4.3 Анализ физических операций элементов дизельного двигателя.

 Для углубленного изучения машин и механизмов целесообразно использовать методы функционально-физического анализа, базирующиеся на представлении их в виде технических систем, что позволяет использовать ряд формальных моделей систем для формирования описаний технических систем. Последовательность и методы решения задач анализа данной машины и ее механизмов базируется на использовании ряда описаний технических систем, имеющих иерархическую соподчиненность.

Описания характеризуются двумя свойствами:

а) каждое последующее описание является более детальным и более полно характеризует техническую систему по сравнению с предыдущим;

б) каждое последующее описание включает предыдущее.

Такие свойства имеют следующие описания технической системы: назначение; техническая функция; функциональные структуры; физический принцип действия.

Описание технической функции технической системы базируется на формальной модели типа «черный ящик».

Функциональные структуры технических систем базируются на формальной модели структуры системы, соединяющей в себе формальные модели состава и отношений (связей).

Модель состава технической системы строится путем разделения (рекомендации) системы на элементы и в общем случае представляет собой многоуровневую иерархическую систему. Каждый элемент выполняет определенную функцию и реализует определенную физическую операцию, то есть между элементами имеют два вида связей и соответственно два вида их структурной организации.

Функционирование технической системы должно обеспечить реализацию ее назначения.

Под функционированием технической системы будем понимать набор технических функций, характеризующих способ действия технической системы, обеспечивающий ее назначение.

Техническая функция – способность технической системы при определенных условиях преобразовывать входную величину в требуемую выходную величину, обеспечивая четкое соответствие зависимой выходной величины от независимой входной.

Описание технической функции содержит информацию о назначении технической системы и физической операции (физическом превращении, преобразовании) с помощью которой реализуется назначение технической системы.

Таким образом, описание технической функции состоит из двух частей:

F = (N, Q)

где N – назначение технической системы;

Q – физическая операция.

Описание физических операций формализовано можно представить состоящих из трех компонент:

Q = (A_T, E, C_T)

где A_T, C_T – соответственно, входной и выходной поток (фактор) вещества, энергии или информации;

E – наименование операции Коллера по превращению A_T в C_T.

Это описание отвечает на вопрос “что” (at), “как” (е), “во что” (ct) преобразуется с помощью описываемой технической системы.

Число входов А_Т, действий Е и выходов С_Т в общем случае произвольное. Иначе говоря, под физической операцией будем подразумевать физическое преобразование заданного входного потока, или фактора, в выходной поток (фактор).

 

Таблица 8.

Формализованное описание технических функций дизельных двс.

Наименование элемента	Ат	Е	Ст
Система питания	Топливо Механическая энергия	Соединение	Энергия потока топлива
Система пуска	Энергия или топливо	Преобразование	Механическая энергия вращательного движения
Система охлаждения	Жидкость Механическая энергия	Соединение	Энергия потока жидкости
Система смазки	Масло Механическая энергия	Соединение	Энергия потока жидкости
Газораспределительный механизм	Внешняя среда (Поток воздуха)	Связь-прерывание	Внешняя среда (Отработавшие газы)
Кривошипно-шатунный механизм	Химическая энергия топлива	Преобразование	Механическая энергия вращательного движения
Блок-картер	Топливо Воздух	Соединение-разъединение	Химическая энергия топлива
Двигатель	Подводимая энергия или вещество	Преобразование	Механическая энергия

 

Потоковая функциональная (ПФС) структура сроится на базе таб. 8 полученного формализованного описания физических операций элементов дизельного двигателя.

Различают две разновидности ПФС: конкретизированная ПФС, у которой в вершинах графа указаны элементы; и абстрагированная ПФС, у которой в вершинах графа указаны операции Коллера. Абстрагированную ПФС называют также структурой физических операций.

Таким образом, существуют функциональные структуры технических систем (ТС) двух типов: КФС и ПФС которые дополняют друг друга.

В ПФС каждый элемент реализует определенную физическую операцию (ФО). Такая реализация происходит на основе одного или нескольких физико-технических эффектов (ФТЭ).

Под ФТЭ будем понимать различные приложения физических законов, закономерностей и следствий из них, физические эффекты и явления, которые могут быть использованы в технических устройствах. Как правило, в физико-технических эффектах имеет место определенная причинно-следственная связь между “входом” и “выходом”. Физико-технический эффект должен иметь стандартное формализованное (имеющее определенную структуру) описание.

Для того чтобы построить потоковую функциональную структуру дизельного двигателя, необходимо провести анализ последовательности физических операций элементов дизельного двигателя.

 

Таблица 9.

Анализ последовательности физических операций дизельного ДВС.

№ элемента	Наименование элемента	Физическая операция
		Вход Ат	№ «источника»	Операция Е	Выход Ст	№ «приемника»
0-1	Технологическая машина
0-2	Окружающая среда
1	Кривошипно-шатунный механизм	Химическая энергия топлива	7	Преобразование	Механическая энергия вращательного движения	0-1
2	Газораспределительный механизм	Воздух	0-2	Связь-прерывание	Отработавшие газы	0-2
3	Система питания	Топливо и механическая энергия	1	Соединение	энергия потока топлива	7
4	Система пуска	Энергия или топливо	-	Преобразование	Механическая энергия вращательного движения	1
5	Система охлаждения	Жидкость Механическая энергия	1	Соединение	Энергия потока жидкости	7
6	Система смазки	Масло Механическая энергия	1	Соединение	Энергия потока масла	1 2 7
7	Блок-картер	Топливо Воздух	3 2	Соединение-разъединение	Химическая энергия топлива	1

 

На основе данных таб. 9 строим потоковую функциональную структуру (ПФС) дизельного двигателя.

Потоковая функциональная структура дает нам представление о физических операциях которые выполняют основные элементы дизельного двигателя и показывает взаимосвязь между ними.

Рис.7 Потоковая функциональная структура дизельного двигателя внутреннего сгорания (КФС).