Дьяченко В.Г. Теория двигателей внутреннего сгорания

Подождите немного. Документ загружается.

198

Трудоемкость составления программы расчета газообмена в

надпоршневой полости во многом определяется тщательностью

разработки алгоритма расчета процессов, разбивка его на отдель-

ные характерные блоки вычисления. Например, алгоритм расчета

процесса выпуска включает 7 относительно самостоятельных

блоков (рис. 6.7). Первый блок алгоритма расчета процесса вы-

пуска содержит исходные данные (параметры конструкции и ра-

бочих процессов, постоянные коэффициенты), которые не изме-

няются в течение расчетного цикла. Во второй блок включены

вычисления величин, которые также не изменяются в течение

расчетного цикла. В последующие четыре блока (III –VI) вклю-

чены вычисления величин, входящих в зависимости (6.2 – 6.8),

которые изменяются на каждом расчетном участке. Завершается

расчетный цикл для каждого расчетного участка блоком VII, в

котором определяется значение угла поворота кривошипа, соот-

ветствующее началу следующего расчетного шага, давление и

температура газов в надпоршневой полости, масса газов в над-

поршневой полости и масса газов, вышедших из надпоршневой

полости в выпускной канал, потери теплоты от газов в стенки

надпоршневой полости к концу расчетного участка (началу сле-

дующего расчетного участка). Затем расчетный цикл повторяется

для следующего расчетного участка, начиная с блока III.

Завершается расчет процесса выпуска при значении угла

поворота кривошипа, соответствующему моменту начала от-

крытия впускного клапана (F(I+1)  FS1 – рис. 6.7; 

i+1

 

–

рис. 6.8, а).

В программе расчета процессов газообмена в надпоршневой

полости на участке выпуска следует предусмотреть вывод на

печать исходных данных (блок I), постоянных величин (блок II)

и величин входящих в блок VII (для каждого расчетного шага) с

тем, чтобы в конце расчета процессов газообмена вычислить по-

казатели газообмена.

199

Ввод исходных данных:

D; FП; FГ S; L; E; PE; NO; TE; PT; KT; RT; T

П; ТГ; ТС;

FB1; FS1; FBM; FBП; FBB; FBD; DFПВ; DF; FB2; FS

FSM; FSП; FSB; FSD; DFПS; PS; TS; RS; KS

Вычисление постоянных величин:

;SD



 VC = VH/(E-1); FП = FГ =



; CM = SN0/30;

KT1 = 1/KT; KT2 = (KT-1)/KT;

 

 

1кт

кт

1KT2BK



 ;

кт

ВК



; RT

1КТ

КТ

22А



 ; RT

1КТ

КТ

23А



 ;

KS1 = 1/KS; KS2 = (KS–1)/KS; RS

1КS

КS

2АS



 ;

КТS = 0,5(KT+KS); RТS = 0,5(RT+RS); КТS1 = 1/КТS; KTS2 = (KTS–1)/KTS;

RTS

1КТS

КТS

2А4



 ;

DT1 = DF/(6N0); FBПК = FB1 + FBП + DFПВ; FВВК = FBПК+ FBB  2DFП;

N=(FS2–FB1)/DF+1; FSПК=FS1+FSП+DFПS; FSВК=FSПК+FSB2DFПS; V1=VE

V(I+1) = VC + 0,5VH{1– cos(FI+DF) + S/ (8L)[1– cos2(FI+DF)]};

DVI = V(I+1)

–

FBI = FBM





























 180

DFПBFBD

FBВКFI

cos10,5FBMFBI





























 180

DFПBFBП

FB1FI

cos10,5FBMFBI

III

 FBПК



FBПК



FBBК

 FBBК

Рисунок 6.7 – Блок-схема алгоритма расчета процесса выпуска

200

PT/PI

DMCBI = PI/(RTTI)

A1FBIA2

DT1

DMCBI = PI/(RT



TI)



(PT/PI)

КТ1

FBIA3



 





