液壓挖掘機(jī)并聯(lián)式混合動力系統(tǒng)性能分析及其控制策略研究_

1、浙江大學(xué)機(jī)械工程學(xué)系碩士學(xué)位論文液壓挖掘機(jī)并聯(lián)式混合動力系統(tǒng)性能分析及其控制策略研究姓名：庹福幸申請學(xué)位級別：碩士專業(yè)：機(jī)械設(shè)計(jì)及理論指導(dǎo)教師：潘雙夏20100301浙江大學(xué)碩學(xué)位論文摘要摘要節(jié)能減排計(jì)劃在全球范圍內(nèi)已經(jīng)提上日程，采用混合動力系統(tǒng)成為液壓挖掘機(jī)節(jié)能減排的重要途徑。近年來國外廠商不遺余力的開發(fā)混合動力液壓挖掘機(jī)，國內(nèi)也緊跟步伐。掌握液壓挖掘機(jī)自主知識產(chǎn)權(quán)的混合動力技術(shù)是一件意義重大的事。本文針對液壓挖掘機(jī)并聯(lián)式混合動力系統(tǒng)開展了以下幾項(xiàng)研究工作：（）針對目前挖掘機(jī)混合動力系統(tǒng)研究的不足之處，進(jìn)行了混合動力系統(tǒng)柴油發(fā)動機(jī)，電動發(fā)動機(jī)等動力學(xué)模型研究。重點(diǎn)建立了主動力源柴油發(fā)動機(jī)基于

2、氣缸燃燒動力學(xué)的瞬態(tài)模型。混合動力系統(tǒng)動力學(xué)模型的建立為控制策略的制定和優(yōu)化提供了良好的基礎(chǔ)。（）對液壓挖掘機(jī)典型負(fù)載工況進(jìn)行了分析，針對挖掘機(jī)的負(fù)載特點(diǎn)，對挖掘機(jī)混合動力并聯(lián)系統(tǒng)采用了優(yōu)化的多燃油經(jīng)濟(jì)工作點(diǎn)控制策略進(jìn)行控制，并對動力系統(tǒng)中永磁同步電動發(fā)電機(jī)采用了空間矢量控制方法對其輸出轉(zhuǎn)速和扭矩進(jìn)行迅速準(zhǔn)確地控制。（）在已搭建的挖掘機(jī)并聯(lián)式混合動力系統(tǒng)試驗(yàn)平臺上對柴油發(fā)動機(jī)進(jìn)行了油門階躍響應(yīng)等試驗(yàn)，驗(yàn)證基于氣缸燃燒動力學(xué)的柴油發(fā)動機(jī)動態(tài)模型的有效性；對混合動力并聯(lián)系統(tǒng)多燃油經(jīng)濟(jì)工作點(diǎn)控制策略進(jìn)行加載試驗(yàn)，驗(yàn)證液壓挖掘機(jī)混合動力并聯(lián)系統(tǒng)節(jié)能效果。關(guān)鍵詞：液壓挖掘機(jī)，混合動力，并聯(lián)系統(tǒng)，動力學(xué)模

3、型，控制策略浙江大學(xué)碩一學(xué)位論文，：（），（），（）；：，浙江大學(xué)研究生學(xué)位論文獨(dú)創(chuàng)性聲明本人聲明所呈交的學(xué)位論文是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果，也不包含為獲得逝鎏盤堂或其他教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證書而使用過的材料。與我一同工作的同志對本研究所做的任何貢獻(xiàn)均已在論文中作了明確的說明并表示謝意。學(xué)位論文作者簽名：簽字日期：年月日學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書本學(xué)位論文作者完全了解逝姿盤鱟有權(quán)保留并向國家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交本論文的復(fù)印件和磁盤，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)逝姿盤堂可以將學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編

4、入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索和傳播，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存、匯編學(xué)位論文。（保密的學(xué)位論文在解密后適用本授權(quán)書）學(xué)位論文作者簽名：導(dǎo)師簽名：簽字日期：年月日簽字日期：年月日浙江人學(xué)碩士學(xué)位論文致謝致謝在此論文完稿之際，首先要真誠感謝導(dǎo)師潘雙夏教授和指導(dǎo)教師管成副教授。雖然與潘老師相處時間并不多，但潘老師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度和認(rèn)真的工作態(tài)度給我留下了深刻的印象。指導(dǎo)教師管成老師從本科畢業(yè)設(shè)計(jì)開始就指導(dǎo)我，在研究生兩年多的時間里，管成老師在學(xué)術(shù)上悉心指導(dǎo)我們，在生活上也時時刻刻關(guān)心我們，管成老師和藹的態(tài)度和踏實(shí)的工作作風(fēng)讓我們終身難忘，也讓我們學(xué)會了如何做人、做事、做學(xué)問，這一切的一切將使我們終

5、身受益。還要感謝邱清盈老師和高字老師，你們熱心的幫助和求是的科研態(tài)度讓我們受益匪淺。感謝王東云博士、林瀟博士、白寒博士和胡曉杭師兄，每每科研上遇到問題向你們請教的時候，你們總是耐心、細(xì)致的指導(dǎo)，在混合動力項(xiàng)目研究與調(diào)試過程中，更是一點(diǎn)一滴地引導(dǎo)我們不斷前進(jìn)。在生活上，你們也時刻關(guān)心我們，熱情的給予我們幫助。感謝張敏杰碩士、王向煒碩士、徐振碩士、劉靖偉碩士、張偉謙碩士、任有良碩士、馮繼文碩士、來曉靚博士、薛馳博士、室友洪志化和周進(jìn)，兩年半的研究生生活有了你們的陪伴才會如此豐富多彩，與你們一起討論學(xué)術(shù)，一起暢游，一起健身，一起唱歌的日子將成為我研究生期間最歡樂的記憶。感謝硬件室所有成員，和你們在一

6、起學(xué)習(xí)和生活的日子將成為我寶貴的記憶。感謝養(yǎng)我育我的父母，求學(xué)路上你們在背后一直默默支持我，成為我堅(jiān)實(shí)的后盾，你們的辛苦我都看在眼里，也會銘記于心。庹福幸年月于求是園緒論液壓挖掘機(jī)混合動力系統(tǒng)研究意義液壓挖掘機(jī)在工程機(jī)械中屬于典型裝備，廣泛應(yīng)用于各種土石方作業(yè)。在民用里常用于場地挖掘，場地平整，以及改造農(nóng)田等；在工業(yè)里用于土木施工，工業(yè)建筑，處理污泥，采掘煤礦等；在軍用里用于清除障礙，快速構(gòu)建道路等。在常見的工程機(jī)械設(shè)備如液壓挖掘機(jī)，推土機(jī)，裝載機(jī)，起重機(jī)械，以及路面機(jī)械中，挖掘機(jī)在使用頻率和工作量上都占到前，¨。隨著我國每年基本以以上的幅度高速增長，我國工業(yè)化進(jìn)程和城市化進(jìn)程腳步越

