автореферат диссертации по энергетическому, металлургическому и химическому машиностроению, 05.04.02, диссертация на тему:Разработка динамических моделей и исследование переходных режимов функционирования одноцилиндровых двухтактных ДВС

Тульский государственный университет

о Г-';

На правах рукописи УДК 621.43

Поздсев Георгий Владимирович

Разработка динамических моделей и исследование переходных режимов функционирования одноцилиндровых двухтактных ДВС

Оп'я^'апьность 05.04.02 - Tonne:1 нз дпигстзт;

Автореферат

диссертации на сойскшг.!5 ученой стотг-н:; :сзкдид-хгл технически): к.:*?

Тула 1998

Работа выполнена на кафедрз "Автомобили и автомобильное хозяйство" Тульского государственного университета

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор М.В. Малиованов

Научный консультант: доктор технических наук, профессор М.Ю. Елагин

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

В.В.Панов

кандидат технических наук, профессор Л.ХЛрустамоз

Ведущая организация: ОАО Мотопром г. Серпухов

Защита состоится " 28" мах. 199 8 г. в Щ часов на заседании диссертационного совета К 053.47.06 при Тульское государственном университете по адресу: 300600, г. Тула, пр-т Ленина, д. 92

, С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Тульского государственного университета

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные гербовой печатью учреждения, просим направлять по адресу:

300600, г. Тула, пр-т Ленина, д. 92, Тульский государственный университет, Ученый Совет ТулГУ

Автореферат разослан "25'" а^релл 199 В г.

Ученый секретарь диссертационного , совета,

Общая характеристика работы

Двигатель внутреннего сгорания - сложная тепломеханическая система В настоящее время процесс создания нозого двигателя длится нередко 10-15 лет. Наиболее порспзюивным способом сокращения материальный и оременных затрат при создании нового доигателя является автоматизация его проектирования. Основой любой САПР являются ма-тсматичзскиэ модели. Для решения конкретных задач, возникающих при создании нового даигатёля, требуются математические модели различного уровня конкретизации и степени приближения к реальному объекту.

Потребность а проведении данной роботы позникла з связи ее: и;?дующигли псложзния«и:

- существующие модели па достаточно высоком уроонэ описыззкн локальны« аспекты функционировании дгкгателя, но резедело-ч'в даигатсля и оби'зм случае мп 30-35 расчетных блоков но ¡юзооллэт я полном объеме получить представление о ого работе как системы "п целом"; • . . -

- проектировочный расчеты проводятся с принятием допущения об установившемся режиме работы, в то время как до 70% оремеии эксплуатации транспортный двигатель работает в условиях неустановившегося режима.

Приведенные гз .работе исследования еылолнялись в соответствии с научно-техническими- проблемами, которые решались на кафедре "Автомобили и автомобильное хозяйство" ТулГУ б рзмках НИР 12.04-ЗН, 1.9.96, которые были утверждены УПФНИ ВШ Госкомитета РФ по высшему образованию соответственно 14.02.94 и 12.01.95 г., й'грзнта, утвержденного по результатам конкурса, проводимого МГИУ в связи с приказом Госкомитета РФ по высшему образованию от 8. мая 1996 г. № 859.

й ■ • *

Цель работы сострят в соваршенствозании теоретической базы проектировочных расчетов одноцилиндровых карбюраторных ДВС за счет включения а процесс теоретического исследования динамических особенностей их функционирования. ...

Цель была реализована в результате решения следующих задач: -'построения динамических моделей, отражающих работу ДВС, как с условиях установившегося, так и переходного режимов; - определения.ларамегроо и показателей переходных режимов; -исследования влияния условий- эксплуатация, структуры и параметров двигателя на устойчивость его работы;

-уточнения динамических моделей, обеспечивающее более полный учет ряда факторов (выгорание топлива, трение в ЦПГ), влияющих % на процесс функционирования двигателя,

л

Ойъоктм исследования: двухтактные одноцилиндровые карбюраторные двигатели с кривршипно-камерной продувкой на базе.двигателей ТМЗ 5.101 и Иж-Планета-5 (рабочие объемы'соответственно 199 и 350 см3). . *

Ппэдмтгы исслзд'опзнид: термодинамические процессы, происходящие б цйлиндре и кривошипной камере ДОС и'рожкмь: aro работы.

