Научная статья на тему 'Оптимальные по наполнению параметры газовоздушного тракта четырехтактного ДВС'

Оптимальные по наполнению параметры газовоздушного тракта четырехтактного ДВС Текст научной статьи по специальности «Физика»

CC BY
774
194
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ПОРШНЕВЫЕ ДВИГАТЕЛИ / РАБОЧИЕ ПРОЦЕССЫ / ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ / ОПТИМИЗАЦИЯ / PISTON ENGINES / WORKING PROCESSES / WAVE ACTION SIMULATION / OPTIMIZATION

Аннотация научной статьи по физике, автор научной работы — Черноусов А. А.

Решена задача оптимизации размеров газовоздушного тракта четырехтактного ДВС, расчетом найдено предельное значение коэффициента наполнения – 1,426. Параметрическая оптимизация выполнена для структурной схемы тракта с профилированными впускным и выпускным каналами. Прямой расчет газообмена выполнялся в одномерной постановке по модели, реализованной в пакете программ ALLBEA.Оптимизационная задача с ограничениями решалась инструментом многопараметрической оптимизации пакета ALLBEA по генетическому алгоритму. Полученные рекомендации и использованные инструменты применимы в проектировании и доводке ДВС.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по физике , автор научной работы — Черноусов А. А.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Optimal design of four-stroke piston engine tract

Problem of optimal design of four-stroke piston engine tract is solved. Parametric optimization is performed for the case of profiled inlet and outlet channels, and resulted in estimated value of theoretical upper limit of the volumetric efficiency (1.426). Numerical simulation of gas exchange process was carried out using quasi-one-dimensional model implemented for the software package ALLBEA. Optimization with constraints was performed using multi-parametric optimization tool of ALLBEA which is based on genetic algorithm. The tools used and the recommendations given are applicable to design and development of piston engines.

Текст научной работы на тему «Оптимальные по наполнению параметры газовоздушного тракта четырехтактного ДВС»

МАШИНОСТРОЕНИЕ

УДК: 621.43; 519.8

А. А. Черноусов

оптимальные по наполнению параметры газовоздушного тракта четырехтактного ДВС

Решена задача оптимизации размеров газовоздушного тракта четырехтактного ДВС, расчетом найдено предельное значение коэффициента наполнения - 1,426. Параметрическая оптимизация выполнена для структурной схемы тракта с профилированными впускным и выпускным каналами. Прямой расчет газообмена выполнялся в одномерной постановке по модели, реализованной в пакете программ ALLBEA. Оптимизационная задача с ограничениями решалась инструментом многопараметрической оптимизации пакета ALLBEA по генетическому алгоритму. Полученные рекомендации и использованные инструменты применимы в проектировании и доводке ДВС. Поршневые двигатели; рабочие процессы; численное моделирование; оптимизация

ВВЕДЕНИЕ

Волновые явления в газовоздушных трактах (ГВТ) в настоящее время широко используются в двигателях внутреннего сгорания (ДВС). Волновой наддув, реализованный в современных автомобильных ДВС, при согласовании волновых явлений с фазами газообмена обеспечивает существенно повышенные показатели двигателя. В варианте с регулированием эффективных длин каналов и/или фаз газообмена удается распространить положительный эффект газодинамической «настройки» ГВТ на широкий диапазон скоростных режимов работы двигателя.

Теоретический интерес представляет определение оптимальной структуры и параметров газовоздушного тракта, при которых для определенного типа ДВС достигается максимум массового циклового наполнения окислителем (воздухом) рабочей камеры (РК).

Цель данной работы состояла в расчетной оценке предельного значения коэффициента наполнения цу безнаддувного четырехтактного двигателя с «настроенной» схемой ГВТ.

Подобная задача решалась ранее Б. П. Рудым и С. Р. Березиным. В их работах было показано, что оптимальное по наполнению использование волновых явлений в ГВТ ДВС реализуется в схеме с индивидуальными «настроенными» впускным и выпускным каналами. В работе [1] приведены результаты параметрической оптимизации, и полученное из расчетов значение £

1"! у тах = 1,33- . Однако задача была постав-

в -1

лена на основе иных физических допущений и была применена иная численная реализация модели нестационарного течения в ГВТ, нежели в данной работе.