7、來越快，在工業(yè)化進(jìn)程和城市化進(jìn)程中，需要大量的挖掘機(jī)去助力，因此液壓挖掘機(jī)的需求越來越大，銷量也越來越高。年液壓挖掘機(jī)銷量突破臺大關(guān)，年液壓挖掘機(jī)銷量突破臺，年液壓挖掘機(jī)銷量再次突破臺大關(guān)，這些數(shù)據(jù)無不表明液壓挖掘機(jī)對我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的貢獻(xiàn)。中國挖掘機(jī)歷年銷量【】如圖所示。姐嬰圖中國挖掘機(jī)歷年銷量液壓挖掘機(jī)在我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展中做出了如此突出的貢獻(xiàn)，然而，隨著工業(yè)化程度的提高，我國政府和人民對節(jié)能、環(huán)保越來越重視，日前，我國向世界承諾年二氧化碳排放比年降低到嘣，液壓挖掘機(jī)等工程機(jī)械的能耗和排放逐漸給我國形成較大壓力，也因此成為國家重點(diǎn)關(guān)注的對象。在這樣一個綠色、節(jié)能、環(huán)保的大環(huán)境下，液壓挖掘機(jī)等工程機(jī)械

8、等耗油大戶節(jié)能、降低排放成為首當(dāng)其沖的任務(wù)。液壓挖掘機(jī)的能量總利用率較低，液壓挖掘機(jī)的節(jié)能一直成為人們追求的目標(biāo)【】。自液壓挖掘機(jī)廣泛應(yīng)用以來，人們對其節(jié)能技術(shù)的研究一直沒有止步，先后針對液壓挖掘機(jī)的能量損失環(huán)節(jié)，如液壓系統(tǒng)節(jié)流損失、溢流損失以及沿程功率損失等【，日立公司開發(fā)出裝有正流量控制系統(tǒng)【的液壓挖掘機(jī)，小松公司開發(fā)出裝有負(fù)流量控制系統(tǒng)【】的系列挖掘機(jī)，以及小松公司開發(fā)出裝有負(fù)荷傳感控制技術(shù)系統(tǒng)【】的液壓挖掘機(jī)等。通過采用這些新型電液一體化控制系統(tǒng)使得液壓挖掘機(jī)較恒功率系統(tǒng)燃油利用率得到長足進(jìn)步，但是期望通過采用這些新型電液一體化控制系統(tǒng)更進(jìn)一步提高液壓挖掘機(jī)燃油率，降低排放的潛力非常有

9、限，而且更為關(guān)鍵的是，這些技術(shù)的改進(jìn)始終無法解決液壓挖掘機(jī)動力源柴油發(fā)動機(jī)工作的惡劣性，不停跟隨外負(fù)載大幅度的波動，使其轉(zhuǎn)速不停變化，燃油效率得不到根本上的提高，排放問題也得不到很好的解決。液壓挖掘機(jī)中柴油機(jī)是其主動力源，其燃油效率的高低，直接關(guān)系到液壓挖掘機(jī)是否能達(dá)到節(jié)能環(huán)保的要求?；旌蟿恿ο到y(tǒng)由多個動力源組成，通常發(fā)動機(jī)作為主動力源，其他裝置作為輔動力源?；旌蟿恿ο到y(tǒng)中，通過輔動力源與發(fā)動機(jī)聯(lián)合工作，使得發(fā)動機(jī)工作在高效燃油經(jīng)濟(jì)點(diǎn)上，從而在根本上實(shí)現(xiàn)降低油耗，減少廢氣排放。浙江大學(xué)學(xué)者王慶豐【】在混合動力工程機(jī)械節(jié)能效果評價及液壓系統(tǒng)節(jié)能的仿真研究中，以液壓挖掘機(jī)典型液壓系統(tǒng)為基礎(chǔ)，對串聯(lián)

10、式挖掘機(jī)混合動力系統(tǒng)和并聯(lián)式挖掘機(jī)混合動力系統(tǒng)進(jìn)行了一個標(biāo)準(zhǔn)工作周期內(nèi)的能耗仿真，得到如表所示的結(jié)果。表混合動力系統(tǒng)能耗仿真浙江大學(xué)王冬云【哪在液壓挖掘機(jī)混合動力系統(tǒng)性能分析一文中，以小型液壓挖掘機(jī)為藍(lán)本，對液壓挖掘機(jī)普通動力系統(tǒng)和采用并聯(lián)式，串聯(lián)式結(jié)構(gòu)的進(jìn)行了油耗研究，得到如圖所示結(jié)果。圖液壓挖掘機(jī)三種動力系統(tǒng)油耗對比神鋼建機(jī)公司工程師，等在文獻(xiàn)中【對液壓挖掘機(jī)混合動力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了研究，并對采用混合動力系統(tǒng)的液壓挖掘機(jī)能耗進(jìn)行了分析，結(jié)論表明混合動力系統(tǒng)結(jié)合能量回收較普通液壓挖掘機(jī)節(jié)能高達(dá)。小松公司在年以后在其公司生產(chǎn)的液壓挖掘機(jī)型號上試裝了混合動力系統(tǒng)，經(jīng)過長期試驗(yàn)得出結(jié)論，裝有混合動力

11、系統(tǒng)的液壓挖掘機(jī)比普通機(jī)型平均能減少的油耗。其中，通過對其客戶數(shù)據(jù)的收集得到，在某些作業(yè)密度比較大的工況下，例如處理污泥等，裝有混合動力系統(tǒng)的。節(jié)能高達(dá)。上述結(jié)果，不管是混合動力系統(tǒng)仿真分析，還是樣機(jī)試驗(yàn)，無不表明液壓挖掘機(jī)采用混合動力系統(tǒng)在調(diào)高能量利用率和降低排放上的優(yōu)越性。混合動力系統(tǒng)在液壓挖掘機(jī)上是一項(xiàng)新技術(shù)，在我國強(qiáng)調(diào)重大裝備國產(chǎn)化和掌握核心知識產(chǎn)權(quán)的大環(huán)境下，我們應(yīng)該把握住此契機(jī)，努力搶占技術(shù)制高點(diǎn)，擺脫國外技術(shù)的壟斷。因此，研究液壓挖掘機(jī)混合動力技術(shù)是非常重要，非常有意義的，而且是很有潛如蚋液壓挖掘機(jī)混合動力系統(tǒng)研究現(xiàn)狀全球范圍內(nèi)，隨著工業(yè)技術(shù)的不斷發(fā)展，能源需求量越來越大，然而石