Мотод иссяодрппния - теорзтико-зкеперимзнталиный, построенный на использовании методов технической термодинамики (с частности ее версии для открытых систем - таплоглехаиик»), теории автоматического управления, статистического анализа и вычислительной математики с широким применением современной вычислительной техники.

Научная новизна работы:

а). В части общих положений: --в разработке методики построения математических моделей ДВС, которая реализует системный подход к описанию двигателя и отра-V жает особенности его работы во времени при меняющихся условия)

, Я*-

эксплуатации. • - '

б). В части математических моделей:

- в разработке динамических моделей двигателя с кривошипно шатунным механизмом и крмвошипно-камерной продувкой;

- в прозеденном уточнении динамических моделей, которое заключается:

-з разработке обобщенной в отношении тепломеханических свойств модели реального двигателя;

- в построении модель' объемного выгорания топлива;

-в адаптации модели трения, позволяющей определять мгновен-■ ныз значения силы трения а цилиндропоршнезой группе, в.). В части исследования моделей:

- о теоретическом определении ряда основных показателей динами- . ческих свойстп двигателя.

Псактийаскяя «дикость работы, з). В чести общих положений: -з сосершэнстисвании теоретической басы прсзстирсосчных расмэ-тоо, а результата проведения которого.установлено, что:

- предлагаемый подход построения динамических моделей позволяет .обоснованно формулировать требования к отдельным подсистемам двигателя по требованиям, предъявляемым к ДЕигателю о целом; -физическая наглядность результатов расчетов, позволяет достаточно быстро накопить необходимый опыт по исследованию про-

■ ' цессов, протекающих в двигателе в реальном масштабе времени.

- низкие временные Затраты и достаточная точность расчетов математических моделей дают возможность повысить качество проектирования за счет увеличения числа анализируемых вариантов конструкций.

• б). В части использования математических моделей:

- з-определении на стадии проектировочных расчетов:

-неравномерности вращения коленчатого вала;

- устойчивости установившихся режимов и влияния на нее конструктивных и эксплуатационных параметров;

- показателей качества переходных процессов.

Реализация результатов исследовании. Материалы исследова- , . ний доложены на научно-техническом совете сестора двигателей ОАО Мгчопром г. Серпухоа и переданы ему для практического использования.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной ра- " белы доложены и обсуждены на:

- НПС "Пути совершенствования Технической эксплуатации и ремонта машин АТК" (Владимир, ВлГТУ, 1995 г.);

- Международной НТК "100 лет российскому .автомобилю. Промы'щ "лемность и высшая шкопа" (Москва, МАМИ, 1993 г.);.

■ -VI международном НПС "Совершенствование мощностных, -экономических и экологических показателей ДВС" (Владимир, ВлГГУ, 1997 г.);

- Международной НТК'"Доигатель - 97" (Москва, МГТУ, 1937 г );

НТК профессорско-преподавательского состава ТулГУ (Хула, ТупГУ, 1935-1997 гг.).

Публикаций.

По тематике диссертации опубликовано А статьи, 4 тезиса докладов.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введ-э-' I¡¡¡я, трёх глав; заключения и списка использованной литературы, включающего 75 наименований. Основная часть работы изложена на 125 ' страниц текста, содержит 37 рисунков и 10 таблиц..

На защиту выноелтеп: . ■

-методика построения динамических моделей ДВС, в основе к'ото-рой лежит аппарат тепломеханики; .

- математические модели, позволяющие установить связи конструктивных и эксплуатационных параметров ^изменяющимися условиями эксплуатации ДВС; •

- результаты численных экспериментов на математических моделях, позволяющие дать практические рекомендации по улучшению рабо чих характеристик существующих конструкций двигателей для широкого диапазона изменяющихся нагрузок.