Контактная информация: 8 (347) 272-84-05

Задача в данной работе ставилась для аналогичного по структуре ГВТ и решалась как задача многопараметрической оптимизации. Для моделирования газообмена применены модели процессов, описывающие нестационарное течение в ГВТ и процесс в РК ДВС в одномерном приближении. Эти модели реализованны в библиотеке gasdyn для пакета программ ALLBEA [2]. Оптимизационная задача с ограничениями решалась встроенным в ALLBEA инструментом многопараметрической оптимизации, реализующем генетический алгоритм.

Полученное в данной работе решение выражено в безразмерных величинах, что делает его применимым к 4-тактным ДВС любой размерности с идентичной схемой ГВТ.

Найденная расчетным путем предельная величина цу , а также оптимальное сочетание приведенных оборотов двигателя, параметров профиля ГВТ и фаз газораспределения могут служить ориентировочноыми рекомендациями. Расчетная методика и сами применяемые программные инструменты могут настраиваться на широкий круг проектировочных и доводочных задач в области газообмена и рабочего процесса

Двс.

ИСХОДНАЯ ЗАВИСИМОСТЬ ДЛЯ КОЭФФИЦИЕНТА НАПОЛНЕНИЯ

Ограничимся установившимися режимами, когда любой показатель ДВС \|/ = [Св, N; , ... ] , где G — расход воздуха; N1 — индикаторная мощность; зависит от двух «режимных» параметров, характеризующих соответственно скоростной и нагрузочный режимы: например

1 =\|'(п, а , ...) , где п — обороты вала двигателя, а — коэффициент избытка воздуха. Предельные мощностные показатели дви-

гателя (индикаторные мощность N. , крутящий момент М , эффективные показатели) выявляются по абсолютной внешней скоростной характеристике (ВСХ), когда фиксируется а(п) в силу чего далее имеем в виду V = 1|" (п, ...) . В эту многопараметрическую зависимость для заданного двигателя войдут, помимо параметра скоростного режима и параметров состояния в атмосфере (р T0) также влияющие на показатели ДВС параметры конструкции.

Расход воздуха через двигатель и показатели его мощности при прочих равных условиях прямо зависят от m - массы воздуха, поданного в РК в данном цикле и оставшегося в ней к моменту t = ta завершения газообмена:

С, = / • г Ч>- твц, Nг = ни^г,

N = N¿1,, ,

где / - частота рабочих циклов (для четырехтактного ДВС / = п/30), / - число цилиндров, ф -коэффициент продувки, учитывающий безвозвратные потери свежего заряда в выпускную систему, ц. и цм - индикаторный и механический КПД, а = т / (1т ) - коэффициент избытка свежего воздуха по отношению топливу в самой РК как при внешнем (Ч = Чта/0), так и при внутреннем (Ч = От фа/0) смесеобразовании.

Масса свежего воздуха в РК т в среднем цикле на практике определяется по Ов с точностью до недоступного прямым измерениям коэффициента ф, в теории - выражается интегралом по объему

■ (1)

т. Ц = I (( ,Р ,

РК (*а )

где р(г 0 - плотность рабочей смеси, Ув(г, ¿) -массовая доля свежего воздуха в объеме РК в момент ta завершения процессов газообмена в данном цикле.

Для удобства сравнения двигателей различной размерности (с диаметром цилиндра й или рабочим объемом V) по показателю качества газообмена т данную величину относят к характерной массе воздуха и получают коэффициент наполнения

т„

(2)

где р0 = р0/(ЛТ0) - плотность воздуха в окружающей атмосфере (для безнаддувных ДВС; для

двигателей с наддувом вместо р0 берется плотность рк за компрессором).

