Дьяченко В.Г. Теория двигателей внутреннего сгорания

Подождите немного. Документ загружается.

208

DMBCI =

     





DT1PTPI1TTA3FBIPTPITTRTPT

KT2KT1

 ;

DMSCI =

     





DT1PSPI1TSASFSIPSPITSRSPS

KS2KS1

 ;

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 =

 

















DVIPIDQTIKTS2DMSCIDMBCI

TIRTS

PIKTS

;

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

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

T(I+1) = P(I+1)V(I+1)/[M(I+1)RTS];

MCB(I+1) = MCB(I) – DMBCI;

MSC(I+1) = MSCI + DMSCI;

< FB2

XXIII

XXIV

XXV

XXVI

XXVII

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

< FB2



FB2

209

расчетного шага

)1вц( i

. Значения остальных величин и пара-

метров продуктов сгорания в надпоршневой полости к началу

следующего расчетного шага вычисляются также как при соот-

ношении давлений р

 p

i+1

 p

. Последовательность выполне-

ния вычислений для соотношения давлений р

 p

i+1

 p

пред-

ставлена на блок-схеме алгоритма расчета (рис. 6.10, б) и в мето-

дических указаниях к расчету рабочих процессов 4.

Цикл вычислений при этом соотношении давлений продол-

жается до момента, когда в конце очередного расчетного проме-

жутка времени давление газов в надпоршневой полости p

i+1

бу-

дет равным или меньшим давления p

во впускном канале, т.е.

 p

i+1

 p

(точка m на рис 6.8, а). При этом соотношении дав-

лений, если выпускной клапан будет открыт, из выпускного ка-

нала в надпоршневую полость будут продолжать поступать отра-

ботавшие газы, а из впускного канала начнут возвращаться в

надпоршневую полость продукты сгорания, заброшенные ранее

во впускной канал (рис. 6.9, в). Изменение давления продуктов

сгорания в надпоршневой полости при р

 p

i+1

 p

(рис. 6.10, в)

 

















iis

ММ

pк

вццт

тт

, (6.39)

где

 

iss

цт

ср

вв

цт

















 – масса продуктов сго-

рания, поступивших в надпоршневую полость из впускного кана-

ла в течение расчетного промежутка времени;

тцт

ТR



–

плотность продуктов сгорания, заброшенных во впускной канал;































цт

тцт

– скорость газов в расчет-

ном сечении впускного клапана.

При этом соотношении давлений газов (р

 p

i+1

 p

) на рас-

четном шаге определяют количество продуктов сгорания

цт



возвратившихся из впускного канала в надпоршневую полость в

210

течение расчетного промежутка времени и оставшихся во впуск-

ном канале к началу следующего расчетного шага

)1т(ц is

. С

этого момента предполагается, что температура продуктов сгора-

ния во впускном канале не изменяется (Т

цsтi

= Т

цsт

= const), а соот-

ветственно и их плотность постоянна (

тцт

цт



). Значения

остальных величин к началу следующего расчетного шага вы-

числяются также как и при соотношении давлений (р

 p

i+1

 p

)

(рис. 6.10, б). Последовательность выполнения вычислений для

соотношения давлений (р

 p

i+1

 p

) представлена на блок-схеме

алгоритма расчета (рис. 6.10, в). В конце каждого расчетного

промежутка времени, при заданном соотношении давлений, про-

веряется соотношение между количеством продуктов сгорания,

заброшенных во впускной канал и количеством продуктов сгора-

ния, возвратившихся из впускного канала в надпоршневую по-

лость, т.е. проверяется наличие продуктов сгорания во впускном

канале (0  М

цsт(i+1)

 0).