Содержание работы

Но введении раскрыто значение и место математического модели-. розания в процессе проектирования нового двигателя. На основе анализа существующих по этому направлению работ обоснована актуальность, указаны цели и определены задачи проводимого исследования.

Разработке математических моделей ДВС, с помощью которых решаются различные задачи, возникающие при проектировании ДВС, по-сзящены труды ряда ученых: И.И.Вибе, ЛЛШмудяка, БАКиселева, А.К.Костина, О.Г.Красовского, М.Г.Кр'углова В.И.Крутова, А.С.Куценко, А.С.Орлина, Р.М.Петриченко, Д.Р:Посл слова, А.С.Пунды, Н.Ф.Раэлейцзва, 5.П,Рудого, Р.Р.Сиппата, НД.Трэтьякова, В.К.Чистякова и многих других. Сущестзующиз модели на достаточно высоком уровне описывают частные случаи функционирования ДВС,. но не позволяют в полном объема получить представление о работе двигателя как системы "в целом". Помимо этого принятие допущения сб установившемся режиме работы исключает из рассмотрения такую важную сторону функционирования двигателя как переходные рзжимы,-которые занимают до 70% времени эксплуатации транспортного двигателя. Няучат динамических особенностей на стадии проектирования, хпк слёдстЕЙе, приводит к увеличению объема доводочных и отладочных работ.

В соответствии с вышеизложенным, основной задачей диссертации является построение динамических моделей, рассматривающих процессы, происходящие дзигатело зо времени, и позволяющих установить на стадии проектировочных расчете» неопраделлемыэ ранее связи ' структуры и параметров с'факторами устойчивой работы и динамическими показателями функционирования ДВС.

Й порвой гляп^ выбрана теоретическая база для построения динамических моделей - тепломэханика, которая была разработана в трудах-профессора М.А.Мамонтоэа. Помимо двух известных в.технической термодинамике взаимодействий термического и механического она учи-

тывает третье, названное Мамонтовым М.А. - массомиграционным. Теп-помеханика позволяет в полной мере реализовать концептуальный подход при математическом моделировании, который заключается в рассмотрении двигателя как единой динамической системы с взаимодействующими газовым рабочим телом и движущимися твердыми звеньями.

На основе методологии тепломеханики была построена динамическая модель двигателя простейшей структуры, расчетная схема которо юприведена на рис. 1.

- Хо

- о

" X.

Рис. I. Расчетная схема двигателя с кривошипно-шатуннъш механизмом Исходная система уравнений включает зависимости, отражающие законы сохранения энергии и массы газа в полости цилиндра и-законы движения твердых звеньев, к которы?»; относятся поршень и кривошип Рабочие уравнения получены в результате- преобразований, включающих определение характеристик тепловыделения, теплообмена, расхода рабочего тела и установление кинематических связей между твердыми звеньями.

В итоге система дифференциальных уравнений модели имеет вид:

ф _ к

V р

Ро

р'! •к-'

[ 6. 6.) р

(11

сГГ=1с-1Т ей \У р

9 (2)

^ а4а2т„р+-Г

(3)

= ©. (4)

<11

аГ

Поскольку рассматривается модель двигателя простейшей конструкции, которая реально не существует, оценка ее адекватности была получена по сопоставлению с известными математическими моделями. По результатам сопоставления было получено, что среднее индикаторное давление, рассчитанное для установившихся режимов с-различными »астотамн вращения по разработанной и известным моделям, отличается но более чем-на 2,7%. Совпадение с достаточной степенью точности результатов моделирования по разработанной и известным моделям может служить подтверждением соответствия модели и изучаемого объекта, а таюкэ достоверности рззультатоз последующих исследований.

