混合动力汽车发动机建模理论分析

　　戴保绅刘悦闻杨冲
　　【摘要】文章首先介绍了混合动力汽车发动机中的万有特性，以此为背景引出发动机建模的理论方法。其次重点介绍常用的几种建模方法，深入分析公式理论，并对发动机使用期间需要优化的部分做出总结。对比分析各项建模理论方法后提出相互融合的设计理念，为混合动力汽车行业发展打下基础。
　　【关键词】混合动力；汽车发动机；建模理论
　　一、混合动力汽车发动机万有特性
　　发动机运行使用期间的速录特性只是反映两者参数之间的比较变化，但发动机运转是比较复杂的过程，需要更全面的参数模型体系来反映这种变化特性。万有特性能够在同一坐标中反映出多项参数，例如发动机的转速与转矩等。将其作为发动机建模的理论基础，技术人员可以更直观的了解发动机各项运行参数变化情况。特性的表述是基于横纵坐标轴来进行的，发动机是以燃油为原料来运行使用的，功率即表示燃油转换成动能的情况，掌握这些基本的参数才能够对建模理论进行更深入的研究。在现有的建模方法中，都离不开万有特性的应用，这也是发动机设计优化的理论性基础。
　　二、混合动力汽车发动机建模理论方法
　　（一）汽油机模型
　　建模前要明确汽油机的运行原理，是通过燃烧汽油，形成内能与动能之间的转换。通过改变转速来完成对能量转换的调节，建模过程中需要考虑发动机的不同转速情况。首先是全负载情况，先对节气门张开程度与运转速度之间存在的公式关系进行确定，可以表示为公式：
　　Tef（，n）
　　在该公式中，Te可以理解为汽油机在运转过程中的扭矩，是发动机在高速旋转的状态下发生的扭转变形，对原件本身并不会造成损坏影响，形变已经出现，在接下来的建模理论分析时则要将其引入其中。n在公式中仍然是代表速度，反映汽油机使用期间的输出速度，单位时间为分钟，统计单位分钟内运转的总圈数，除以时间，所得到的结果便是最终的传输速度。在其中表示的为节气门张开的角度，总结建模经验与理论基础可以了解到，角度与速度之间是相互影响的，建模也是要在角度不为零的情况下进行的，这样在坐标轴中才能够呈现出曲线。其次是部分符合速度。建模的理论公式与上述情况相同，需要注意的是在节气口角度的变化范围，这两种不同形式在角度限制范围上是存在差异的。
　　建模理论分析时，通过改变开启角来实现对坐标参数的改变，函数峰值在此过程中也是变化的，在公式运算结果范围内。为避免角度数值变化时出现记忆混乱，可以使用1，2的方式记录。建模的目的并不只是对发动机功率进行提升，更重要的是在使用阶段能够提升汽油的利用率，减少汽油机使用的能源损耗量。转化率提升后，混合动力汽车行驶时能够更好的将能源转换为动能，对环境污染也因此而减轻。
　　（二）柴油机模型
　　不同类型的发动机在模型建立上的理论基础相似，由于柴油与汽油相比较在纯度上会有不同，因此燃烧阶段的转换效率也存在差异。其中的建模理论公式为Mef（Ge，n）。Me所表示的内容与汽油机中的Te相同，均为扭矩，也可以称之为是转矩。Ge的含义是运转过程中每小时的耗油量。柴油通过喷射进入到高温部分，火花塞打火后将高压状态下喷射出的柴油引燃，释放出能量。因此在建模期间，还需要有喷射量、温度、压力以及运转角度的分析，都要准确的记录在坐标轴内，这些参数可以作为模型建立的有效方法，加强各系统之间的模型优化，柴油转化成为能量的这一过程中损耗也会更小。柴油发动机运行期间的震动比较大，要考虑这种外界影响因素，确保能够高效完成建模任务。
　　（三）发动机经济性与排放性能的综合模型
　　第三种建模理念要考虑发动机的实际使用性能，在运行使用期间发现不合理因素可以作为模型建立重点优化的内容。发动机运行阶段的排放量与燃料转化率有很大关系，燃烧不完全时所产生的尾气会地环境造成污染，也增大了混合动力汽车运行使用的能源损耗量，影响成本控制。将燃油使用量与排放量分别以不同的未知数表示，确定其中的变化关系，这样更方便将其显示在坐标中。燃油在不充分燃烧的情况下会转化成碳物质随着尾气排放出来，是造成雾霾污染的主要原因，经济实用的发动机在转换功率上能够达到规定标准，是基于传统设计理念之上做出的创新整改。经济模型中，要将不同运行原理的发动机做出对比，根据汽车行驶期间对动能的需求来运算需求的转速，再通过角度转换等多种优化技术对模型进行调整，并科学的评价综合性能。
　　（四）BP神经网络的建模方法
　　该种建模方法是基于函数公式理论基础上，借助计算机网络技术来快速完成模型的建立。通过计算机软件来开展模型建立效率更高，并且能够实现随时对数据的更改，模型也能够根据更改的参数做出相应的变化。技术人员还可以通过程序软件的模拟对发动机运行使用期间的合理性进行评估，判断是否处于最科学的运转形式。神经网络方法对影响因素的分析更精准，能够达到使用标准，针对常见的燃油燃烧不充分现象，通过这种方法可以得到解决。
　　三、不同建模理论的比较综合
　　上述建模方法在混合动力汽车发动机运行速率分析阶段常常使用到，发动机设计与制造工艺都在不断地发展进步，建模理论分析时并不能只局限于一种技术手段，要注重将多种技能的相互融合，更高效的完成模型优化任务。理论中涉及到大量的热力学知识，因此对设计人员自身技能要求也十分高，模型建立期间不能只局限于发动机自设运行原理，更重要的是对力学知识的拓展。考虑汽车行业发展的前景，以及技术方面的需求，这样所开展的工作才更具有实际意义。
　　结语：
　　由于发动机的理论建模十分复杂，应用实验结果数据进行数值建模成为一种既简单又实用的方法。本文分析的混合动力汽车发动机建模方法都已经在实际中得到成功应用。传统的数值建模方法需要一系列的方程组成方程组，精度较高，但求解过程复杂，建立发动机经济性与排放特性的综合数值模型，进一步优化发动机的性能与运行工况，简化发动机的控制策略，仍需作进一步的研究。
　　【参考文献】
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