Математичне моделювання впливу параметрів двигуна внутрішнього згоряння на динаміку розгону автомобіля

Abstract

Прийомистість автомобіля визначає його динамічні властивості і характеризується часом розгону від 0 до 100 км/год. Експериментальне дослідження впливу параметрів автомобіля на його прийомистість пов’язане зі значними матеріальними і трудовими витратами. На стадії ескізної проробки конструкції автомобіля, попереднього визначення конструктивних параметрів і налаштувань раціонально використання математичних моделей. В існуючих моделях динаміки руху транспортних засобів потужність двигуна, як правило, задається емпіричними залежностями і не враховує можливості зміни його параметрів і характеристик. В роботі запропоновано математичну модель, яка поєднує моделі робочого процесу двигуна і динаміки розгону автомобіля. Математична модель робочого процесу двигуна – квазістаціонарна термодинамічна модель, у якій згоряння описується рівнянням Вібе, а теплообмін зі стінками – рівнянням Вошні. Для перевірки її адекватності проведено експериментальне дослідження двигуна ВАЗ-2108 з отриманням зовнішньої швидкісної, навантажувальної і регулювальних характеристик. Показано добре погодження розрахункових і експериментальних даних. Моделювання розгону автомобіля проводилося за методикою Є. А.Чудакова. Визначено параметри автомобіля ВАЗ-2108 і сили опору при його русі в процесі розгону від 0 до 100 км/год. Показано, що автомобіль розганяється від 0 до 100 км/год за 18,3 с, що відповідає експериментальним даним і свідчить про адекватність обраної методики. Досліджено вплив зміни параметрів і налаштувань двигуна на динаміку розгону автомобіля. Показано, що за умови досягнення кращої динаміки руху діаметр циліндра і ступінь стиску потрібно максимально збільшувати. Кут випередження запалювання, кут закриття впускного кла-пану і коефіцієнт надлишку повітря мають екстремуми. Показано ефективність використання 16-клапанної головки циліндрів замість 8-клапанної. За результатами проведених досліджень запропоновано застосувати комплект параметрів двигуна, що дозволив зменшити час розгону автомобіля ВАЗ-2108 з 18,3 с до 13,2 с. Таким чином, розроблена математична модель дозволяє кількісно оцінювати вплив параметрів двигуна на динаміку розгону автомобіля, проводити оптимізацію параметрів і налаштувань силової установки і транспортного засобу в цілому.The throttle response of a vehicle determines its dynamic properties and is characterized by an acceleration time from 0 to 100 km/h. An experimental study of the influence of vehicle parameters on its throttle response is associated with significant material and labor costs. At the stage of sketching the design of the vehicle, preliminary determination of design parameters and settings, it is rational to use mathematical models. In the existing models of the vehicles movement dynamics, the engine power, as a rule, is set by empirical dependencies and does not take into account the possibility of changing its parameters and characteristics. The paper proposes a mathematical model that combines models of the engine workflow and the dynamics of vehicle acceleration. The mathematical model of the engine workflow is a quasi-stationary thermodynamic model, in which combustion is described by the Vibe equation, and heat transfer with the walls is described by the Woschni equation. To check its adequacy, an experimental study of the VAZ-2108 engine was carried out to obtain external speed, load and control characteristics. Good agreement between the calculated and experimental data is shown. Vehicle acceleration simulation was carried out according to the method of E.A. Chudakov. The parameters of the VAZ-2108 car and the resistance forces during acceleration from 0 to 100 km / h have been determined. It is shown that the car accelerates from 0 to 100 km / h in 18.3 s, which corresponds to the experimental data and indicates the adequacy of the chosen techniques. The influence of changing the parameters and settings of the engine on the dynamics of vehicle acceleration has been investigated. It is shown that in order to achieve better dynamics of motion, the cylinder diameter and compression ratio must be maximized. The ignition timing, intake valve closing angle and excess air ratio have extremes. The efficiency of using a 16-valve cylinder head instead of an 8-valve one is shown. Based on the results of the studies, it was proposed to apply a set of engine parameters, which made it possible to reduce the acceleration time of the VAZ-2108 from 18.3 s to 13.2 s. Thus, the developed mathematical model makes it possible to quantitatively evaluate the influence of engine parameters on the dynamics of vehicle acceleration, to optimize the parameters and settings of the power plant and the vehicle as a whole.