Диализ результатов расчета по предлагаемой динамической модели позволил установить, что по сравнению с существующими она обладает рядом преимуществ, которые заключаются в следующем:

Определение устойчивости установившихся режимов. Построенная динамическая модель ДВС создает предпосылки для применения, к ее исследованию методов теории автоматического управления (ТАУ). В общем случае -задача устойчивости установившегося режима ДВС сводится к хорошо известной и изученной в ТАУ задаче устойчивости предельного цикла, которая базируется на пойятии устойчивости движения по Ляпунову:

Область притяжения предельного цикла удобно определять в плоскости "параметр фазовой координаты - параметр системы". В случае ДВС в качестве параметра фазовой координаты выбраны постоянная составляющая частоты вращения вала о!, а в качестве характерного параметра системы - момент сопротивления на валу (Мс).

В результате расчетов по разработанному автором алгоритму были получены границы: линия 1 соответствует устойчивому, а линия 2 -неустойчивому предельным циклам (рис. 2). Они разделяют плоскость возможных состояний системы "поршневой двигатель" на область притяжения состояния равновесия (область Б) и область притяжения предельного цикла (область А).

Момент, Н-м Рис. 2. Диаграмма устойчивости

Определение влияния конструктивных и эксплуатационных параметров на устойчивость работы двигателя. Диаграмма устойчивости может служить эффективным, инструментом исследования работы двигателя при его проектировании. Она может быть использована для определения условий устойчивой работы двигателя при пуске, при меняющихся во времени условиях Эксплуатации, а. также при изменении регулировочных и конструктивных параметров.

Рис. 3 иллюстрирует ситуацию, при которой в течение работы дви-, гателя происходит изменение условий его эксплуатации. Расчет переходных процессов начинается при одинаковых начальных условиях, которые соответствуют,области притяжения состояния равновесия. Поэтому в процессе расчетов угловая скорость коленчатого вала двигателя уменьшается. При различных значениях частоты вращения (ю=600 рад/с - линия 1; ю=350 рад/с - линия 2; щ=150 рад/с - линия 3; ы=120 рад/с -линия 4) происходит резкое уменьшение момента сопротивления до

Мс=18 Н-м и а зависимости от того в какой области находится новое со*

стояние системы угловая.скорость либо падает до нуля (пиния 4) либо стабилизируется (линии 1, 2, 3). *

700

о

. 3

а 600

а а

ÍH 4С0

0

Б

01

3" 300

200

100 О

О 0,5 • 1 16 2 2.5 3 3,5

Рис. 3. Переходные режимы при изменении наг^^ки навалу На рис. 4 представлено влияние эксплуатационного параметра -угла опережения зажигания - на разбиение фазового пространства па области устойчивости.

01-:-±---:-:-;-:-:-1-:-:--

О 2 4 6 8 10 12 и 16 18 20 22 24

Момент сопротивления, Н-м Рис. 4. Влияние угла опережения зажигаиия на устойчивость работы двигателя

(2 _ , «

Определение неравномерности вращения коленчатого вала. В качестве критерия оценки изменения мгновенной угловой скорости вращения коленчатого вала удобно использовать неравномерность вращения, которая определяется зависимостью:5„= ^тт^. .Здесь Ат и со®-" • и 4t)

амплитуда и медленноменяющаяся составляющая угловой скорости.

В результате расчетов было установлено, что-на высоких частотах вращения (ш-400-700 с1) 5щ=3-5%. На малых частотах вращения (со=100-200 с1) неравномерность увеличивается до 20-30%, рис. 5. Это должно в первую очередь учитываться при проведении прочностных расчетов деталей двигателя, его виброактивности и т.п.

о 650-

g. 600 tr

550

еоо

450 400 350 300260

0.6 0.8 1 1.2 1.4

Время, с

Рис. 5. Неравномерность вращения коленчатого вала С принятием допущения со = cons; из силовых расчетов исключает-dto

ся составляющая —. Было установлено, что при незначительном не-ш

равномерности вращения коленчатого вала двигателя ее вклад в величину сил достаточно мал (<1%), но при увеличении Би величина этой составляющей также возрастает (до 3-4%). В результате учета названных выше показателей на малых частотах вращения достигнуто уточнение, в частности для усилия на опорах двигателя, в пределах 5-7%.