Масса т - интегральный показатель слож-

вц *

ных нестационарных термо- и газодинамических, физических и кинетических процессов, протекающих в (г, ¿). Выясняя, какие определяющие параметры (факторы) влияют на т , делаем определенные допущения. Так, полагаем, что для ДВС с подобными в (г 1) очертаниями ГВТ интегральные показатели процессов газообмена, как и процессов в РК при закрытых органах газообмена, определяются скоростным режимом п (или /), величинами р0 , Т0 и свойствами атмосферного воздуха при указанных значениях параметров состояния, и заданной зависимостью а(п). Должно быть задано также распределение Т = Т (...) на стенках ГВТ; в предположении о его подобии для класса подобных (г Ов ГВТ температура точек поверхности ГВТ параметризуется характерным значением Т

При таких допущениях функциональная связь - зависимость массового наполнения от определяющих факторов - примет вид

т = т (й ,f р , Т , Т , с , с , ц0 , 10 , D ) (3)

вц вц4 ц’^’ 0 ’ 0 7 м ’ р0" у0 ?г0 ’ 0’ в0 ' 4 '

В (3) учтены параметры теплофизических свойств окислителя Ср0 , с0, т0 , 10 , Dв0 - для приближенного учета возможных отклонений его свойств от свойств воздуха.

Зависимость (3) выражает связь между п+1 = 11 параметрами, размерности которых выражаются через к = 4 основные единицы системы СИ: кг, м, с и К. Согласно П-теореме, безразмерных параметров обобщенной функциональной связи в данном случае должно быть п + 1 - к = 7 . Комбинируя размерные параметры (3) в безразмерные комплексы и симплексы, получим, например, следующий вид искомой зависимости:

Ср0 Т0т» ц = Ср0Т0т.ц ( fdц Pofd2ц

Р0йвц Р0йц д/Ср0Г0 , СР0Т0^0 , Т0 ,

С

рО №оСр М"0Ср оТо

С

),

(4)

в которой

М VСроТ и р„/</(СР 0Т0 Цо

параметры, характеризующие режим течения в ГВТ - аналоги чисел М (или БИ) и Яе, / Т0 = 9^ -

температурный фактор, у0 = Ср0 /с0 - отношение теплоемкостей, т0ср0 /10 = Рг0 - число Прандтля,

IVyTo / Р DB0 ) = ScB - число Шмидта. Предполагая в качестве окислителя только воздух (R = = cp(T) - с(Т) = 287,1 Дж/(кг • К), go = 1,40 = /c^,

Pr ~ Scb0 ~ 0,72), можно исключить g0 , числа Pr0 и Scb0 из набора определяющих параметров задачи. Тогда оставшиеся безразмерные параметры зависимости (4) - при следующем из подобия ГВТ постоянстве относительных размеров и выбранных значениях g0 и R0 параметров уравнений состояния р0 = p0/(RT0) и c0 = RT0 станут параметрами зависимости, например, следующего вида:

hv = hv (M , Ren , 6J. (5)

Числом Мп = ип/с0 в (5) учитываются проявления сжимаемости в потоке и степень согласованности (гомохронности) волновых явлений и перемещений поршня; здесь ип = 2fS - средняя скорость поршня, S = 2r = (S/D) • d - ход поршня, равный удвоенному радиусу r кривошипа.

Число Reu = р0 ип d / |0 приближенно характеризует здесь проявления всех эффектов молекулярного переноса, а величина 0w позволяет учесть тепловое состояния двигателя.

Таким образом, зависимость (5) справедлива с учетом сделанных допущений, т. е. в рамках приближенного подобия она описывает влияние на наполнение «режимных» факторов в ДВС с подобными в (r, t) очертаниями ГВТ при заданном уровне нагрузки a (n) - например, по абсолютной ВСХ. Из (5) следует, что в таких ДВС при одинаковых значениях Мп , Reп и 0 режимах будет достигаться примерно одинаковые значения hV.