12、油、煤炭、天然氣等不可再生資源的存有量卻越來越少，如果再不采取措施，可以預(yù)見在不久的將來，能源將會缺失。在全球工業(yè)化進(jìn)程的另一面，每年燃燒的燃油、煤炭、天然氣等越來越多，因此而生成的廢氣也越來越多，全球溫室效應(yīng)最近幾年逐漸顯現(xiàn)。能源問題和環(huán)境問題已成為全球關(guān)注的問題，節(jié)能減排計(jì)劃在全球范圍內(nèi)已逐漸提上日程，在這樣一個大環(huán)境下，液壓挖掘機(jī)等工程機(jī)械耗油大戶節(jié)能、降低排放成為首當(dāng)其沖的任務(wù)，在液壓挖掘機(jī)上采用混合動力系統(tǒng)成為解決油耗和排放的重要途徑?；旌蟿恿ο到y(tǒng)最早在汽車上應(yīng)用，并且已成功商用化，經(jīng)驗(yàn)證節(jié)能效果良好。自豐田汽車于年推出混合動力汽車【以來，因良好的節(jié)能效果，市場反響熱烈，也從此也加快

13、了各大汽車廠商推出混合動力汽車的步伐，截至年，各大廠商都相繼出了多款混合動力車型。采用的是混聯(lián)式混合動力系統(tǒng)，其他車型多是采用的并聯(lián)式或串聯(lián)混合動力系統(tǒng)】?；旌蟿恿ο到y(tǒng)由兩種及以上的動力源或儲能單元組成?；炻?lián)式混合動力系統(tǒng)由發(fā)動機(jī)，電動機(jī)，發(fā)電機(jī)，能量存儲單元等組成?；炻?lián)式混合動力系統(tǒng)中可以以發(fā)動機(jī)作為直接動力源，也可以以電動機(jī)作為直接動力源，還可以以發(fā)動機(jī)和電動機(jī)聯(lián)合方式驅(qū)動負(fù)載，混聯(lián)式混合動力系統(tǒng)根據(jù)工況的不同，工作方式可以靈活多變，節(jié)能效果也突出，但是動力系統(tǒng)復(fù)雜，對可靠性和控制策略都提出了很高的要求。并聯(lián)式混合動力系統(tǒng)和串聯(lián)式混合動力系統(tǒng)相對簡單。并聯(lián)式混合動力系統(tǒng)中，發(fā)動機(jī)、電動機(jī)聯(lián)

14、合驅(qū)動負(fù)載，發(fā)動機(jī)作為主動力源，系統(tǒng)所有的能量都是由發(fā)動機(jī)提供的，電動機(jī)作為輔動力源，通過控制策略使得發(fā)動機(jī)始終工作在高效燃油經(jīng)濟(jì)點(diǎn)上，電動機(jī)由于工作效率高，用于平衡外負(fù)載的波動，電動機(jī)的能量來自發(fā)動機(jī)驅(qū)動發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的。在外負(fù)載低于發(fā)動機(jī)輸出扭矩時，發(fā)動機(jī)驅(qū)動發(fā)電機(jī)發(fā)電存儲于電池中，以供電動機(jī)使用；在外負(fù)載高于發(fā)動機(jī)輸出扭矩時，由電池中存儲的電能驅(qū)動電動機(jī)共同工作。串聯(lián)式混合動力系統(tǒng)中，發(fā)動機(jī)作為唯一動力源，與發(fā)動機(jī)直接連接的是發(fā)電機(jī)，負(fù)載直接由電動機(jī)驅(qū)動。在工作工程中，串聯(lián)式混合動力系統(tǒng)根據(jù)不同的工況，可由存儲在電池中的電能單獨(dú)驅(qū)動電動機(jī)工作，或者由發(fā)動機(jī)帶動發(fā)電機(jī)發(fā)電實(shí)時驅(qū)動電動機(jī)。串聯(lián)系

15、統(tǒng)中，發(fā)動機(jī)并不與外負(fù)載直接相連，所以能始終高效地保持工作，燃油效率高，然而，串聯(lián)系統(tǒng)中無論是從發(fā)動機(jī)到電池到電動機(jī)，還是從發(fā)動機(jī)到發(fā)電機(jī)到電動機(jī)，發(fā)動機(jī)的能量始終要經(jīng)歷兩次以上的轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)，能量轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)的損失是不可小覷的。混合動力系統(tǒng)在汽車上成功的應(yīng)用和良好的節(jié)能效果，給液壓挖掘機(jī)節(jié)能減浙江人學(xué)碩一學(xué)位論文緒論排提供了良好的思路。由于資源的匱乏，混合動力挖掘機(jī)的研究日本走在世界的前列，小松公司在年造出世界第一臺混合動力樣機(jī)，目前已經(jīng)在世界范圍內(nèi)提供混合動力挖掘機(jī)給客戶適用。此外，卡特彼勒、沃爾沃、日立建機(jī)等公司都加快了研發(fā)進(jìn)度，計(jì)劃在今年開始生產(chǎn)。國內(nèi)挖掘機(jī)廠商不甘落后，也開始積極研究混合動力

16、液壓挖掘機(jī)。年初上海重工宣布開始研發(fā)混合動力挖掘機(jī)，年月第十屆北京國際工程機(jī)械展覽會場，三一重機(jī)和詹陽動力分別展出了級混合動力液壓挖掘機(jī)樣機(jī)。目前，液壓挖掘機(jī)上混合動力系統(tǒng)研究主要集中于并聯(lián)式和串聯(lián)式兩種結(jié)構(gòu)。在混合動力汽車上成為成功典范的混聯(lián)式混合動力系統(tǒng)由于結(jié)構(gòu)和控制的復(fù)雜性【，在液壓挖掘機(jī)上未有學(xué)者和公司進(jìn)行研究。并聯(lián)式混合動力液壓挖掘機(jī)，目前國外有日本小松公司【、日立建機(jī)【和卡特彼勒三菱【刀采用，串聯(lián)式混合動力系統(tǒng)主要是由日本神鋼建機(jī)公司在研究，該公司已申請了多項(xiàng)相關(guān)的專利【。國內(nèi)關(guān)于混合動力挖掘機(jī)的研究主要以浙江大學(xué)機(jī)械設(shè)計(jì)研究所和機(jī)械電子控制工程研究所為主，這兩個研究所的研究都是以

17、并聯(lián)式混合動力系統(tǒng)為基礎(chǔ)。浙江大學(xué)機(jī)械設(shè)計(jì)研究所林瀟、潘雙夏、管成等針對液壓挖掘機(jī)并聯(lián)式混合動力系統(tǒng)提出了基于多工作點(diǎn)和工況自識別的控制方法，并申請了相關(guān)的發(fā)明專利【¨。浙江大學(xué)機(jī)械電子控制工程研究所肖清在文獻(xiàn)【和文獻(xiàn)中，分別針對使用電容器作為儲能裝置和使用鎳氫電池組的并聯(lián)式混合動力系統(tǒng)提出了相關(guān)的控制策略，文章中提到通過的變化，讓發(fā)動機(jī)工作在高效區(qū)域，文獻(xiàn)中提到的發(fā)動機(jī)高效區(qū)是由多個油門下的工作點(diǎn)組成的，單純讓發(fā)動機(jī)工作在高效區(qū)域，忽略了發(fā)動機(jī)油門位置頻繁波動而造成的燃油燃燒惡劣的情況。本文混合動力并聯(lián)系統(tǒng)控制策略的制定是建立在浙江大學(xué)機(jī)械設(shè)計(jì)研究所林瀟的研究成果基礎(chǔ)上。要對液壓挖