KT2

PIPT1TI  DT1

FCI = D0,5S{1– cos(FI) +1/(8L)[1– cos2(FI)]};

LTI = 128D

–0,2

(6,18CM)

0,8

(10

–5

PI)

0,8

(TI)

–0,53

;

DQTI = LTI[FП(TI–TП)+FГ(TI–TГ)+FCI(TI–TC)]DT1

DPI = –KT



PI/VI



[(RT



TI/PI



DCMBI)+KT2



DQTI/PI+DVI];

F(I+1) = FI + DF;

P(I+1) = PI + DPI;

M(I+1) = MI – DMCBI;

MCB(I+1) = MCBI + DMCBI;

T(I+1) = P(I+1)V(I+1)/[M(I+1)RTI];

QT(I+1) =QTI + DQTI

F(I+1)

LB(I+1) = LBI+(PI+0,5DPI)DVI

LB(I+1) = const = LB



ВК



ВК

VII



540





540



 FS1

> FS1

Рисунок 6.7 – Продолжение

201

§5. Расчет процессов в надпоршневой полости

на участке перекрытия клапанов

Математическая модель процессов в надпоршневой полости

четырёхтактного двигателя на участке перекрытия клапанов

сложнее модели процессов выпуска. При перекрытии клапанов

свыше 60 °ПКВ и значительных перепадах давлений газов в вы-

пускном коллекторе и свежего заряда во впускном коллекторе

имеет место интенсивная продувка свежим зарядом надпоршне-

вой полости. В случае относительно небольших перекрытий кла-

панов (< 60 °ПКВ), небольших перепадов давлений (p

 1,2)

возможно, как и на участке выпуска, исходить из предположения

равновесного состояния рабочего тела в течение расчетного про-

межутка времени, установившегося режима течения газов через

клапаны. Конечное выражение дифференциального уравнения

(4.28) для расчёта изменения давления в надпоршневой полости

на расчётном участке зависит от соотношения давления газов в

надпоршневой полости, в выпускном и впускном каналах.

В быстроходных четырёхтактных двигателях без наддува в

момент начала открытия впускных клапанов (

 

; FI > FS1)

давление газов в надпоршневой полости обычно больше, чем

давление отработавших газов в выпускном канале и свежего за-

ряда во впускном канале (р

< p

> p

), т.е. из надпоршневой по-

лости продукты сгорания будут выходить в выпускной канал и

начнут поступать во впускной канал, оттесняя от впускного кла-

пана свежий заряд (рис. 6.8, а; рис. 6.9 а). При этом изменение

давления газов в надпоршневой полости за расчетный промежу-

ток времени

 

















iis

ММ

pк

цвтц

тт

, (6.37)

где

 

sisi

iis

тц

ср

тц

















 – масса продуктов сго-

рания, поступивших из надпоршневой полости во впускной канал

в течение расчетного промежутка времени;





ср

sisi



– среднее

значение эффективной площади проходного сечения впускного

202

Рисунок 6.8 – Изменение давления газов в надпоршневой

полости двигателя без наддува (а) и с наддувом (б)

на участке перекрытия клапанов



Рисунок 6.9 – Возможные схемы направлений потоков через

клапаны на участке перекрытия клапанов

а Участок d–o (рис. 6.8, а)

< p

> p

)

в Участок m–e



(рис. 6.8, а)

> p

< p

)

б Участок o–m (рис. 6.8, а)

< p

)

г Участок d–e



(рис. 6.8, б)

> p

)

,Т

203

клапана на расчетном участке; W

цsтi

– скорость газа в расчетном

сечении впускного клапана:































тц

На каждом расчетном шаге вычисляют:

 количество газов

цв



, вышедшее из цилиндра в выпуск-

ной канал в течение расчетного промежутка времени и с мо-

мента открытия выпускного клапана к началу следующего

расчетного шага

)1цв( i

;

 количество газов

тц



, вышедших из цилиндра во впускной

канал в течение расчетного промежутка времени и с момента

открытия впускного клапана к началу следующего расчетно-

го шага

)1т(ц is

;