Упростить (5) далее можно, если принять течения в ГВТ ДВС (характеризуемые большими значениями числа ReJ автомодельными по этому критерию подобия, а также пренебречь температурным фактором 0w ; зависимость для коэффициента наполнения прмет в этом случае еще более «вырожденный» вид:

hv = hv M ) (6)

Упрощать далее (6) неправомерно, так как Мп учитывает сжимаемость рабочего тела и несогласованность его волнового движения с движениями поршня и органов газообмена - эффекты, лежащие в основе нестационарных газодинамических явлений в ГВТ ДВС.

ПАРАМЕТРИЗАЦИЯ ЗАВИСИМОСТИ ДЛЯ КОЭФФИЦИЕНТА НАПОЛНЕНИЯ

Практическим приложением теории газообмена ДВС [1] является отыскание конструктивного исполнения ГВТ для оптимальной организации газообмена (в первую очередь по критерию ). Уже из (6) следует, что при фиксированном в (г, і) ГВТ экстремуму ^Ртах соответствует определенное значение приведенного числа оборотов вала Мп .

Принята фиксированная (рекомендованная в [1]) структурная схема ГВТ двигателя с индивидуальными впускными и выпускными каналами (рис. 1). Задача оптимизации поставлена для четырехклапанного варианта ГВТ, с соответствующими ограничениями на площади каналов в головке цилиндров и на величины подъема тарельчатых клапанов.

Рис. 1. Параметризованный ГВТ 4-тактного ДВС с индивидуальными каналами

Параметризация геометрических очертаний ГВТ в (г, і) позволяет (для выбранной конструктивной схемы ГВТ) ставить, например, задачу отыскания предельного значения при оптимальном сочетании как частоты циклов Мп, так и конструктивных размеров ГВТ, в первую очередь - параметров, определяющих длины и профили каналов и законы открытия органов газообмена.

Для выбранной схемы ГВТ (рис. 1) ДВС размерности а?ц были выделены для оптимизации следующие параметры и параметрически заданные зависимости, влияющие на массовое наполнение:

• ход поршня Б (определяющий радиус кривошипа г = Б/2); на величину Б было наложено ограничение Б > 0,8 а?ц;

• длина шатуна I (определяющая, совместно с г, закон движения поршня на данных оборотах п); отношение 1 = г/1 варьировалось в диапазоне

0,193...0,32;

• геометрическая степень сжатия e связывающая рабочий Vh и минимальный Vc объемы РК выражением e = (Vh + Vc)/Vc ; величина e варьи-ровалсь в диапазоне 8,5...11,6;

• профиль впускного канала задавался по 4 узловым точкам семью параметрами: L ... , L3 и d 0, ... , d 3 с применением кубической интерполяции зависимости d (х), х е [0, L 3]; выходной диаметр выпускного канала был ограничен: d < 2,5d

вп 3 вп 0

• профиль выпускного канала также задавался по 4 узловым точкам: L ,, ... , L . и d „, ... , d „ с

J вп 1? 5 вп 3 вп 0’ ’ вп 4

кубической интерполяцией d (х), х е [0, L 3]; выходной диаметр канала также был ограничен условием dBbm 3 < 2,5dBHH 0; кроме того, на диаметры примыкающих к головке цилиндра сечений каналов (на всем протяжении принятых круглыми) было наложено ограничение d + d „ < 0,72d ;

А вп 0 вып 0 7 Д-'

• фазы впуска и выпуска задавались четырьмя выраженными в угловой мере параметрами -Фвп 0, Афвп, фвып 0 Афвып - углами начала открытия и продожительностью открытия впускного и выпускного клапанов; безразмерные законы их открытия

h (ф) = h (ф)/ h ,

вп vt/ вп vt/ вп max'

h (ф) = h (ф)/ h

вып вып вып max

были взяты от некоторого гоночного двигателя; они и подставлялись в зависимости для потерь полного давления вида с (M, h. ), полученные по расчетной методике для текущей геометрии клапанов. при этом относительные значения максимальных подъемов клапанов были зафиксированы:

h = h / d = 0,3649,

вп max вп max вп 0 ’ '

h = h / d = 0,4178.

