Динамика двигателей внутреннего сгорания

Введение
Двигатели внутреннего сгорания (ДВС) с переменной степенью сжатия (ПСС) обеспечивают возможности улучшения эксплуатационных характеристик и эффективности, а также снижают вредные выбросы и нагрузку на элементы механизма коленчатого вала. Более высокое давление и температура рабочего вещества в конце сжатия, в результате более высокой степени сжатия - ε, дает возможность сократить индуктивный период и увеличивает скорость горения. В результате этого у нас сокращается время горения при меньших нагрузках и более высоком значении ε. Это также характерно для ДВС с ПСС, чтобы иметь более высокое значение тепловой эффективности. Существуют различные методы и схемы решений для изменения и регулирования ε во время работы ДВС, что можно увидеть в [2, 3, 4, 10, 11].
С помощью одного из этих способов, первоначально описанного в [11], изменение и автоматическое регулирование ε осуществляется с помощью составного поршня со встроенной трехкамерной масляной системой с одним клапаном сброса давления и двумя обратными клапанами, схема которых представлена в [4, 5, 11].
Математическая модель рабочего цикла ДВС с ПСС, изготовленный с помощью составного поршня, представляет собой систему обычных дифференциальные уравнения, выведенные из теории ДВС, термодинамики, гидродинамики и механики. С помощью системы дифференциальных уравнений описываются параметры рабочего вещества в периоды процесса впуска, сжатия, расширения и процесса выпуска, а также динамика движения внешнего поршня относительно внутреннего. Он включает уравнения для динамического равновесия внешнего поршня и иглы клапана сброса давления, уравнение для динамики сгорания и теплоты, уравнение непрерывности, уравнение для ε и уравнение для относительного объем действующего вещества [11].
Реализована имитационная модель четырехтактного ДВС в Simulink [6], основанная на математическом описании последовательно реализуемых процессов рабочего цикла ДВС с ПСС [5]. Во вспомогательном файле сценария к имитационной модели описаны, инициализированы и рассчитаны необходимые конструктивные и режимные параметры двигателя и рабочего вещества. В структурном плане имитационная модель состоит из нескольких подсистем: подсистема определения угла поворота коленчатого вала как функция времени, подсистема для определения кинематических параметров поршня – траектории, скорости и ускорения, подсистема для определения рабочего объема, подсистема для определения давления рабочего вещества и подсистема для определения сил, действующих на узлы механизма коленчатого вала, а также на крутящий момент ДВС. Отдельные подсистемы
подробно описаны в [6]. Имитационная модель ДВС с ε = const [6], допускающая возможность расчета параметров четырех- или двухтактного льда с газораспределением, клапанно-контурным или контурным газораспределением [8].
С имитационной моделью были проведены численные эксперименты с различными значениями параметра в функции вибрации для скорости относительной теплоты сгорания при одном и том же начальном угле, затем были установлены оптимальные значения начального угла относительной теплоты [7].
Имитационная модель ДВС с ПСС (рис. 1) построен на основе имитационной модели обычного льда, которая дополнена подсистемой для определения относительного перемещения внешнего в применительно к внутреннему поршню и подсистеме определения давления масла в верхней и нижней гидравлических камерах составного поршня учитывались особенности работы клапана сброса давления и обратного клапана.


Рис. 1. Имитационная модель ДВС с ПСС
Модифицируются некоторые подсистемы, такие как объем подсистемы рабочего пространства, и строятся дополнительные связи между определенными подсистемами имитационной модели [1].