 потери теплоты от газов в стенки



в течение расчетного

промежутка времени и с момента открытия выпускного кла-

пана к началу следующего расчетного шага

)1т( i

;

 среднее значение температуры продуктов сгорания

)1т(ц is

во впускном канале к началу следующего расчетного шага,

предполагая, что не происходит их смешивание со свежим

зарядом во впускном канале;

 параметры продуктов сгорания в надпоршневой полости к

началу следующего расчетного шага (

)1( i

Последовательность выполнения вычислений для соотно-

шения давлений р

< p

> p

представлена на блок–схеме алгорит-

ма расчета на ЭВМ (рис. 6.10, а). Цикл вычислений по данному

алгоритму продолжается до тех пор, пока сохраняется данное со-

отношение давлений, т.е. после вычислений величин блока XII и

их распечатки возвращаемся по команде p

i+1

> р

к блоку VIII.

Если в конце очередного расчетного шага при контроле соотно-

шения давлений газов (р

, p

i+1

, p

) соотношение давлений изме-

нится, например p

i+1

будет по-прежнему больше р

, но меньше p

(р

< p

i+1

< p

, рис. 6.8, б, рис. 6.9, г), необходимо перейти к блок-

204

схеме алгоритма расчета, характерного для двигателей с газотур-

бинным наддувом (рис. 6.10, д). В этом случае при открытии впу-

скного клапана из впускного канала в надпоршневую полость

начнет поступать свежий заряд, оттесняя продукты сгорания в

надпоршневой полости к выпускному клапану, т.е. начнется про-

дувка надпоршневой полости свежим зарядом, особенности рас-

чета которой рассмотрим позже (рис. 6.10, д).

В двигателях без наддува при изменении соотношения дав-

лений (p

i+1

, p

) таким образом, что давление р

в выпускном

канале будет больше, чем давление p

i+1

в надпоршневой полости,

а p

i+1

> p

, в надпоршневую полость начнут поступать продукты

сгорания (участок индикаторной диаграммы o-m – рис. 6.8, a,

рис. 6.9, б). Через впускной клапан при этом будут продолжать

выходить во впускной канал продукты сгорания. Изменение дав-

ления продуктов сгорания в надпоршневой полости за расчетный

промежуток времени при р

 p

i+1

 p

(рис. 6.9, б)

 

















iis

ММ

pк

вцтц

тт

, (6.38)

где

 

вц

ср

вв

вц

















 – масса отработавших га-

зов, поступивших в надпоршневую полость из выпускного канала

в течение расчетного промежутка времени;

тт

 – плот-

ность отработавших газов в выпускном канале;































вц

– скорость газа в расчетном се-

чении выпускного клапана.

На каждом расчетном шаге определяют количество газов

вц



, поступивших в надпоршневую полость из выпускного ка-

нала в течение расчетного промежутка времени и с момента на-

чала их возврата в надпоршневую полость к началу следующего

205

Рисунок 6.10 – Блок-схема алгоритма расчета процессов газооб

мена

в надпоршневой полости четырехтактного двигателя

(участок d-o – рис.6.8, а и 6.9, а)

FBI = 0,5



FBM



[1+cos((FI–FBBK)/(FBD+DFПB)



180)];

FSI = 0,5FSM[1–cos((FI–FS1)/(FSП+DFПS)180)];

DMCBI =

     





DT1PIPT1TIA3FBIPIPTTIRTPI

KT2KT1

 ;

DMCSTI =

     





DT1PIPS1TIA3FSIPIPSTIRTPI

KT2KT1

 ;

FCI =





0,5



{1– cos(FI)+S/(8



[1– cos2(FI)]};

LTI = 128D

–0,2

(6,18CM)

0,8

(10

–5

PI)

0,8

(TI)

–0,53

;

DQTI = LTI[FП(TI–TП)+FГ(TI–TГ)+FСI(TI–TC)]DT1

V(I+1) = VC+0,5



{1– cos(FI+DF)+S/(8



[1– cos2(FI+DF)]};