вып max вып max вып 0

Проведенная параметризация ГВТ заданной структуры, очевидно, добавляет в (6) новые безразмерные параметры (в основном - симплексы), в результате чего получается зависимость hV от 22 определяющих параметров:

Tlv =Цv(Mn, S Д = r d*_ 1

LB„ i = —, ..., LBn з,

0 '

вп 0

., d

вп 3,

L

L

вьш 1

'вып 1

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

вьшЗ,

d

вып 0

вып 0

d

..., d

вьшЗ,

ПОСТАНОВКА задачи И ПОРЯДОК РЕШЕНИЯ

Задача отыскания глобального максимума (7) в пространстве определяющих параметров решалась при указанных выше ограничениях.

Для решения использованы компоненты пакета прикладных программ (ППП) ALLBEA [3]: (а) программа-препроцессор исходных данных allbea-prepr и (б) программа allbea-optim, реализующая генетический алгоритм оптимизации.

Для построения структурной схемы ГВТ двигателя и решения прямой задачи - вычисления целевой функции (ЦФ) по (7) - применен ППП Horsepower Lab 1D [4]; в нем используется библиотека прикладных модулей gasdyn, разрабатываемая [2] для применения в ППП ALLBEA.

В графической среде ППП Horsepower Lab 1D hplldw собрана показанная на рис. 2 схема модели ГВТ («сборка») и заданы условия однозначности и параметры дискретизации для численного расчета.

Фвпo, АФвп,Фвы„o, АФвып).

(7)

Рис. 2. Структурная схема модели ГВТ двигателя

В дополнение к указанным выше ограничениям и константам, в условиях однозначности были заданы: диаметр цилиндра йц = 50 мм и параметры в атмосфере р0- 100 кПа и Т0 = 300 К, а также параметры модели топлива и рабочего процесса, а именно: топливо - бензин среднего состава с Ии = 43,9 МДж/кг, смесеобразование -внутреннее при а = 1,05 модель выгорания в цилиндре - интегральная модель Вибе с параметром формы т = 1,5; процесс сгорания - Дф = 50° по углу поворота коленчатого вала (ПКВ), полнота сгорания - хг = 0,99; угол начала видимого сгорания - ф^ = 19,5° до верхней мертвой точки (подобран как наивыгоднейший по критерию ц. ).

Потери воздуха при продувке (течение при одновременно открытых впускных и выпускных клапанах) оценивались по модели мгновенного перемешивания в РК.

Заданные для расчетов характеристики впускных и выпускных органов газообмена - тарельчатых клапанов - были получены по методике [5], в ходе которой для ряда высот подъема И. рассчитываются течения газа через клапаны во всем диапазоне возможных расходов и для обоих направлений. Численные расчеты выполнялись в осесимметричной постановке (рис. 3).

Рис. 3. Поле М (x, r) на выпускном клапане

Результаты расчетов обработаны в форме зависимостей с(МТ , к. ) , где с - коэффициент сохранения полного давления, МТ - число МТ=ит/ст, приведенное к граничному сечению канала («трубы»), к. = к. / й. 0, где й. 0 - диаметр примыкающего к цилиндру сечения канала в модели, здесь - номинальный диаметр горловины клапанного канала (рис. 4).

Вход во впускной канал из атмосферы и выход из выпускного канала моделировались соответственно как втекание без потерь полного давления и свободное истечение из канала.

Дифференциальные уравнения модели интегрировались в расчетной программе численным методом второго порядка по времени с шагом по углу ПКВ, равным Дф = 0,5°. Расчет нестационарного течения в ГВТ проводился до 20-го цикла (28 800 шагов). При указанных дискретности в численном расчете достигалась практическая сходимость: во-первых, в смысле независимости решения от шага дискретизации, т. е. шагов расчетной сетки в (х, 0 (отклонение показателей -не более 0,2%). Во-вторых, достигалась сходимость к «регулярному» численному решению -отличие интегральных показателей последних циклов наблюдалось в пятом десятичном знаке.

После отладки модели в среде hpl1dw текстовые файлы расчетного проекта были параметризованы; их шаблонные версии использовались при решении оптимизационной (обратной) задачи.