18、掘機(jī)混合動力系統(tǒng)進(jìn)行研究，須首先對挖掘機(jī)混合動力系統(tǒng)模型及特性進(jìn)行研究。張邦基在】混合動力汽車發(fā)動機(jī)特性的建模方法中采用了查表和三次樣條函數(shù)建立了發(fā)動機(jī)數(shù)值模型。在文中【采用能量流的方法建立了包括發(fā)動機(jī)、電動機(jī)等在內(nèi)的混合動力汽車傳動鏈的模型，通過燃油的化學(xué)能乘上能量轉(zhuǎn)換的效率直接計(jì)算得到發(fā)動機(jī)的平均指示扭矩。在對并聯(lián)式混合動力汽車建模與仿真【文中，基于發(fā)動機(jī)的調(diào)速特性和萬有特性曲線，采用多段高次函數(shù)擬合得到發(fā)動機(jī)的動力特性方程。馮啟山【刁在基于的發(fā)動機(jī)調(diào)速動力學(xué)模型文章中建立了發(fā)動機(jī)的瞬態(tài)模型，不過該模型是面向汽車控制的汽油機(jī)模型。挖掘機(jī)混合動力系統(tǒng)研究起步較晚。浙江大學(xué)機(jī)械電子控制工程研究

19、所肖清【在文獻(xiàn)中建立了液壓挖掘機(jī)混合動力系統(tǒng)模型，其中，發(fā)動機(jī)的數(shù)值模型是通過機(jī)械特性曲線轉(zhuǎn)換而來，電動發(fā)電機(jī)的模型是效率曲線轉(zhuǎn)換而來。浙江大學(xué)機(jī)械設(shè)計(jì)研究所林瀟【在文獻(xiàn)中采用了一系列特性擬合曲線來作為并聯(lián)式混合動力液壓挖掘機(jī)的柴油機(jī)模型。目前，在汽車混合動力系統(tǒng)和挖掘機(jī)混合動力系統(tǒng)中，發(fā)動機(jī)的模型都以均值模型為主，雖然均值模型簡單，但是該模型往往只能代表一個特定的機(jī)型，不具推廣性，而且，由于均值模型不能表現(xiàn)出發(fā)動機(jī)對外負(fù)載的動態(tài)響應(yīng)，故對設(shè)計(jì)和驗(yàn)證混合動力系統(tǒng)控制策略都是不利的。謝迪】在論文中對混合動力液壓挖掘機(jī)動力系統(tǒng)進(jìn)行了建模和仿真，其中，建立了四缸柴油發(fā)動機(jī)基于氣缸壓力曲軸轉(zhuǎn)速的瞬態(tài)模

20、型，該模型中氣缸壓力模塊需要大量在不同油門和負(fù)載下的氣缸壓力數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)需要專業(yè)的發(fā)動機(jī)廠商提供，不方便得到，此外，該模型并不完善，缺乏調(diào)速器、柴油機(jī)動態(tài)油耗模型。針對以上不足，本文進(jìn)行了改進(jìn)和完善，建立了包括調(diào)速器、噴油系統(tǒng)在內(nèi)完整的四缸四沖程高速直噴柴油發(fā)動機(jī)瞬態(tài)動力學(xué)模型，該柴油機(jī)模型中壓力生成模塊是通過對缸內(nèi)燃油燃燒的描述來建立的，適用機(jī)型廣泛。此前，對于柴油機(jī)氣缸內(nèi)燃燒的描述不少學(xué)者曾做過相關(guān)研究。在對共軌柴油機(jī)燃油燃燒和廢氣排放建?！疽晃闹?，將氣缸燃燒室分為燃燒區(qū)和未燃燒區(qū)，分別用相應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)式來進(jìn)行描述。在文中對氣缸燃燒室進(jìn)行了詳細(xì)的建模和描述【，其中，氣缸燃燒室被分為多個子

21、區(qū)域，包括燃油噴射區(qū)，燃油蒸發(fā)區(qū)，空氣燃油混合區(qū)等。】在柴油發(fā)動機(jī)燃燒建模及柴油機(jī)控制一文中，建立了從變幾何渦輪增壓器到氣缸的氣體流動方程，并將氣缸內(nèi)的燃燒劃分為兩個區(qū)域來分別計(jì)算燃油的燃燒情況。在直噴柴油機(jī)建模及性能分析一文中刪，在燃油瞬時蒸發(fā)這個假設(shè)條件下，將氣缸內(nèi)劃分為燃油油液區(qū)和燃油油霧區(qū)來進(jìn)行缸內(nèi)燃燒行為描述。在渦輪增壓直噴柴油機(jī)建模一文中【，采用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對渦輪增壓直噴柴油機(jī)氣缸內(nèi)的燃燒建模，從而實(shí)現(xiàn)對氣缸內(nèi)周壁溫度和氣缸內(nèi)氣體壓力的預(yù)測。在柴油機(jī)缸內(nèi)燃燒模擬文中，采用計(jì)算流體動力學(xué)對氣缸內(nèi)氣體紊流流動，燃油噴射，燃油燃燒延時等進(jìn)行了深入而詳細(xì)的計(jì)算和模擬。上述研究往往用于對缸內(nèi)

22、燃油與空氣的混合情況，燃油的燃燒效率，散熱損失，燃燒廢氣的成份和排放情況預(yù)測，因此建立的模型也很復(fù)雜。在柴油機(jī)瞬奮動力學(xué)研究中，只需要對氣缸內(nèi)氣體壓力進(jìn)行計(jì)算。上述的研究方法用來計(jì)算氣缸內(nèi)氣體壓力太過復(fù)雜，而且也追成了模型中其他功能的浪費(fèi)因此，本文建立了用于柴油機(jī)整機(jī)動態(tài)性能分析的燃燒動力學(xué)模型，其中，進(jìn)氣系統(tǒng)和排氣系統(tǒng)經(jīng)簡化設(shè)定為定溫度和定壓力，該模型適用各種柴油機(jī)型。建立的柴油機(jī)瞬態(tài)動力學(xué)模型，除了氣缸燃燒動力學(xué)模塊以外，還包括柴油機(jī)摩擦模塊，曲柄連桿動力學(xué)模塊等。柴油機(jī)工作過程中，燃油燃燒產(chǎn)生的能量只有左右的用于做有用功。其余的能量以機(jī)件摩擦損失、排氣損失和冷卻損耗等形式浪費(fèi)掉，具體比例