ш

з

га а m га

Б

Ь

(О

Т

• 13

Определение показателей переходных процессов. Для определения качества переходных процессов выбраны следующие показатели: -время переходного процесса; -начальный заброс определяющего параметра. В результате расчетов было'определено, что самым длительным является переходный процесс относительно угловой скорости. Именно по этому параметру в дальнейшем определялся момент завершения переходного процесса для всего двигателя.

Начальный заброс определяющего параметра определяется зави-А ' '

симсстью:51аб = —По рис. 5 можно определить,.что время переходно-'■> (0 ■ ■ ,

го процесса составило 1пр = 2,5 с, а начальный заброс не превысил 2%. _

Помимо изложенного предлагаемая модель позволяет произвести теоретическое исследование переходных процессов, вызванных не только мгновенным изменением параметра, но и при изменении его по определенному закону. На рис. 6 представлена зависимость медленно меняющихся составляющих фазовых координат от времени, при линейном характере .изменения коэффициента избытка воздуха. Момент сопротивления оставался постоянным <МС=18 Н-м).

" Время, с

Рис. 6. Переходный режим при увеличении коэффициента избытка возд^ка

1- ( 4

Проведенные исследования показывают, что разработанная модель в целом удовлетворительно описывает поведение двигателя как при установившихся, так и при переходных режимах его работы. Поэтому она может быть использована для предварительных расчетов двига-.теля, в результате которых оценивается его работоспособность и выбираются основные параметры и характеристики.

Во второй глзве была разработана обобщенная в отношении тепломеханических свойств динамическая модель реального двигателя. Проведено исследование влияния параметров механической подсистемы на рабочие характеристики двигателя. Расчетная схема модели двух-

Рис. 7. Расчетная схема двигателя с кривошшию-камерпой продувкой В результате преобразований исходных уравнений баланса энер-. гии и массы для конкретных объемов, получены рабочие уравнения модели в общем виде:

(ГГ

£г-_ц "йедгт(с- ^ '^г-

л

ЕО.-р,

сЩ сК

• Р, =Р( -К'^-г,

¿со _ а1 '[(Рг ~ ~ Ь-ю -а,-тдр-ю2 -а,]-Мс - М„ +Мп

Л

аГ

а, -а, -т„„ -1„„

I 2 пр пр

= и.

(5)

(6)

(7)

(8) И

Предлагаемое математическое описание позволяет использовать любое из известных уравнений состояния. При реализации модели на ЭВМ, в алгоритм решения включены наиболее распространенные из них (Боголюбова-Майера, Рейдлиха-Квонга). Если в полости происходит горение, то а уравнения (5-7) добавляются соответствующие слагаемые.

"О 20 40 60 еЬ 1М1201401601е02ТО220240 2502ео0003203-10360.

Угол поворота, град Рис. 8. Давление в цилиндре: —- -расчетное в предположении

.... -расчетное в предположении С,-сопз1; •— -экспериментальное

1

- расчетное в предположении Cv-const;--экспериментальное

Адекватность математической модели проверялась путем сравнения с экспериментальными данными, получанными в АК "Туламашзазод". На рис. 8, 9 представлены сравнительные индикаторные диаграммы о цилиндре и в кривошипной камере двигателя ТШ 5.101 (ш=500 с"'). Расхождение расчетные и экспериментальных данных не превышает 10-15% для всех скоростных режимов. Мелкомасштабные колебания давления - во впускном трубопроводе и, следовательно, D'кривошипной камера, имеющие место на экспериментально полученной диаграмме, программой расчета не учитываются.

В результате расчетов, была подтверждена необходишсть учета зависимости теплоемкости рабочего тела от температуры, которая существенно (до 10-15%) увеличивает точность и не влияет их продолжительность (ряс. 8, 9). Учет реальности рабочего тела, в качестве которого рассматривается воз-• дух, приводит к не существенному (не более 1,5%) уточнению расчетов на модели. При этом продолжительность расчета значительно увеличивается, что делает нецелесообразным использование дополнительных процедур . вычисления. Полученные результаты согласуются с известными исследованиями Петриченко P.M. и Кушуля В.М.