Встроенный в программу аПЬеа-орйт генетический алгоритм - универсальный итерационный метод поиска оптимального описания

некоторого объекта, имитирующий эволюцию (точнее, искусственно ускоренную селекцию). Признаки объекта (здесь - все его параметры, выраженные вещественными числами) кодируются простой линейной структурой данных (массивом нулей и единиц), выполняющей роль «генотипа» объекта.

Мт

а

1

0.8 !■=“ 0,6

<

b 0,4 0.2

0.2 0.4 0.6 0.8 1

Л/т

б

Рис. 4. Расчетные зависимости с(МТ , к. ) при разных значениях подъема для: а - истечения через выпускной клапан; б - втекания через впускной клапан

Над набором таких структур объектов на каждой итерации алгоритма производятся операции, приводящие к улучшению «генофонда» «популяции» от поколения к «поколению» - мутации, скрещивание («кроссовер»), отбор/выбраковка, сохранение элитных «производителей». Оценка соответствия объекта (члена популяции) критерию оптимальности выполняется в пользовательском модуле, служащем для расчета ЦФ по параметрам («признакам») объекта.

В данном проекте программа allbea-optim из ППП ALLBEA настраивалась на задачу динамическим подключением программного

0 \\

\ 0,0575 ■

\ 0.1149 — «

* 0,1724......■ *

0.2299 —»0,2873 •

0ДІ48 —•0,4023 •

модуля, написанного на языке C++. Там запрограммированы: параметризация данных, запуск программы-солвера hpllds и вычисление ЦФ по результатам решения солвером прямой задачи моделирования газообмена. Ограничения на значения оптимизируемых параметров реализованы по методу штрафных функций.

При оптимизационном подборе параметров в расчете значение каждого из них варьировалось на 2к уровнях, где к принимался для разных параметров от 5 до 11; весь «генотип» экземпляра кодировался 199-значным двоичным числом. Настройки диапазонов и дискретность варьирования параметров, а также настройки метода оптимизации прередавались программе allbea-optim через конфигурационный файл.

Управление компиляцией и тестированием пользовательского кода и собственно решением обратной задачи реализовано с помощью стандартного системного средства make; команды, автоматизирующие расчет и представление данных по проекту, сохранены в текстовом файле Makefile.

Оптимизационный расчет проводился при следующих настройках алгоритма: число экземпляров в популяции - 50; число элитных экземпляров - 10; коэффициент мутаций - 0,20; коэффициент кроссовера - 0,2.

РЕЗУЛЬТАТЫ

Расчеты для оценки ЦФ запускались последовательно на 1 ядре процессора AMD Phenom

II с тактовой частотой 3,6 ГГц.

Оптимум был выявлен к 180-му поколению (при 60 экземплярах в популяции); время счета составило 17 ч. При этом число запусков сол-вера hplids для оценки ЦФ составило 10625, в среднем затраты времени ЦПУ составляли 5,73 c времени на 1 расчет.

В результате оптимизации определено значение максимума ЦФ (7): hVmax = 1,426. Коэффициент продувки (характеризующий потери воздуха при продувке) составил ф = 1,196. Координаты максимума hV в пространстве определяющих параметров приведены ниже.

Так, оптимальное значение «режимного» параметра Мп=uh/cq (приведенных оборотов ДВС) оказалось равным 0,0362. Таким образом, при конкретномзначениискоростизвукаватмосфере: c0 = 347,3 м/с (из условий однозначности) «опти-

мальные» обороты двигателя: п = 9310 об/мин; средняя скорость поршня: ип = 12,6 м/с.

Оптимальные значения конструктивных параметров ГВТ следующие:

- отношение хода поршня к диаметру цидин-дра: S/dп = 0,8;

- отношение радиуса кривошипа к длине шатуна: г/1 = 0,32;

- геометрическая степень сжатия: е = 8,5.

