数与扩散燃烧品质系数，τ表示预混燃烧领先角，表示扩散燃烧始点。

3.根据权利要求1所述的一种基于模型的船用发动机气缸窜气故障模拟方法，其特征在于，所述传热模型通过假设气缸壁温度恒定值的对流传热来估算，并通过Woschni关系式构建所述传热模型；

所述Woschni关系式为：

其中，i＝1,2,3，分别代表缸盖、活塞顶和缸套；a_w表示由Woschni模型计算得到的瞬时传热系数；A_w,i表示暴露于气缸工质的传热表面积；T_Z表示气缸内的气体温度；T_w,i表示传热面的平均温度，与T_Z相比为常数。

4.根据权利要求1所述的一种基于模型的船用发动机气缸窜气故障模拟方法，其特征在于，所述气体交换模型根据扫气口和排气阀的开口面积以及扫气箱和气缸之间的压差构建；所述扫气口的扫气质量流率以及所述排气阀的气质量流率通过孔口的等熵流来估算；

所述等熵流描述为当该孔口上下游截面压力满足方程时，工质为亚临界流动状态，此时质量流动为：

当该孔口上下游截面压力不满足方程时，工质为临界流动状态，此时质量流动为：

其中，p_e和p_z表示排气管内压力和缸内压力；μ为流量系数，A为孔口流通面积；R_Z为理想气体常数；k为工质的绝热指数。