Исследования, проведенные на модели, показали, что параметры механической подсистемы сказывают шлее влияние(1-3%) на эффективные показатели двигателя. Это объясняет их исключение из рассмотрения в существующих модепях при расчетах термодинамических процессов, которые проводятся при условии установившегося режима работы двигателя; Однако изменение таких показателей, как момент инерции коленчатого вала и коэффициента вязкого трения, существенно влияет на его-динамические качества. Установлено, увеличение коэффициента вязкого трения на 20% и уменьшение момента инерции вращающихся частей двигатели . на 30% в 1,1-1,4 раза сокращает время переходного процесса.

3 третьяй глав» произведено уточнение динамических моделей которое позволило более подробно рассмотреть влияние процесса еы горания топлива и трэния в ЦПГ на работу и показатели-дьигателя. Под .теерждена эффективность, применения уточненной модели для расче тов показателей различных двигателей.

Применение концептуального подхода при построении динамиче ских моделей позволяет о равной сгёпони использовать сочетание тео _ ретичсских и экспериментальных методов их исследования. Для матема-. ' ткческого моделирования работы двигателя в реальном масштабе вре Мени предпочтительней применять либо ркалитические зависимости, об' падающие свойством- универсальности, либо экспериментальные, в которых достаточно четко просматривается физическая сущность описывав . »лого процесса. Использованные в данной работе уравнение И.И.Вйбе для описания процесса горения и зависимость для учета потерь на трение требуют предварительного определения на реальном двигателе' входящих в них коэффициентов, что затрудняет возможность применении разработанных математических моделей для других типов или моделей двигателей. Чтобы устранить этот недостаток, автором были проведены работы по уточнению динамической модели, в результате чего появилась возможность исследовать влияние на рабочий цикл двигателя дополнительного числа конструктивных и эксплуатационных параметров

18 _ i

Зависимости для определения сил трения в ЦПГ были получены по методике Benhassaine M. (Benhassaine M,, Champousslri J.S., Guerassi N. Repatrion du frottement insigne dans chaque segment et dans la jupe despistons dun-moteur alternatif.'/Entropi. - 1993. -29 № 174-175. - S. 119-126). Для расчета коэффициентов трения, входящих в уравнения, требуются записи мгновенных давления, частоты вращения и углового ускорения коленчатого вала. Преимуществом данной методики является то, что рассчитанные для одного скоростного режима экспериментальные коэффициенты характерны для всего диапазона изменения частоты вращения. На рис. 10 представлено изменение силы трения в различных элементах ЦПГ в течение рабочего цикла (о°-500 с"1). Полученные дан: ные согласуются с результатами экспериментальных исследований, проведенных Benhassaine M., Крагельским И.В. i ^

§ 300 Ô

200 ICO О

•100' ' •200

« -эоо

»

I, m П Утлповоротд град

. t'uc. lu. Сила трения в сопряжениях ЦЩ : ■ оощее трение;

- - перчое поршневое колъуо; второе поршневое кольцо;..... - юбка поршня

При построении модели объемного выгорания топлива был принят ряд допущений,-основными из которых являются предположения о том, что поверхность фронта пламени - сфера и давления внутри и вне нее одинаковы. Скорость распространения пламени определялась по следующей зависимости: .

» U = [unj - -[i-]"

■ ' 1" Расчетная схегиа модели объемного выгорания представлена на рис. 11. Рабочие уравнения получены с использованием аппарата тепио-механики. Объемы выгоревшей и свежей смеси могут рассчитываться для камер сгорания произвольной формы и точек зажигания, расположенных в любом место объема. Адекватность разработанной -модели проверялась на основе сраонония расчетных результатов с эксперимсн тальными, полученными при индицирозгнии двигателей ТМЗ'5.10', имеющего шатровую камеру сгорания, и Иж-Планета-5. со сферической камерой сгорания, на различных частотах вращения вола (на рис. 12: о)=250 с:1). Расхождение расчетных и экспериментальных данных не пг--^ышаэт 5% для осек скоростных режимов работы Двигателей.

