3 Дослідження циклів двигунів внутрішнього згоряння методом математичного моделювання

Дослідження термодинамічних циклів теплових машин є однією з основних задач теплотехніки. Однак виконати докладне дослідження циклу, визначити його основні характеристики при зміні окремих параметрів на реальній установці практично неможливо. Тому замість натурних випробувань на фізичних моделях доцільно провести дослідження на математичних моделях, які реалізуються за допомогою ЕОМ і є реальним засобом їх досконалого дослідження, загальна мета якого полягає не лише у вивченні певного процесу, а також в освоєнні керівництва ним, цілеспрямованого пошуку оптимального проектного і експлуатаційного рішення.

Роботи виконуються на ЕОМ в діалоговому режимі, після виклику відповідної програми здійснюється введення даних за запитаннями з монітора. Початкові дані формуються студентами з участю викладача. Результати розрахунків аналізуються та графічно інтерпретуються. Звіт по роботі повинен містити: назву роботи, її мету, рисунки відповідних циклів з відповідним позначенням параметрів і характерних точок, початкові дані, результати розрахунків і їх графічну інтерпретацію, висновки по роботі. Основний зміст робіт – пошук оптимальних варіантів та дослідження трудомістких і складних процесів в перебігу проектування та експлуатації ДВЗ.

Загальні відомості і класифікація двз

Поршневим двигуном внутрішнього згоряння називають теплову машину, в робочому циліндрі якої проходить спалювання палива і перетворення теплоти в роботу.

Принципова схема ДВЗ показана на рисунку 10.1. Основним елементом всіх поршневих двигунів є циліндр 1 з поршнем 2, що з’єднаний кривошипно-шатунним механізмом з зовнішнім споживачем роботи. Циліндр або блок циліндрів монтується на верхній частині картера 3, а зверху закритий кришкою в якій встановлені впускний 4 і випускний 5 клапани та електрична свічка запалювання (в карбюраторних і газових двигунах), або форсунка (в дизельних двигунах) 6.

В картері монтуються колінчастий вал, кривошип 7 якого рухомо з’єднаний з шатуном 8. Верхня головка шатуна з’єднана з поршнем, який рухається в циліндрі.

Крім основних деталей двигун має ряд допоміжних механізмів, які приводяться в рух від колінчастого вала.

Крайні положення поршня називають мертвими точками: нижньою: (НМТ) і верхньою (ВМТ) відповідно. Хід поршня від НМТ до ВМТ називають тактом. Об’єм, що описує поршень за один хід називають робочим об’ємом циліндра. Суму робочих об’ємів всіх циліндрів в літрах називають літражем двигуна. Об’єм циліндра над поршнем що знаходиться у ВМТ називають об’ємом камери згоряння.

Аналіз робочого циклу в ДВЗ проводять за допомогою індикаторної діаграми, на якій графічно зображена залежність тиску в циліндрі від об’єму, зайнятого газом, або положення поршня. В процесі роботи ДВЗ індикаторна діаграма записується приєднаним до нього спеціальним приладом – динамометричним індикатором.

ДВЗ класифікують за різними ознаками: тактністю, числом циліндрів, розміщенням циліндрів тощо, але, з точки зору теплотехніки, найбільш доцільною є така класифікація:

• двигуни зі спалюванням палива при v=const – такі, що працюють за циклом Отто;

• двигуни зі спалюванням палива при р=const – такі, що працюють за циклом Дизеля;

• двигуни зі спалюванням палива спочатку при v=const, а потім при р=const – такі, що працюють за циклом Трінклера.