Теоретичні дослідження робочого процесу безшатунного двигуна. Модель циліндра

Abstract

UK: Постановка проблеми. Наразі існує багато відомих методик і математичних моделей для розрахунку робочого процесу чотиритактного ДВЗ. Однак відомі моделі не враховують впливу кінематики двигуна, що має свої особливості в більшості ДВЗ. Все це не дозволяє практично використати відомі математичні моделі робочого циклу двигуна й відповідно оптимізувати параметри безшатунного ДВЗ. Модель двигуна можна подати складеною з декількох підмоделей: модель впускної системи (повітроочисник, карбюратор або дросельна заслінка, впускний трубопровід, головка циліндрів, впускний клапан); модель циліндра (процеси наповнення, стискання, згоряння й розширення); модель випускної системи (випускний клапан, випускний трубопровід, глушник). Мета статті – запропонувати модель циліндра та уточнену методику розрахунку робочого циклу двигуна, що включає в основу модель впускного трубопроводу. Висновок. За точністю розрахунків ця математична модель не поступається відомим програмам, але значно простіша, менш трудомістка й вимагає меншого машинного часу. Модель зміни параметрів робочого тіла в циліндрі використовується для розрахунку процесів наповнення, стискання, згоряння й розширення. Модель випускної системи дозволяє визначати витрату відпрацьованих газів через випускний клапан за поточним тиском у циліндрі й середнім тиском у випускному трубопроводі. Вона дозволяє оцінювати заходи, направлені на оптимізацію конструкції двигуна й підвищення його паливної економічності.

RU: Постановка проблемы. В настоящее время имеется значительное число известных методик и математических моделей для расчета рабочего процесса четырехтактного ДВС. Однако известные модели не учитывают влияния кинематики двигателя, которая имеет свои особенности в большинстве ДВС. Все это не позволяет практически использовать известные математические модели рабочего цикла двигателя и соответственно оптимизировать параметры бесшатунного ДВС. Модель двигателя можно представить составленной из нескольких подмоделей: модель впускной системы (воздухоочиститель, карбюратор или дроссельная заслонка, впускной трубопровод, головка цилиндров, впускной клапан); модель цилиндра (процессы наполнения, сжатия, сгорания и расширения); модель выпускной системы (выпускной клапан, выпускной трубопровод, глушитель). Цель статьи – предложить модель цилиндра и уточненную методику расчета рабочего цикла двигателя, включающую в основу модель впускного трубопровода. Вывод. По точности расчетов данная математическая модель не уступает известным программам, но значительно проще, менее трудоемка и требует меньшего машинного времени. Модель изменения параметров рабочего тела в цилиндре используется для расчета процессов наполнения, сжатия, сгорания и расширения. Модель выпускной системы позволяет определять расход отработанных газов через выпускной клапан по текущему давлению в цилиндре и среднему давлению в выпускном трубопроводе. Она позволяет оценивать меры, направленные на оптимизацию конструкции двигателя и повышение его топливной экономичности.

EN: Problem statement. At present, there is a significant number of well-known methods and mathematical models to calculate the operating process of four-stroke internal-combustion engine. However, well-known models do not consider the effects of kinematics of engine, which has peculiarities at most of internal-combustion engines. Practically it does not allow to use well-known mathematical models of operating cycle and respectively to optimize the parameters of conrod-free internal-combustion engine. The model can be introduced as containing several submodels: the model of intake system (air cleaner, carburetor or butterfly throttle, inlet water pipe, cylinder head, intake valve); the model of cylinder(filling process, compression, combustion and extension); the model of exhaust system (exhaust valve, exhaust water pipe, muffler). The purpose of the article – to offer the model of the cylinder and corrected methods of calculation of the operating cycle of engine, including as the base intake water pipe. Conclusion. According to the accuracy of calculations, the given mathematical model compares well with well-known programs but it is much easier, less laborious and demands less machine time. The model of parameters change of operating body in cylinder is used to calculate the processes of compression, filling, combustion and extension. The model of intake system allows to define the consumption of gases through exhaust valve according to current pressure in cylinder and average pressure in water pipe. The model allows to evaluate the actions directed to the optimization of the structure of engine and to increase its fuel efficiency.