23、如圖所示。其中，柴油機(jī)機(jī)件摩擦損失直接影響其性能，對機(jī)件摩擦損失正確的預(yù)測和計(jì)算在柴油機(jī)瞬態(tài)模型的建立和分析中起著至關(guān)重要作用刪刊嵌冀卻損牦輸肯用田燃油燃燒能量在柴油機(jī)中的分配不少學(xué)者對柴油機(jī)機(jī)件摩擦損失進(jìn)行了理論研究和各種試驗(yàn)驗(yàn)證【州。目前在學(xué)術(shù)界內(nèi)柴油機(jī)機(jī)件摩擦模型主要分為兩種：均值摩擦模型和瞬態(tài)摩擦模型。均值摩擦模型的建立是；【柴油機(jī)每個周期平均摩擦扭矩為基礎(chǔ)。，在壓縮點(diǎn)火武發(fā)動機(jī)仿真一文中，和“”在柴油發(fā)動機(jī)摩擦損失一文中，都對柴油機(jī)均值摩擦模型進(jìn)行了研究均值摩擦模型過于簡單，與發(fā)動機(jī)實(shí)際過程誤差大。瞬態(tài)摩擦模型最有影響力的是和】在內(nèi)燃機(jī)瞬態(tài)摩擦仿真新方法一文中提出的基于各個組件的詳細(xì)

24、摩擦模型。隨后，和在單缸柴油機(jī)動態(tài)仿真】一文和發(fā)動機(jī)瞬態(tài)過程中摩擦組件模型【】一文中也建立了柴油機(jī)的瞬態(tài)摩擦模型，在第一篇文章中，建立了包括活塞環(huán)組件，泵件損失，泵件摩擦等五個組件在內(nèi)的瞬態(tài)摩擦模型，第二篇文章中對第一篇的模型進(jìn)行了完善，并考慮了溫度對潤滑液粘度的影響。和【】在柴油發(fā)動機(jī)摩擦損失建模一文中通過求解拉格朗日方程推導(dǎo)出包括活塞組、軸承等在內(nèi)的瞬態(tài)摩擦模型。其中，【】在混合動力汽車內(nèi)燃機(jī)扭矩非線性觀察器一文中，引用了和的瞬態(tài)摩擦模型，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明與真實(shí)摩擦扭矩吻合度好。馮啟】在基于？的發(fā)動機(jī)調(diào)速動力學(xué)模型文章中建立了混合動力汽車汽油發(fā)動機(jī)的模型，其中摩擦扭矩模塊也是引用的和模型。瞬態(tài)

25、摩擦模型與均值摩擦模型相比，更具真實(shí)性，所以本文中引用和模型作為柴油機(jī)瞬態(tài)摩擦模型，該模型的應(yīng)用廣泛、認(rèn)知度高。現(xiàn)有研究總結(jié)及課題提出鑒于第二節(jié)中液壓挖掘機(jī)混合動力系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀，目前研究的主要不足之處為：（）挖掘機(jī)混合動力系統(tǒng)用柴油機(jī)絕大多數(shù)采用均值模型對其建模，缺乏詳細(xì)準(zhǔn)確，適用對象廣泛的動力學(xué)模型描述挖掘機(jī)混合動力系統(tǒng)動態(tài)性能，也因此不利于混合動力系統(tǒng)控制策略的深入研究。（）缺乏柴油機(jī)動態(tài)油耗模型詳細(xì)描述混合動力系統(tǒng)柴油機(jī)工作點(diǎn)變化時的實(shí)時油耗，也因此不利于混合動力系統(tǒng)在控制策略作用下節(jié)能效果的準(zhǔn)確評估。（）對挖掘機(jī)混合動力系統(tǒng)中采用的電動發(fā)電機(jī)控制缺乏相應(yīng)的研究，混合動力系統(tǒng)中電動發(fā)電

26、機(jī)迅速而準(zhǔn)確的動態(tài)響應(yīng)直接影響柴油機(jī)工作的平穩(wěn)性。因此，本論文將從上述的不足切入，進(jìn)行深入的研究。研究內(nèi)容與方案混合動力液壓挖掘機(jī)柴油發(fā)動機(jī)建模研究（）建立并改進(jìn)基于氣缸壓力曲軸轉(zhuǎn)速的柴油發(fā)動機(jī)瞬態(tài)模型基于氣缸壓力一曲軸轉(zhuǎn)速的柴油發(fā)動機(jī)瞬態(tài)模型，其中氣缸壓力模塊需要大量在不同負(fù)載下的氣缸壓力數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)需要專業(yè)的發(fā)動機(jī)廠商提供，柴油機(jī)用戶不便得到。為方便模型的準(zhǔn)確建立和廣泛的應(yīng)用性，氣缸壓力模塊需要改進(jìn)。（）建立柴油發(fā)動機(jī)動態(tài)油耗模型發(fā)動機(jī)在不同扭矩和不同轉(zhuǎn)速下的油耗通常是通過查表得來，而實(shí)際情況中，隨著負(fù)載的變化柴油機(jī)的工作點(diǎn)不斷改變，柴油機(jī)的動態(tài)油耗無法從特性曲線中查詢得來。建立柴油發(fā)動

27、機(jī)動態(tài)油耗模型，能詳細(xì)反映發(fā)動機(jī)隨外負(fù)載波動時的動態(tài)油耗。（）建立柴油發(fā)動機(jī)調(diào)速器模型調(diào)速器是柴油發(fā)動機(jī)的重要部件，調(diào)速器的動態(tài)響應(yīng)直接影響到柴油機(jī)的動態(tài)性能?；旌蟿恿σ簤和诰驒C(jī)電動發(fā)電機(jī)控制方法研究結(jié)合液壓挖掘機(jī)工況，采用合適的控制方法對電動發(fā)電機(jī)進(jìn)行實(shí)時、準(zhǔn)確得扭矩和轉(zhuǎn)速控制?；旌蟿恿σ簤和诰驒C(jī)控制策略驗(yàn)證在建立的混合動力系統(tǒng)模型基礎(chǔ)上，結(jié)合液壓挖掘機(jī)工況，對混合動力液壓挖掘機(jī)控制策略進(jìn)行加載驗(yàn)證。本文將以來輔助研究，并在已搭建好的混合動力試驗(yàn)臺上進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證。本章小結(jié)闡述了液壓挖掘機(jī)采用混合動力系統(tǒng)節(jié)能的重要意義，在對混合動力液壓挖掘機(jī)研究現(xiàn)狀分析的基礎(chǔ)上，針對目前動力系統(tǒng)研究的不足之處

28、，提出了相關(guān)的研究課題和實(shí)施方案。浙江人學(xué)碩士學(xué)位論文液胝挖掘機(jī)并聯(lián)式混合動力系統(tǒng)模型研究液壓挖掘機(jī)并聯(lián)式混合動力系統(tǒng)模型研究液壓挖掘機(jī)混合動力并聯(lián)系統(tǒng)由柴油發(fā)動機(jī)，永磁同步電動發(fā)電機(jī)，以及鎳氫電池組等組成，其中柴油發(fā)動機(jī)與電動發(fā)電機(jī)共同驅(qū)動外負(fù)載，柴油發(fā)動機(jī)提供主要動力，電動發(fā)電機(jī)用于平衡外負(fù)載的波動，系統(tǒng)在控制策略的作用下使得柴油發(fā)動機(jī)穩(wěn)定工作在高效燃油經(jīng)濟(jì)點(diǎn)上，達(dá)到節(jié)能減排的目的。下圖所示為液壓挖掘機(jī)混合動力并聯(lián)系統(tǒng)典型結(jié)構(gòu)圖。圖液壓挖掘機(jī)混合動力并聯(lián)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖液壓挖掘機(jī)混合動力并聯(lián)系統(tǒng)模型主要包括柴油發(fā)動機(jī)動力學(xué)模型，電動發(fā)電機(jī)動力學(xué)模型，鎳氫電池組估算模型。其中，柴油發(fā)動機(jī)作為液壓挖