Цикл вычислений при данном соотношении давлений про-

должается до момента, когда все продукты сгорания, заброшен-

ные во впускной канал, возвратятся в надпоршневую полость

(М

цsт(i+1)

 0). С этого момента в надпоршневую полость из впуск-

ного канала начнет поступать свежий заряд. Учитывая, что в

четырёхтактных двигателях без наддува перекрытие клапанов

(

+ 

)  60 ПКВ и отношение давления газов во впускном ка-

нале к давлению газов в выпускном канале р

/р

< 1,2, по преж-

нему будем исходить из предположения, что к началу следующе-

го расчетного шага смесь газов в надпоршневой полости будет

находиться в равновесном состоянии (поступивший заряд к

началу следующего расчетного шага полностью перемешивает-

ся с газами в цилиндре), показатель адиабаты для смеси газов

к = к

тs

= 0,5(к

+ к

), газовая постоянная R = R

тs

= 0,5(R

+ R

Тогда изменение давления смеси газов в надпоршневой полости в

течение расчетного промежутка времени































pк

вцц

тт

, (6.40)

211

где

   

WfррМ

issisi

sisis

ср



 – масса свежего за-

ряда, поступившего в надпоршневую полость из впускного

канала в течение расчетного промежутка времени;

 – плотность свежего заряда во впускном канале;































W – скорость газа в расчетном се-

чении впускного клапана.

На расчетном шаге определяют количество свежего заряда



, поступившего из впускного канала в надпоршневую по-

лость в течение расчетного промежутка времени и с момента на-

чала их поступления в надпоршневую полость

)1(ц is

. Значения

остальных величин блока XXVII (рис. 6.10, г) к началу следую-

щего расчетного шага вычисляются также как и в блоке XXII

(рис. 6.10, в). Последовательность выполнения вычислений при

соотношении давлений р

 p

i+1

 p

после начала поступления в

надпоршневую полость свежего заряда представлена на блок-

схеме алгоритма расчета газообмена при данном соотношении

давлений (рис. 6.10, г). Цикл вычислений при данном соотноше-

нии давлений (р

 p

i+1

 p

) продолжается до момента закрытия

выпускных клапанов (т. е' на рис. 6.8, а, 

= 

В двигателях с газотурбинным наддувом или механическим

наддувом (рис. 6.8, б, рис. 6.9, г) при значительных перепадах

давления газов в выпускном и впускном каналах (р

/р

 1,1) и

перекрытиях клапанов более 60 °ПКВ продукты сгорания из над-

поршневой полости могут быть полностью удалены. При этом

возможна потеря свежего заряда при продувке. Но и в этом слу-

чае, учитывая относительно небольшие значения объёма над-

поршневой полости и массы газов в ней, рационально, с точки

зрения объёма вычислений при приемлемой величине погреш-

ности вычислений р

i+1

, Т

i+1

, исходить из предположения, что к

концу расчетного промежутка времени смесь газов в надпоршне-

вой полости будет находиться в равновесном состоянии, показа-

212

тель адиабаты для смеси газов к = к

тs

, R = R

тs

. При соотношении

давлений p

 p

i+1

 р

(рис. 6.8, б, 6.9, г) изменение давления сме-

си газов в течение расчетного промежутка времени































pк

цвц

тт

, (6.41)

В конце каждого расчетного шага вычисляются значения

угла поворота кривошипа соответствующего началу следующего

расчетного шага 

(i+1)

, параметры смеси газов в цилиндре р

(i+1)

и М

(i+1)

, масса газа М

цв(i+1)

, вышедшего из надпоршневой по-

лости через выпускной клапан, масса свежего заряда М

sц(i+1)

, по-

ступившего в надпоршневую полость, потери теплоты от газов в

стенки надпоршневой полости Q

т(i+1)

или от стенок к газу. С по-

нижением температуры смеси газов в надпоршневой полости

(i+1)

до значений меньших, чем температура днища поршня, тем-

пература головки цилиндра Т

и температура стенок цилиндра

направление потоков теплоты изменяется на противополож-

ное: теплота будет сообщаться смеси газов в надпоршневой по-

лости. В конце каждого расчетного шага проверяется наличие ос-

таточных газов в надпоршневой полости (0 < MG(I+1)  0). Если

MG(I+1)  0, цикл вычислений повторяется на следующем рас-

четном шаге (рис. 6.11, а). При значении MG(I+1)  0 через вы-

пускной клапан будет выходить из надпоршневой полости све-

жий заряд.