Несг'чреян'.^д смесь ' .

Рис. II. Расчетная схема модели объемного выгорания

о г!Г~<иГ0сГссГТооТго 1~1о7сО1 вягадггсг^огсомоэоомозло Угол поворота, град Рис. 12. Давление в ушиндре дшгатёпя ¡1хс-ИЗ:

---расчетное;--экспериментальное

На основании изложенного, был сделан вывод о том, что построенная модель является в достаточной степени завершенной и отражает функционирование подсистемы "поршневой двигатель". Она является открытой для стыковки с моделями других подсистем (рис. 13). Функциональные модели подсистем двигателя определяются на основе регрессионного анализа данных натурного или машинного эксперимента.

Поршневой двигатель

Система литания -> а(р,Т,ро) тт(Р»Т,Ро). <— Выходной трубопровод

Входной трубопровод ФЭ <-— Система охлаждения

•

- ¡<—

Рис. 13. Взаимодействие модели "поршневой двигатель" с другими моделями Математическая модель и проведенные на ее осноее исследования представляют собой теоретическую базу для разработки методики проектировочных расчетов ДВС, позволяющей на основе'технического задания определить структуру и его основные конструктивные параметры двигателя. Предлагаемый подход позволяет обоснованно сформулировать требования к отдельным подсистемам двигателя по требоза-_ киям, предъявляемым к двигателю в целом.

О-ЗакЯИШйШ! представлены основные результаты работы и практические рекомендации по их применению.

.1. Разработана методика построения математических моделей ДВС, реализующая системный подход к списанию двнгптеля, а полученные на ее основе модели отражают не только устаиснипшиося, но'и переходные режимы-его функционирования. 2. Прозедено теоретическое исследоаэи.н'э устойчивости устзиозивших-сл режимов работы дзкгателп. При 'этом:

а) показана целесообразность использования терминологии теории айто: «атичэслого упргяпгния для гкзлмса процессоз, протекающих з ДВС;

б) предложено для нсследозания устсйчиаости использсгать разбив- -ни-э плоскости "а0 г- на области притяжения состояния равнове- '

■ сия и предельного цикла;

■ ?,) установлено сущостпгнно«» плняниэ н? устс^чипость реоош дпигл-

тог.п, то --сть предельного цикла, тпн« ппргглотрлг» угол споре- •

■ "'"Н'-я зажигания, стзлгнъ сгмтля, ка^ффпцяент вг.ххт треиип, при и:; тонкий':» <;отопм:< из гллс:.:;сниз гргнг.цы области пре-

; дальнего Ц1<!этп сг.ющ.^тсгн25-25%. ' - Цапучатеоретик.?с!<-"я тезшилесть длл спродея(яп-неравномерности врящения колякчкгого югл. Успнсглгко, что г? рпло случала, например гначят&пьны); iwpyzxox, она сооторллпт £0-с0% и скя-эыпяот сущвотпеннеэ слияние на дкнздп'ву дямгатэяя, при этом рас-чяткоо усилил нга опоры двигателя »1гмгк.1зтсл tJ~: 5-7%: 'Л. Пппуч?нэ и серией рзечатоз <?проб:фсг.анг» ^««ожнооть определения ергмени переходного прсцссса р .дбигзтзгв, вьдааНксго изменением кагругки, количостса и качества гоплмвэзоздуш! юА смеси и. другими параметрами. Время расчета переходного процесса, длящегося в ре-. альном времени 3-5 с, на IBM PS 486 не превышает 10-15 минут при. шаге интегрирования 10"4 с.

22 •.-'*.