29、掘機(jī)中唯一的能量來源，其燃油效率的高低直接影響到混合動力并聯(lián)系統(tǒng)節(jié)能的效果，因此對混合動力系統(tǒng)中的柴油發(fā)動機(jī)模型重點(diǎn)進(jìn)行了研究，建立了基于氣缸燃燒動力學(xué)的柴油發(fā)動機(jī)瞬態(tài)動力學(xué)模型，并基于該模型提出了柴油機(jī)動態(tài)油耗計(jì)算模型。挖掘機(jī)混合動力系統(tǒng)柴油機(jī)性能參數(shù)混合動力系統(tǒng)中動力源柴油機(jī)采用的是常柴，是一款常用于工程機(jī)械的四缸、四沖程、直列、直噴高速柴油機(jī)。這款柴油機(jī)由調(diào)速系統(tǒng)，燃油系統(tǒng)，潤滑系統(tǒng)，冷卻系統(tǒng)，活塞連桿總成，以及曲軸飛輪總成等組成。主要技術(shù)規(guī)格如下表所示：表主要技術(shù)規(guī)格型號浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文液胝挖掘機(jī)并聯(lián)式混合動力系統(tǒng)模型研究型式直列、水冷、四沖程、直噴式氣缸直徑（）活塞行程（）活塞總

30、排量（）壓縮比氣缸工作順序一標(biāo)定功，（）】（）標(biāo)定轉(zhuǎn)速（）燃油消耗率標(biāo)定功率標(biāo)定轉(zhuǎn)速時外特性最低點(diǎn)機(jī)油消耗率瓜】三煙度（）薹曲軸旋轉(zhuǎn)方向（面向飛輪端）逆時針潤滑方式壓力、飛濺起動方式電起動凈質(zhì)量（曲三外形尺寸長×寬×高（）××除了上述表格之外，常柴說明書還給出了多項(xiàng)技術(shù)數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)在后面的模型建立中需要。表為柴油機(jī)配氣定時，表為氣缸氣門間隙（冷態(tài)），表為燃油系統(tǒng)供油參數(shù)，圖為柴油機(jī)配氣相位圖。表柴油機(jī)配氣定時進(jìn)氣門開上止點(diǎn)前進(jìn)氣門關(guān)下止點(diǎn)后排氣門開下止點(diǎn)前排氣門關(guān)上止點(diǎn)后表氣缸氣門間隙（冷態(tài)）氣（）排氣門（）表燃油系統(tǒng)供油參數(shù)供油提前角士噴油壓力】浙江

31、大學(xué)碩士學(xué)位論文液壓挖掘機(jī)并聯(lián)式混合動力系統(tǒng)模型研究上止點(diǎn)進(jìn)氣門開一一一。排氣門關(guān)一、仃、止點(diǎn)圖柴油機(jī)配氣相位圖以上止點(diǎn)作為轉(zhuǎn)角始點(diǎn)，從圖柴油機(jī)配氣相位圖中可以得知：（）當(dāng)曲柄處于。時，進(jìn)氣閥門打開，氣缸處于進(jìn)氣階段。（）當(dāng)曲柄處于。時，進(jìn)氣閥門和排氣閥門關(guān)閉，氣缸處于壓縮氣體階段。（）當(dāng)曲柄處于。時，進(jìn)氣閥門和排氣閥門關(guān)閉，燃油燃燒，缸內(nèi)氣體受熱膨脹，推動活塞做功。（）當(dāng)曲柄處于時，排氣閥門打開，氣缸處于排除廢氣階段。挖掘機(jī)混合動力系統(tǒng)柴油機(jī)模型建立柴油發(fā)動機(jī)是挖掘機(jī)混合動力系統(tǒng)的主要動力源，其燃油效率的高低直接影響到節(jié)能效果的好壞，本文重點(diǎn)對其模型進(jìn)行研究。柴油機(jī)瞬態(tài)動力學(xué)模型包括調(diào)速系統(tǒng)

32、模塊、氣缸燃燒動力學(xué)模塊、指示扭矩模塊、柴油機(jī)摩擦模塊以及柴油機(jī)曲柄連桿動力學(xué)模塊等組成，如下圖所示。浙江大學(xué)碩十學(xué)位論文液壓挖掘機(jī)并聯(lián)式混合動力系統(tǒng)模型研究圖混合動力系統(tǒng)柴油發(fā)動機(jī)模型結(jié)構(gòu)圖挖掘機(jī)混合動力系統(tǒng)柴油機(jī)調(diào)速系統(tǒng)建?；旌蟿恿ο到y(tǒng)柴油機(jī)調(diào)速系統(tǒng)在本文中由圖中所示的調(diào)速器、噴油系統(tǒng)以及動態(tài)燃油消耗三個模塊組成。圖柴油機(jī)調(diào)速系統(tǒng)模型結(jié)構(gòu)圖其中，噴油系統(tǒng)由噴油泵、高壓油管和噴油器等組成。在調(diào)速系統(tǒng)中，通過調(diào)速器控制供油拉桿的位置，使得每循環(huán)供油量發(fā)生變化，從而達(dá)到調(diào)整柴油機(jī)功率和轉(zhuǎn)速的目的。柴油機(jī)中調(diào)速器用于調(diào)整柴油機(jī)功率和轉(zhuǎn)速，同時，在一定范圍內(nèi)，讓柴油機(jī)在最大程度上避免受外界負(fù)載波動的

33、影響，保持其工作的穩(wěn)定性，其性能直接影響柴油機(jī)的調(diào)速和動態(tài)特性【。采用的是號噴油泵調(diào)速器，該調(diào)速器的作用原理圖如下圖所示。浙江人學(xué)砸±學(xué)位論立液壓挖掘機(jī)井瞞式動力系統(tǒng)模型研究卜一飛球一驅(qū)動盤推力盤一調(diào)速彈簧一支撐軸一調(diào)速彈簧照一調(diào)速操縱桿供油拉桿圖號噴油泵調(diào)速器結(jié)構(gòu)圖柴油機(jī)工作中，順時針撥動調(diào)速操縱桿，調(diào)速彈簧座往左移動，受壓縮的調(diào)速彈簧推動推力盤往左穢動，其中，推力盤和供油拉桿是緊固在一起的，供油拉桿往左移動，使得供油量增加，從而柴油機(jī)的功率和轉(zhuǎn)速隨之增大；相反，逆時針撥動調(diào)速操縱桿，則柴油機(jī)的功率和轉(zhuǎn)速減小。一旦調(diào)速操縱桿設(shè)定好以后，柴油機(jī)功率和轉(zhuǎn)速相應(yīng)的也設(shè)定完成。調(diào)速器在負(fù)載