DVI = V(I+1) –VI

DPI =

 

















 DVIPIDQTIKT2DMCSTIDMCBI

TIRT

PIKT

;

F(I+1) = FI + DF; Р(I+1) = РI+ DPI; M(I+1) = MI – DMCBI – DMCSTI;

T(I+1) = P(I+1)V(I+1)/[M(I+1)RT];

MCB(I+1) = MCBI + DMCBI; MCST(I+1) = MCSTI + DMCSTI;

TCST(I+1)=

 



















TIDMCSTI)1I(T)1I(DMCST)1I(MCST1

;

QT(I+1) = QTI + DQTI

> PT



> PS



> PT

VIII

XII

206

DMBCI =

     





DT1PTPI1TTA3FBIPTPITTRTPT

KT2KT1

 ;

DMCSTI =

     





1DTPIPS1TIA3FSIPIPSTIRTPI

KT2KT1

 ;

FCI =





0,5



{1– cos(FI)+S/(8



[1– cos2(FI)]};

LTI = 128D

–0,2

(6,18CM)

0,8

(10

–5

PI)

0,8

(TI)

–0,53

;

DQTI = LTI[FП(TI–TП)+FГ(TI–TГ)+FСI(TI–TC)]DT1

V(I+1) = VC+0,5



{1– cos(FI+DF)+S/(8



[1– cos2(FI+DF)]};

DVI = V(I+1) –VI

DPI =

 

















DVIPIDQTIKT2DMSCTIDMBCI

TIRT

PIKT

;

F(I+1) = FI + DF; P(I+1) = PI + DPI;

M(I+1) = MI + DMBCI – DMCSTI; T(I+1) = P(I+1)V(I+1)/[M(I+1)RT];

MCB(I+1) = MCBI – DMBCI; MCST(I+1) = MCSTI + DMCSТI;

TCST(I+1)=

 



















TIDMCSTI)1I(T)1I(DMCST)1I(MCST1

;

QT(I+1) = QTI + DQTI

> PS



XIII

XIV

XVI

XVII

Рисунок 6.10 – Продолжение (участок o-m – рис.6.8, а и 6.9, б)

FBI = 0,5



FBM



[1+cos((FI–FBBK)/(FBD+DFПB)



180)];

FSI = 0,5FSM[1–cos((FI–FS1)/(FSП+DFПS)180)];

207

DMBCI =

     





DT1PTPI1TTA3FBIPTPITTRTPT

KT2KT1

 ;

TCST(I-1) = TCST;

DMSCTI=

     





DT1PSPI1TCSTA4FSIPSPITCSTRTPS

KT2KT1

 ;

FCI =





0,5



{1– cos(FI)+S/(8



[1– cos2(FI)]};

LTI = 128D

–0,2

(6,18CM)

0,8

(10

–5

PI)

0,8

(TI)

–0,53

;

DQTI = LTI[FП(TI–TП)+FГ(TI–TГ)+FСI(TI–TC)]DT1

V(I+1) = VC+0,5



{1– cos(FI+DF)+S/(8



[1– cos2(FI+DF)]};

DVI = V(I+1) –VI

DPI =

 

















DVIPIDQTI2KTDMSCTIDMBCI

TIRT

PIKT

;

F(I+1) = FI + DF; P(I+1) = PI + DPI;

M(I+1) = MI + DMBCI + DMSCTI;

T(I+1) = P(I+1)V(I+1)/[M(I+1)RT];

TCST(I+1) = TCST; MCB(I+1) = MCBI – DMBCI;

MCST(I+1) = MCST(I) – DMSCTI; QT(I+1) = QTI + DQTI

MCST(I+1)

< FB2



> 0

XVIII

XIX

XXI

XXII

Рисунок 6.10 – Продолжение (участок m-е – рис.6.8, а и 6.9, в)

FBI = 0,5



FBM



[1+ cos((FI–FBBK)/(FBD+DFПB)



180)];

FSI = 0,5FSM[1– cos((FI–FS1)/(FSП+DFПS)180)];



FB2