Расчет процесса расширения

Можно считать, что после сгорания топлива процесс расширения рабочего тела в цилиндре начинается с точки z (см. рис. 1.3) и протекает по политропическому закону [83].

Процесс расширения

Рис. 2.3. Процесс расширения

Расчет заканчивается в нижней мертвой точке (точке Ь). Будем считать, что расширение продолжается при постоянном количестве рабочего тела до нижней мертвой точки (НМТ) (отсутствует фаза предварения выпуска). Тогда давление в цилиндре при расширении может быть вычислено в любой точке из системы уравнений (2.26).

PG?) = Pz

  • 8 — 1 !/>(%) = 1+^—<г(ф),
  • (2.26)

^rs

cos(p + ^— V1 - 22s sin2

• ^rs

где «2 - показатель политропы расширения;

у/((р)~ кинематическая функция изменения объема цилиндра; о((р) - кинематическая функция хода поршня.

Среднее значение показателя политропы расширения п2, полученное из анализа индикаторных диаграмм для бензиновых двигателей с внешним смесеобразованием при номинальной нагрузке, находится в пределах 1,23-1,30 [87].

Расчет индикаторного крутящего момента

Полученная в результате расчетов в п. 2.4.1-2.4.3 индикаторная диаграмма, учитывающая особенности динамики выгорания бинарного топлива, позволяет учесть влияние на крутящий момент таких важных факторов, как угол опережения зажигания, состав бинарного топлива, продолжительность и характер горения топливно-воздушной смеси. Вычисление индикаторного крутящего момента выполняется по следующей формуле:

ЗхЮ4 Ne =--

(2.27)

п грт

где Ne - индикаторная мощность;

грт - скорость вращения коленчатого вала.

Индикаторная мощность Ne рассчитывается на основании индикаторного давления:

_pminrpmpind Vh e 30t IO6 103'

(2.28)

где t]n, - механический КПД;

i„ - количество цилиндров;

т - тактность двигателя;

V/, - объем цилиндра;

Pind - среднее индикаторное давление.

Механический коэффициент полезного действия используется для оценки относительной мощности механических потерь. Коэффициент рт зависит, в основном, от скорости вращения коленчатого вала и в номинальном режиме работы составляет 0,7-0,85 [83]. Среднее индикаторное давление в формуле (2.28) выражается в МПа, а объем цилиндра - в дм3. Значение pind рассчитывается по формуле (2.29).

г

Pind = knd ’ (2.29)

где /(,и/ - индикаторная работа цикла;

Vp - полный объем цилиндра.

Индикаторная работа цикла при моделировании динамики выгорания бинарного топлива зависит от работы, совершенной в процессе сжатия, горения и расширения рабочего тела (рис. 1.4)

Схема определения работы цикла при моделировании сгорания бинарного топлива

Рис. 2.4. Схема определения работы цикла при моделировании сгорания бинарного топлива: а - точка закрытия впускного клапана; у - точка поджога смеси; z - точка окончания горения; b - НМТ,

Работа lind вычисляется по формуле

Lind ~ ly-z + ^z-b ^а-у> (2.30)

где ly.z - работа процессе сгорания;

lz.b ~ работа в процессе расширения;

1а.у - работа в процессе сжатия.

Работа газов в процессах расширения и сжатия рассчитывается по формулам политропического процесса:

1 / А

la-у ~ ~ 7 Pyvy ~ РаУа)> (2.31)

— 1

lz-b = —- (pzvz - pbvb')l (2.32)

/С2 J-

где p, v - давление и объем рабочего тела в точках а, у, z индикаторной диаграммы (рис. 2.4).

Работа газов с учетом динамики выгорания бинарного топлива для снижения вычислительной нагрузки на ЭБУ при сохранении необходимой точности рассчитывается по методу трапеций:

Vz П

ly-z = J pdv « Рп12+ Рп (Уп - vn-i)> (2.33)

Vy 1

где п - число элементарных участков, на которые разбивается процесс сгорания;

Рп, Рп-ь vn, vn.j - давление и объем рабочего тела на границах элементарных участков.

На основании полученного значения индикаторной работы цикла вычисляется показатель экономичности - индикаторный коэффициент полезного действия:

4.»d = (2.34)

На данном этапе расчеты завершаются. Как видно из приведенных подразделов, в разработанной модели вычисляются все основные показатели рабочего цикла, позволяющие теоретически оценить влияние бинарного топлива на индикаторные показатели ДВС.

Идентификация модели

В качестве коэффициентов идентификации разработанной модели рабочего цикла ДВС при использовании бинарного топлива выбраны показатель характера сгорания т и продолжительность горения топлива (р. . Данные параметры имеют определенный физический смысл. Параметр : является количественной кинетической константой реакции и определяет не только продолжительность процесса горения, но и его среднюю скорость. Параметр т является качественной кинетической константой реакции и однозначно определяет отношение времени достижения наибольшей плотности эффективных актов реакции к общему времени реакции, при котором скорость сгорания достигает максимума.

Оптимальное значение продолжительности сгорания должно находиться в пределах 45-60° ПКВ [82]. Оптимальность, согласно И.И. Вибе, определяется наилучшим сочетанием высоких значений среднего индикаторного давления и индикаторного КПД при наименьших значениях максимальной быстроты нарастания давления, максимального давления и температуры рабочего тела. При установке входных параметров модели следует учитывать, что на значение : влияют: моторные свойства топлива, интенсивность вихревого движения воздуха в камере сгорания, степень сжатия и коэффициент избытка воздуха.

Оптимальное значение показателя характера сгорания составляет ~ 1,5 [83]. Данное значение не реализуется ни в бензиновых, ни в дизельных

64 двигателях. Для первых характерны слишком большие значения (3-4), для вторых - слишком низкие (0-1). Величина т в модели зависит главным образом от рода состава бинарного топлива L и изменяется с увеличением содержания парафинов в пропан-бутановой смеси.

Следует отметить, что экспериментальных данных по значениям (pz и т для различных топлив и ДВС собрано недостаточно, что делает невозможным правильную начальную установку этих параметров для бинарного топлива. Таким образом, для определения этих значений необходимо провести экспериментальную проверку предложенной модели.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ ОРИГИНАЛ   След >