34、變化時穩(wěn)定柴油機(jī)轉(zhuǎn)速的原理如下：驅(qū)動盤凹槽內(nèi)有個銅球，驅(qū)動盤帶動銅球旋轉(zhuǎn)，這個鋼球分與驅(qū)動盤面和推力盤面接觸，其中，驅(qū)動盤的錐角面為。，推力盤的錐角面為。如果負(fù)載突然增大，柴油機(jī)功率不能匹配則轉(zhuǎn)速下降，鋼球由于轉(zhuǎn)速的下降其離心力減小，緊接著推力盤左移，供油拉桿跟隨左移，供油量由于供油拉桿的左移增大，柴油機(jī)功率增加，轉(zhuǎn)速也隨之回升，這樣就完成了負(fù)載增大的情況轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定。負(fù)載突然減小的話，調(diào)速器調(diào)解過程則與上相反。浙江大學(xué)碩上學(xué)位論文液壓挖掘機(jī)并聯(lián)式混合動力系統(tǒng)模型研究圖噴油泵調(diào)速器受力示意圖基于型噴油泵調(diào)速器的作用原理，對其進(jìn)行受力分析和建模，如圖所（）調(diào)速器處于穩(wěn)態(tài)時，推力盤受力為：乓（）露盧

35、其中，：調(diào)速彈簧的剛度；調(diào)速彈簧起始預(yù)壓縮量；：調(diào)速彈簧座的位移；：推力盤的位移；：調(diào)速器內(nèi)鋼球的個數(shù)；群：鋼球?qū)ν屏ΡP錐角面的作用力；：推力盤錐角面角度。鋼球的受力為：局昂。昂。局西；其中，：鋼球旋轉(zhuǎn)的離心力；昂：驅(qū)動盤錐角面對鋼球的作用力；：驅(qū)動盤錐角面角度；厶：單個鋼球的質(zhì)量；（）（）浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文液壓挖掘機(jī)并聯(lián)式混合動力系統(tǒng)模型研究唧：驅(qū)動盤旋轉(zhuǎn)角速度。綜合公式（）和（），變換得到穩(wěn)態(tài)時，調(diào)速彈簧座輸入位移和供油拉桿位移以及驅(qū)動盤轉(zhuǎn)速間的關(guān)系式：（）（）調(diào)速器處于瞬態(tài)變化時，假設(shè)調(diào)速器潤滑良好，鋼球沿驅(qū)動盤錐面只做純滑動，故可忽略其滑動摩擦力。推力盤運(yùn)動方程為：島一鋤。一鋼球沿驅(qū)

36、動盤錐角面做平移，其運(yùn)動方程為：（）最。（一。）一。童西南（）其中，：鋼球沿驅(qū)動盤錐角面的位移。另外：（）總結(jié)如下，調(diào)速器動力學(xué)模型為：（），（）一夠）¨（）一（盧一。）一雪口南卜一（）下圖所示為中建立的調(diào)速器動態(tài)模型。圖調(diào)速器動態(tài)模型圖柴油機(jī)中噴油泵、高壓油管和噴油器用于將高壓柴油注射進(jìn)入氣缸內(nèi)，通過浙江人學(xué)頸±學(xué)位論文液性挖掘并聯(lián)式混臺動力最繞模型研究改變供油拉桿的位置，使得每循環(huán)供油量發(fā)生改變，從而調(diào)整柴油發(fā)動機(jī)的功率和轉(zhuǎn)速，下圉所示為供油示意圖。卜卅；油拉桿一噴油泵一高壓油管噴油器高壓柴油圍供油示棗圖柴油機(jī)供油系統(tǒng)非常復(fù)雜，要建立準(zhǔn)確的噴油模型也是很田難的。由于供油

37、系統(tǒng)在整個柴油機(jī)動力學(xué)模型中影響不大，故在這里用一個線性表達(dá)式來描述每循環(huán)供油量與油門拉桿位移之間的關(guān)系：（）其中，一：噴油泵供油系數(shù)在得到了單缸每循環(huán)供油量的計(jì)算公式之后，可以推導(dǎo)出混合動力系統(tǒng)四缸柴油機(jī)動態(tài)燃油消耗計(jì)算公式：五。【其中，一：柴油發(fā)動機(jī)的第個工作周期。下圖，所示為中建立的燃油消耗計(jì)算模型。浙江大學(xué)頸士學(xué)位論空液壓挖掘機(jī)井聯(lián)式混臺動系統(tǒng)模型研究固燃油消耗計(jì)算模型挖掘機(jī)混合動力系統(tǒng)柴油機(jī)氣缸燃燒動力學(xué)建模四沖程柴油發(fā)動機(jī)的一個工作周期包括四個階段，依次包括進(jìn)氣階段、壓縮階段、燃油燃燒階段和排氣階段。四沖程柴油發(fā)動機(jī)工作示意圖如下所示：進(jìn)氣階駐縮階段空氣燃燒階段燃排氣階段廢氣髫營髫

38、學(xué)圖四沖程柴油發(fā)動機(jī)工作示意田進(jìn)氣階段中，活塞最開始處于上止點(diǎn)位置，隨著曲軸的轉(zhuǎn)動，活塞由上止點(diǎn)開始往下移動，同時，與曲軸相連的驅(qū)動機(jī)構(gòu)使得進(jìn)氣閥門打開。由于氣缸內(nèi)容積增大，氣缸內(nèi)氣體壓力不斷降低，外面空氣壓力大干缸內(nèi)氣體壓力，不斷充入氣缸。壓縮階段中，活塞開始由下止點(diǎn)向上移動，同時由于該階段中，進(jìn)氣閥門和排氣閥門都處于緊閉狀態(tài)，使得缸內(nèi)新鮮空氣受到壓縮，在缸內(nèi)氣體體積不斷減小的同時，氣體壓力和溫度不斷上升。燃油燃燒階段中，上一階段末段噴入的柴油遇到缸內(nèi)高溫的氣體開始燃燒，燃燒放出的大量熱量加熱缸內(nèi)氣體，使得缸內(nèi)氣體壓力和溫度急劇升高，高溫高壓氣體推動活塞向下移動，推動曲軸轉(zhuǎn)動。排氣階段中，活