5. Обосновано и осуществлено уточнение динамической модели ДВС с КШМ, а именно:

а) разработана обобщенная в отношении тепломеханических свойств рабочего тела математическая модель, которая позволяет в общем случае учесть свойства реального газа, а в частном случае - зависимость теплоемкости идеального газа от температуры. Причем для данной области давлений (до 5 МПа) и температур (300 - 2800 К) установлена нецелесообразность учета первого фактора (уточнение расчотоз не более 1,5%) и целесообразность второго (уточнение до 10-15%);

б) построена объемная модель выгорания топлива, 'которая позволяет определять взаимосвязь мгновенных значений параметра рабочего тела и геометрии камеры сгорания с динамикой процесса выгорания топлива, что дало возможность расчета характеристик дои.' гателг. с произвольной камерой сгорания.

в) осуществлена адаптация модели по определению мгновенных сил трения о цилиндропоршневой группе, что поззолипо установить связь параметров динамической модели с.конструктивными (высота кольца и юбки поршня, число колец, диаметр цилиндра) и эксплуатационными (вязкость масла, толщина масляной пленки под юбкой поршня) параметрами двигателя.

6. Подтверждена адекватность разработанной динамической модели ДЗС реальным объектам - двигателям ТМЗ 5.101 и Иж-Планета-5. В результате погрешность в определении индикаторных показателей -2-3%; мгновенных значений давления в цилиндре и кривошипной камере - 4-5%.

7. Показано, что разработанная модель является открытой и при необходимости может быть дополнена. Эта модель и ее исследования есть теоретические основы методики расчетов параметров двигателя, отличающейся возможностью учета требований по устойчивости функционирования и показателям переходных процессов, что позволяет сократить затраты на экспериментальную отработку конструкции дьигателя.

■ . 23

Основное содержание работы опубликовано в следующих работах:

1. Поздееэ Г.В. К математическому моделированию одноцилиндрового ДВС с кривошипно-шатунным механизмом. //Тезисы докладов НПС "Пути совершенствования технической эксплуатации и ремонта машин АТК". -Владимир: ВлГТУ, 1995. - 85-86 с.

2. Елагин ШО., Малиованов М.В., Поздеоа Г.В. Разработка машинно-ориентированной динамической модели двухтактного ДВС. //Тезисы докладов Международной НТК "100 лет российскому автомобилю. Промышленность и зысшая школа". - М: МАМИ, 1995. - 35-36 с.

3. Малиованоо М.В., Поздеев Г.В. Разработка динамической модели двух тактного ДВС с кривоШипно-камерной продувкой. //Тезисы докладов VI международного НПС "Сас-эршгнствопание мощностных, экономических и окологических показателей ДВС".- Владимир: ВлГТУ, 1997. 230-232 с.

4. Елагин М.Ю., Поздееэ Г.В. Динамическая модель выделения теплоты при сгорании топлива п донгатэло с внешним смесеобразованием. //Тезисы докладов Международной НТК "Двигатель - 97". - М: МГТУ им. Н.Е.Баумана, 1997.-С. 152-154.

5.Поздееэ Г.В., Воронин Д.О. Определение и моделирование трения в, цилиндропоршневой группе. //Известия ТулГУ. Серия "Автомобильный транспорт". - Тула, 1997. - С. 161-166.

6.Елзгин М.Ю., Поздеев Г.В. Об оценке влияния переменности теплоемкости рабочего тела на показатели работы ДВС. //Известия ТулГУ. Серия "Автомобильный транспорт". - Тула, 1997. - С. 166-169.

7. Ёлагин М.Ю., Поздеев Г.В. Объемная модель тепловыделения в карбюраторном ДВС. //Известия ТулГУ. Серия "Автомобильный транспорт". -Тула, 1997.-С. 169-175.

8. Малиованов М.В., Поздеев Г.В. К построению динамической модели одноцилиндрового карбюраторного ДВС с кривошипно-шатунным механизмом. //Известия ТулГУ. Серия "Автомобильный транспорт". - Тула, 1997.-С. 193-208.

Тир. чмЛак. Отисч»т»110 в ТулГУ