Изменение давления свежего заряда в надпоршневой полос-

ти после полного удаления из нее продуктов сгорания (MG(I+1) =

= 0, p

 p

 р

) в течение расчетного промежутка времени (рис.

6.8, б, рис. 6.9, г, рис. 6.11, б)

 

















siis

ММ

pк

цвц

, (6.42)

где

 

цв

ср

вв

цв

















 – масса свежего заряда,

вышедшего из надпоршневой полости через выпускной клапан

в выпускной канал в течение расчетного промежутка времени;

213

DMCBI =

     





DT1PIPT1TIA3FBIPIPTTIRTPI

KT2KT1

 ;

DMSCI =

     





DT1PSPI1TSASFSIPSPITSRSPS

KS2KS1

 ;

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 =































DVIPIDQTIKTS2DMCBI

DMSCI

TIRTS

PIKTS

;

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

MCB(I+1) = MCBI + DMCBI; MG(I+1) = ME – MCB(I+1);

MSC(I+1) = MSCI + DMSCI;

M(I+1) = MI + DMSCI – DMCBI;

T(I+1) = P(I+1)V(I+1)/[RTSM(I+1)];

QT(I+1) = QTI + DQTI

MG(I+1)

< FB2



> 0

VIII

XII

Рисунок 6.11 – Блок-схема алгоритма расчета процессов газообмена в

надпоршневой полости четырёхтактного двигателя с

газотурбинным наддувом (уч

сток



–

рис. 6.8,

и 6.9,

)

FBI = 0,5



FBM



[1+cos((FI–FBBK)/(FBD+DFПB)



180)];

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



FB2

214

DMCBSI =

     





DT1PIPT1TIASFBIPIPTTIRPI

KS2KS1

 ;

MCB(I–1) = ME;

DMSCI =

     





DT1PSPI1TSASFSIPSPITSRSPS

KS2KS1

 ;

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 =































DVIPIDQTI2KSDMCBSI

DMSCI

TIRT

PIKS

;

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

MCB(I–1) = ME; MSC(I+1) = MSCI + DMSCI;

MCBS(I+1) = MCBSI + DMCBSI;

M(I+1) = MI + DMSCI – DMCBSI;

T(I+1) = P(I+1)V(I+1)/[RSM(I+1)];

QT(I+1) = QTI + DQTI

< FB2

XIII

XIV

XVI

XVII

Рисунок 6.11 – Продолжение (участок d-е – рис. 6.8, б и 6.9, г)

FBI = 0,5



FBM



[1+cos((FI–FBBK)/(FBD+DFПB)



180)];

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



FB2

< FB2

215

 – плотность свежего заряда в надпоршневой полости;































цв

2 – скорость газа в расчетном

сечении выпускного клапана.

В конце каждого расчетного шага вычисляют все те же ве-

личины, что и в предыдущем случае (рис. 6.11, а, блок XVII), за

исключением массы продуктов сгорания в надпоршневой полос-

ти (MG(I+1) = 0) и массы продуктов сгорания, вышедших из над-

поршневой полости через выпускной клапан

)1(цв i

, так как че-

рез выпускной клапан из надпоршневой полости уходит свежий

заряд

)1(цв is

. К началу данного цикла вычисляют последнее

значение

)1(цв i

, соответствующее массе продуктов сгорания,

вышедших из надпоршневой полости через выпускной клапан,

начиная от момента открытия выпускного клапана, и в дальней-

шем принимается неизменным (

const

)1(цв





 еi

ММ

). При этом

на расчетном шаге вычисляют массу свежего заряда

цв



, ухо-

дящего из надпоршневой полости через выпускной клапан в те-

чение расчетного промежутка времени, и с момента начала выхо-

да свежего заряда из цилиндра к началу следующего расчетного

шага

)1(цв is

Последовательность выполнения вычислений величин в

данном расчетном цикле представлена на рис. 6.11, б. Цикл вы-

числений продолжается до момента закрытия выпускного клапа-

на (

 

, точка е на рис. 6.8, б).