39、塞由下止點(diǎn)向上移動，同時與曲軸相連的驅(qū)動機(jī)構(gòu)使得排氣閥門打開，缸內(nèi)燃燒后的廢氣被活塞推動排出。柴油機(jī)工作過程中，通過上面的描述可以得知其缸內(nèi)的變化過程是很復(fù)雜的，要用數(shù)學(xué)模型詳細(xì)描述氣缸內(nèi)的燃燒過程是一項(xiàng)很困難的任務(wù)。因此，在建立柴油機(jī)氣缸燃燒動力學(xué)模型時，我們需要對該過程進(jìn)行一定的簡化。簡化后的燃燒動力學(xué)模型用仿真較容易，適合混合動力系統(tǒng)柴油發(fā)動機(jī)及系統(tǒng)控制策略的制定，并且與實(shí)際工作過程的誤差在可接受的范圍之內(nèi)。以下為對氣缸工作過程的基本假設(shè)和簡化：工作過程中柴油機(jī)氣缸內(nèi)氣體都處于熱平衡狀態(tài)，即氣缸內(nèi)氣體的成分、壓力和溫度是均勻的。進(jìn)氣過程中，進(jìn)入柴油機(jī)氣缸中的新鮮空氣與缸內(nèi)氣體實(shí)現(xiàn)瞬時完全

40、混合；排氣過程中，柴油機(jī)氣缸內(nèi)氣體始終是均勻分布的，不受排出氣體的影響。柴油機(jī)氣缸內(nèi)氣體在工作過程中都視為理想氣體，缸內(nèi)氣體由空氣和純?nèi)紵a(chǎn)物組成。進(jìn)氣階段通過氣閥閥門的氣體流入，排氣階段通過氣閥閥門的氣體流出等過程視為準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)流動。缸內(nèi)氣體成分定義柴油機(jī)氣缸內(nèi)氣體如上述假設(shè)中提到的，視為由空氣和純?nèi)紵a(chǎn)物組成的混合氣體。具體組成如下示意圖所示。進(jìn)氣氣體質(zhì)量噴射進(jìn)入燃燒的燃油質(zhì)量排氣氣體質(zhì)量，上穢，磋氣缸內(nèi)氣體空氣質(zhì)建口？。糍：能諺，越？謗值？婦，毹？。嬲槐彘加：如？÷。，缸？毪？?？疲?，÷勘施張，：慵囊一，。新鮮空氣質(zhì)量罄疊氣缸內(nèi)殘留空氣質(zhì)量一鐫鑼，髫。鼉并慚哪！鴛哪”。一

41、慟：“節(jié)。礦：¨髑“覃緝，喈“鼉”節(jié)？群。蟹鬻：”鬻”。雩？。燃燒的燃油質(zhì)繁耽掃懈新噴入燃燒的燃油質(zhì)量，；一纛燃油燃燒產(chǎn)物氣缸內(nèi)殘留的質(zhì)量，？繯仃勃毒§，撅，；一覯跨：鐸？；，移臀囂謦擎謗慧粵簪矗彤弘？灝？簪強(qiáng)飄黟褫警糍髀：？霹甜÷，吃矽，圖氣缸內(nèi)氣體組成示意圖為了描述混合氣體的組成成分，在這里對其進(jìn)行了定義，如下所示：訌絲篆去。，（）其中，：為氣缸內(nèi)實(shí)際空氣質(zhì)量；：為氣缸內(nèi)的燃油質(zhì)量；“：為理論空氣質(zhì)量；廠，執(zhí)：為理論燃油質(zhì)量。為理論空燃比，即燃油理論上完全燃燒所消耗的空氣質(zhì)量，其定義為：薩鬻（）從而，拓在物理意義上可描述為，燃油燃燒實(shí)際供給的空氣與燃油完全燃燒

42、所需的理論空氣質(zhì)量的比值。從上面的描述可知，如果在理想情況下，燃油完全燃燒，而空氣也未多余，則比例系數(shù)誼。有了上面對混合氣體成分的定義后，下面對柴油機(jī)工作周期內(nèi)各階段該比例浙江人學(xué)碩士學(xué)位論文液壓挖掘機(jī)并聯(lián)式混合動力系統(tǒng)模型研究系數(shù)的變化進(jìn)行計(jì)算：（）排氣階段，氣缸內(nèi)氣體始終是均勻分布，則，。（），口五：鬲，（）工其中，為氣缸內(nèi)殘留混合氣體的質(zhì)量。（）進(jìn)氣階段，進(jìn)入氣缸中的新鮮空氣與缸內(nèi)氣體實(shí)現(xiàn)瞬時完全混合，則拓磊老嗇薏（）隨著新鮮空氣的不斷進(jìn)入，比例系數(shù)斷不斷增大。等赤。甓，竽）（）上式描述了進(jìn)氣階段比例系數(shù)隨曲柄轉(zhuǎn)角的變化量。（）壓縮和燃燒階段，進(jìn)氣閥門關(guān)閉，則瓦磊瓦磊忑再而，磊（）瓦磊瓦

43、忑再磊贏習(xí)瓦）隨著燃油的不斷噴入和燃燒，比例系數(shù)不斷減小。壓縮和燃燒階段比例系數(shù)隨曲柄轉(zhuǎn)角的變化量如下式所示：一！翌叢，。一而磊磊磊磊警（），掃，掃口口岱缸內(nèi)氣體能量守恒方程由基本的能量方程：（，）可推導(dǎo)出：缸內(nèi)氣體能量守恒方程：瓦一薏一惡一等岫鬻訾式中，：柴油機(jī)氣缸內(nèi)氣體內(nèi)能；：氣缸內(nèi)氣體對活塞所做的功；：缸內(nèi)氣體向氣缸周壁的熱傳導(dǎo)；：排氣氣體的焓；：進(jìn)氣氣體的焓；（）（）浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文液壓挖掘機(jī)并聯(lián)式混合動力系統(tǒng)模型研究：燃油燃燒所釋放出的熱量。下圖所示為氣缸能量守恒示意圖。圈氣缸能重寸但不總圖缸內(nèi)氣體能量守恒的物理意義為，氣缸內(nèi)氣體的內(nèi)能變化卷，由缸內(nèi)氣體與氣缸周壁傳遞的熱量老，缸

44、內(nèi)氣體推動活塞所做的機(jī)械功粵：，排氣氣體從氣缸帶走的熱量。瓦，進(jìn)氣氣體帶入氣缸內(nèi)的熱量器，和噴入的燃油燃燒所釋放出來的熱量筆警組成。（）純進(jìn)氣階段，排氣閥門關(guān)閉，只打開進(jìn)氣閥，即曲柄轉(zhuǎn)角為一。，有：無廢氣排出，故口“專警；無燃油噴入燃燒，故署。老一卷一老岫鬻（棚）（）純氣體壓縮階段，進(jìn)氣閥門和排氣閥門均關(guān)閉，曲柄轉(zhuǎn)角為。一。，有：無氣體進(jìn)入，故鬻；無廢氣排出，故。等。旦一業(yè)一墮（）、（）燃燒做功階段，進(jìn)氣閥門和排氣閥門均關(guān)閉，燃油噴入燃燒，曲柄轉(zhuǎn)角為，右：浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文液壓挖掘機(jī)并聯(lián)式混合動力系統(tǒng)模型研究無新鮮空氣吸入，故，罌；無廢氣排出，故。瓦。旦一業(yè)一垃一（）。、。（）純排氣階段，進(jìn)氣閥門關(guān)閉，只打開排氣閥門，即曲