Влияние нестационарных явлений на статические и динамические характеристики двигателей внутреннего сгорания

• Автор: Григорьева, Наталья Викторовна
• Шифр специальности: 05.04.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Тула
• Количество страниц: 161 с. : ил.

ГЛАВА 1. ОБЗОР НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1 Л. Особенности функционирования подсистем двигателя

1Л Л. Элементы системы тоштивотюдачи

1Л .2. Механизм внешнего смесеобразования

1.2. Элементарные процессы при внешнем смесеобразовании

1.2.1. Впускной трубопровод

1.2.2. Испарение топлива с поверхности капли и топливной плёнки

1.2.3. Неравномерность распределения ТВС по цилиндрам ДВС

1.2.4. Неравномерность чередования рабочих процессов в ДВС

1.3. Существующие подходы описания смесеобразования

1.3.1. Особенности моделирования процессов внешнего смесеобразования

1.3.2. Модели смесеобразования
1.4. Выводы
ГЛАВА 2. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ НЕСТАЦИОНАРНЫХ ЯВЛЕНИЙ В ДВС
2.1. Общая динамическая модель МДВС внешнего смесеобразования
2.2. Разработка динамической модели внешнего смесеобразования
2.3. Термодинамическая модель рабочего тела во впускном трубопроводе бензинового двигателя
2.3.1. Рабочие уравнения учета подогрева заряда во
впускном трубопроводе
2.3.2. Расчет коэффициентов расхода в диффузоре и
дроссельной заслонке
2.4. Модификация модели локального нестационарного теплообмена
2.4.1. Уравнения теплообмена в камере сгорания ДВС
2.4.2. Уравнения нестационарного теплообмена в камере сгорания ДВС
2.4.3. Модифицированная формула конвективного теплообмена
2.5. Выводы
ГЛАВА 3. ЧИСЛЕННОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ НЕСТАЦИОНАРНЫХ ЯВЛЕНИЙ В ДВС
3.1. Проверка адекватности полученной динамической модели
3.1.1. Описание экспериментальной базы
3.1.2. Сравнение скоростных характеристик
3.2. Классификация неустановившихся явлений
3.3. Результаты исследования динамической модели МДВС
3.3.1. Исследование модели внешнего смесеобразования
3.3.2. Исследование модели РТ во впускном трубопроводе
3.3.3. Проверка адекватности предложенной формулы конвективного теплообмена
3.4. Выводы
ГЛАВА 4. СИСТЕМНЫЙ АНАЛИЗ ФАКТОРОВ, ВЛИЯЮЩИХ
НА СКОРОСТНЫЕ, НАГРУЗОЧНЫЕ И ДИНАМИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ДВС
4.1. Анализ основных параметров двигателя, формирующие вид внешней скоростной характеристики
4.2. Исследование влияния нагрузочного режима на коэффициент наполнения
4.3. Построение внешних скоростных характеристик двигателя
4.4. Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
ПРИЛОЖЕНИЯ

Условия эксплуатации транспортных автомобильных двигателей внутреннего сгорания (ДВС) представляют собой частые и резкие смены режимов работы, нерегулярность и хаотичность сочетаний нагрузочного и скоростного режимов, а так же непрерывное изменение крутящего момента и частоты вращения коленчатого вала (КВ). Таким образом, в реальных условиях эксплуатации автомобильный двигатель работает большую часть времени на не-установившихся режимах. Поэтому, необходимо принять во внимание важность исследования неустановившихся режимов работы как двигателя в целом, так и его отдельных систем и в частности системы питания.
Сложность экспериментального исследования и математического описания смесеобразования, газообмена, теплообмена известна, и многие вопросы изучены недостаточно полно. Неустановившиеся режимы затрудняют изучение указанных явлений, так как формирующие их процессы так же становятся переходными.
Рассмотрение особенностей внешнего смесеобразования показало целый комплекс физико-химических явлений, происходящих во впускном трубопроводе бензинового двигателя. Эти процессы отличаются значительной сложностью, и их прямое наблюдение в двигателе затруднено, из-за чего любые заключения о динамике этих процессов делаются на основе косвенных измерений. Теоретическое исследование нестационарных процессов в бензиновых двигателях характеризуется использованием газодинамических моделей с высокой степенью математической сложности.
Альтернативным является подход, основанный на применении динамических моделей смесеобразования (например, И.И. Неяченко,
Н.А.Эксакустос, Н.П. Третьяков и др.) для определения оптимальных конструктивных параметров элементов системы топливоподачи, а также законов управления ими на различных режимах работы ДВС.

Связь между изменением скорости и давления потока воздуха устанавливаем по уравнению Бернулли для несжимаемой жидкости. Предположим, что давление в сечении 0-0 равно атмосферному и м/возд = 0.
Примем следующие допущения: течение установившееся,
изоэнтропное; газ идеальный (р = р0/(йГ0)); плотность воздуха постоянна на
всем протяжении впускного тракта ДВС (р(ЮЗ() = 1189кг! м ).
Разрежение Ар в диффузоре не превышает 20 кПа при работе двигателя с максимальной частотой вращения КВ при полностью открытой дроссельной заслонке. Если Ар^ = Рк~ РсР ПРИ условии рк = рвозд и Ра > Р<юзд» то АРс1 = Рвозд ~ Рй» учитывая, что ог = /(Ара). После известных преобразований [35] получаем:
2{АРа ~ Л/г • ■ £■)
О/ Рж ' ~^м
- расход топлива через жиклер;
Р
Рж = аж ' (Рж ~ коэффициент расхода топливного жиклера, где срж - коэффициент расхода, учитывающий потери при истечении топлива из жиклера, <рж = 0,7 -4- 0,85;
аж - коэффициент сжатия струи при истечении через жиклер, аж = 0,97 ч- 0,98;
рж - площадь проходного сечения жиклера, м2;
Выходное сечение распылителя расположено выше уровня топлива в поплавковой камере на величину Д/г = 5^-8 мм. Это необходимо для предохранения от самопроизвольного вытекания топлива из распылителя при неработающем двигателе и наклонном положении карбюратора.
Выражение позволяет установить, что истечение топлива через
жиклер начинается при Арл > Акр^ . При Ара = Акрг% расход топлива ^ = 0. Влияние величины Д/г на расход топлива при максимальных нагрузках и большой частоте вращения вала очень мало, и им иногда