Математична модель бензинового двигуна, що працює за циклом Аткінсона

Abstract

В силу того, що вартість автомобільного палива має стабільну тенденцію до подорожчання та постійно посилюються законодавчі норми на викиди токсичних речовин з відпрацьованими газами, питання його економії стає вельми актуальним. Підвищення економічних показників автомобілів може бути забезпечене шляхом регулювання ступеня стиску на дросельних режимах двигуна та регулювання навантаження за рахунок зміни фаз газорозподілу. Іскрові ДВЗ, в основному, працюють у вузькому діапазоні зміни складу робочої суміші, тому на часткових навантаженнях необхідно зменшувати масу робочого тіла для підтримки необхідного складу суміші. Це, зазвичай, забезпечується дроселюванням повітря, що надходить в циліндри, і призводить до значного погіршення індикаторних показників ДВЗ через збільшення насосних витрат. Одним зі шляхів розв’язання даної проблеми є перехід від регулювання дроселюванням повітря до регулювання маси заряду шляхом затримки моменту закриття впускного клапану, тобто регулювати навантаження двигуна за способом Аткінсона. Для ДВЗ з регулюванням навантаження за способом Аткінсона стоїть завдання вибору конструктивної схеми газорозподільного механізму і параметрів робочого процесу, що можливо шляхом розробки певних методів розрахунку. Запропоновано загальну методику й математичні моделі елементів і підсистем робочого процесу ДВЗ з регулюванням навантаження за способом Аткінсона, які дозволяють проводити оцінку та вибір раціональних параметрів конструкції і робочого процесу двигуна на стадіях його розробки, доводки і дослідження. Отримані емпіричні залежності параметрів роботи двигуна, що уточнюють математичну модель робочого циклу стосовно до часткових режимів. Отримані емпіричні залежності дозволяють відстежити зміну основних параметрів робочого циклу двигуна. Математична модель враховує кінематику двигуна, а також варіанти регулювання як навантаження двигуна, так і ступеня стиску по методу Аткінсона. За результатами теоретичних досліджень за допомогою математичної моделі робочого процесу двигуна побудовані навантажувальні характеристики двигуна з регулюванням навантаження за способом Аткінсона та двигуна, що працює за циклом Отто. Відзначено, що регулювання навантаження за способом Аткінсона доцільно використовувати на режимі малих обертів, а з підвищенням обертів переходити до застосування інших допоміжних елементів конструкції двигуна. Наприклад, механічного нагнітача.The article discusses ways to improve the fuel efficiency of internal combustion engines. The main approaches to improving the fuel efficiency of automotive engines are considered. Improving the fuel economy of cars by regulating the degree of compression on the partial modes of the engine and controlling the load by changing the valve timing. Gasoline internal combustion engines operate in a narrow range of changes in the composition of the working mixture, therefore at partial loads it is necessary to reduce the mass of the working body to maintain the required composition of the mixture. This is ensured by throttling the air entering the cylinders, which leads to a significant deterioration in the indicator indicators of the internal combustion engine due to an increase in pumping losses. The solution to the problem is a transition from throttling the air to mass regulation of the charge by delaying the moment of closing the intake valve, that is, adjusting the engine load according to Atkinson's method. For the internal combustion engine with load control according to the Atkinson method, the task is to select a design scheme for the gas distribution mechanism and parameters of the working process. This is possible by developing certain calculation methods.The article proposes a general methodology and mathematical models of the elements and subsystems of the workflow of the internal combustion engine with Atkinson method load control, which allow making the choice of rational parameters of the engine design and workflow at the stages of its development, development and research. Empirical dependencies of engine opera-tion parameters are obtained. The obtained empirical dependencies allow you to track the changes in the main parameters of th eengine operating cycle.The mathematical model takes into account the kinematics of the engine, as well as options for controlling the load of the engine and the degree of compression according to the Atkinson method. According to the results of theor etical studies using the mathematical model of the engine workflow, the load characteristics of the engine with load regulation according to the Atkinson method and the engine operating in the Otto cycle are constructed. It is noted that the regulation of the load by the Atkinson method is advisable to use at low speed, and with increasing speed go to the use of other auxiliary elements of the engine design. For example, a mechanical supercharger.