Анализ структуры математической модели цикла поршневого двигателя

Проведен анализ структуры математической модели цикла поршневого двигателя и предложен модифицированный ее вариант, который позволяет определить оптимальное давление p в цилиндре. При анализе были использованы опубликованных результаты исследований рабочих процессов для поршневых двигателей, работающих жидком топливе, других авторов и даны рекомендации по использовании моделей при расчете и доводке двигателей. В рассматриваемой математической модели цикла используются уравнения: термодинамических процессов, баланса энергии, сохранения массы, состояния и известные эмпирические зависимости. Показано, что на изменение величины давления p оказывают основное влияние четыре фактора: текущий объём цилиндра V ; масса рабочего тела при газообмене M ; подвод теплоты, выделившейся при сгорании топлива Qx и теплообмен со стенками внутрицилиндрового пространства Qw . Проанализировано влияния каждого из этих факторов на изменение давления в цилиндре поршневого двигателя. Если определить вклад каждого из этих факторов на изменение давления рабочего тела в цилиндре, то это позволит целенаправленно совершенствовать процессы в поршневом двигателе, обеспечивая не только экологические, но и экономические показатели. Хотя математическая модель представлена в квазистационарной постановке, однако она позволяет обеспечивает получение требуемых результатов в расчётных исследованиях, особенно при доводке двигателя до требуемых показателей. При расчете цикла важное значение имеет точность определения начало видимого горения (начала подвода теплоты к рабочему телу по углу поворота коленчатого вала φ f ), а также определение времени задержки воспламенения смеси (ЗВС) τ i . Расположение точки по углу поворота коленчатого вала φ f относительно ВМТ существенно влияет на индикаторную работу и КПД цикла. Угол φ f является регулировочным параметром, поэтому при расчете цикла принятое значение его включается в исходные данные. Сложность учета влияния различных факторов на продолжительность задержки воспламенения смеси (ЗВС) обусловила большое разнообразие эмпирических или полуэмпирических формул для расчета времени ЗВС τ i , которое существенно усложняет их выбор для конкретной модели. Проведен анализ структуры, условий и способов получения формул для определения τ i (анализируется 19 полуэмпирических и экспериментальных формул различных авторов). Теплота, участвующая в теплообмене между рабочим телом и стенками внутрицилиндрового пространства вычисляется по формуле Ньютона-Рихмана. Приращения давлений и температур в трубопроводах вычисляются в выпускном и впускном трубопроводах. Описанная модель цикла поршневого двигателя реализована в пакете программ расчёта поршневых двигателей и используется в научно-исследовательской работе и учебном процессе.

поршневой двигатель, рабочее тело, давление, газообмен, горение, задержка воспламенения, задержка воспламенения смеси