§6. Расчет процесса впуска

Математическая модель процессов в надпоршневой по-

лости на участке впуска свежего заряда (от точки е' до точки V,

рис. 6.12) включает в себя систему дифференциальных уравнений

нестационарных процессов массообмена и теплообмена; систему

дифференциальных уравнений неустановившихся процессов во

216

впускном канале, систему уравнений граничных условий (тече-

ние свежего заряда через клапаны и на входе во впускной канал).

В подавляющем большинстве случаев, когда не используются га-

зодинамические явления на впуске для улучшения наполнения

надпоршневой полости свежим зарядом, достаточно ограничить-

ся моделированием процессов только в надпоршневой полости,

приняв давление и температуру свежего заряда во впускном ка-

нале постоянными, течение газа через впускной канал – квазиста-

тическим.

Конечной целью расчета процесса впуска является опреде-

ление степени заполнения надпоршневой полости свежим заря-

дом и потери энергии на процесс впуска. По степени заполнения

надпоршневой полости свежим зарядом, характеризуемой коэф-

фициентом наполнения, оценивают выбор диаметров впускных

клапанов и впускных каналов, момент открытия впускных клапа-

нов и моменты закрытия выпускных и впускных клапанов (фазы

газораспределения 

, 

, ). Максимальному значению коэф-

фициента наполнения при конкретном значении диаметра впуск-

ного клапана и частоте вращения коленчатого вала соответству-

ют оптимальные значения фаз газораспределения.

В двигателе без наддува (рис.6.9, в; рис. 6.12, а) к моменту

закрытия выпускного клапана во впускном канале еще могут ос-

таваться продукты сгорания и после закрытия выпускного клапа-

Рисунок 6.12 – Изменение давления газов в надпоршневой

полости двигателя без наддува (а) и

с наддувом (б) на участке впуска

217

на в надпоршневую полость будут продолжать поступать из

впускного клапана продукты сгорания. Изменение давления про-

дуктов сгорания в надпоршневой полости за расчетный промежу-

ток времени при 

> 

и p

> p

















pк

цт

тт

. (6.43)

К началу следующего расчетного шага вычисляют все вели-

чины, входящие в блок XXVII (рис. 6.13, а), за исключением зна-

чения MCB(I+1) поскольку выпускной клапан закрыт. В конце

каждого расчетного шага проверяется соотношение между коли-

чеством продуктов сгорания, заброшенных во впускной канал, и

количеством продуктов сгорания, возвратившихся из впускного

канала в надпоршневую полость (0  M

sцт(i+1)

 0).

Цикл вычислений при M

sцт(i+1)

> 0 продолжается до момента,

когда все продукты сгорания, заброшенные во впускной канал,

возвратятся в надпоршневую полость (M

sцт(i+1)

 0). С этого мо-

мента в надпоршневую полость из впускного канала начинает

поступать свежий заряд.

Изменение давления смеси газов в надпоршневой полости за

расчетный промежуток времени при поступлении в неё свежего

заряда (воздуха – в случае дизеля или топливовоздушной смеси –

в случае двигателя с внешним смесеобразованием)

















pк

. (6.44)

После начала поступления в надпоршневую полость свеже-

го заряда, количество продуктов сгорания в ней будет в дальней-

шем (до закрытия впускного клапана) практически неизменным

(М



= М

(i-1)

 const). Состав же газовой смеси на участке впуска

(рис. 6.12, а) вследствие поступления свежего заряда будет изме-

няться, а соответственно будут изменяться показатель адиабаты и

газовая постоянная для смеси. Учитывая, что изменения показа-

теля адиабаты и газовой постоянной смеси относительно неве-

лики, без заметной погрешности вычислений параметров ра-

бочего тела на участке впуска можно принять к = к

и R = R