Как можно видеть, при поиске максимума

«сработали» заданные ограничения: для е и

S/йп - ограничения на минимальное значение, для г/1 - на максимальное. Объяснение очевидное: с уменьшением степени сжатия (и степени расширения) повышается располагаемая работа продуктов сгорания, истекающих в выпускную систему в период свободного выпуска; уменьшение отношения хода поршня к диаметру цилиндра позволяет наращивать проходное сечение клапанов и каналов.

Повышение же г/1 при прочих равных условиях увеличивает пиковые скорости и ускорения поршня, что должно приводить к передаче большей работы насосных ходов волновому процессу в ГВТ.

Параметры оптимальных профилей впускного и выпускного канала приведены в табл. 1.

Таблица 1

Профили впускного и выпускного каналов

і 0 1 2 3

Lbu і 0 3,253 3,868 11,060

d вп і 0,3950 0,4009 0,4539 0,9792

L вып і 0 4,478 15,465 17,410

d ВЫП і 0,3230 0,3690 0,4164 0,5458

Оптимальные фазы газообмена приведены в табл. 2.

Таблица 2 Фазы газообмена (в угла ПКВ)

Фвпо АФвп Ф ВЫП 0 АФвьш

276,25 360,00 115,75 387,25

Соответствующие оптимальному решению расчетные зависимости для давлений в цилиндре, перед впускными и за выпускными клапанами показаны на рис. 5. Там же показаны законы открытия клапанов.

^,°ПКВ

Рис. 5. Расчетные кривые давления в трех точках

ГВТ и законы открытия клапанов по углу ПКВ

Как можно видеть из рис. 5, для найденного оптимального по наполнению ГВТ перекрытие клапанов получилось весьма существенным.

заключение

В работе получено решение задачи из области теории газообмена ДВС. Теоретически (численным расчетом по модели квазиодномер-ной газовой динамики) оценено предельно достижимое значение коэффициента наполнения четырехтактного ДВС с индивидуальными («настроенными») каналами: цГтах = 1,426. Определены соответствующие условия - приведенные обороты вала двигателя, профили впускного и выпускного каналов.

Результаты обработаны в безразмерных переменных и могут служить рекомендациями по выбору частоты вращения, профилей каналов и фаз газораспределения реальных форсированных ДВС с идентичным по структуре газовоздушным трактом и различными диаметрами цилиндра.

Полученные результаты имеют теоретическое значение. Для практики же проектирования и доводки двигателей, в которых используются нестационарные газодинамические эффекты,

будут полезны примененные в работе программные инструменты и методика (технология).

Опыт практических расчетов процессов в ДВС с интенсивными волновыми явлениями в газовоздушном тракте показывает важность решения обратных задач в применяемой методологии. Модель процессов в газовоздушном тракте ДВС, как правило, только после соответствующей верификации (подтверждения удовлетворительной достоверности получаемых результатов и универсальности модели) может быть применена как инструмент проектировочного расчета.

Как идентификации, так и оптимизация -многопараметрические «обратные» задачи, решение которых при проведении расчетных работ должно быть автоматизировано.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Рудой Б. П. Теория газообмена ДВС: учеб. пособие. Уфа: УАИ, 1978. 110 с.

2. Еникеев Р. Д., черноусов А. А. Проектирование и реализации пакета прикладных программ для анализа и синтеза сложных технических объектов // Вестник УГАТУ, Уфа, 2012. Т. 16, №4 (49).

3. Еникеев Р. Д. Свид. 2011619399. Программный комплекс для численного моделирования сложных технических объектов ALLBEA / Р. Д. Еникеев, А. А. Черноусов, С. А. Загайко, Ю. Р. Вахитов, А. О. Борисов. М.: Роспатент, 2011.

4. черноусов А. А. Свид. 2010613235. Программа для численного моделирования процессов в газовоздушных трактах двигателей внутреннего сгорания Horsepower Lab 1D - М.: Роспатент, 2010.

5. Рудой Б. П., черноусов А. А. Определение коэффициентов гидравлических потерь в вычислительном эксперименте // Актуальные проблемы авиадви-гателестроения: межвуз. научн. сб-к. Уфа: УГАТУ 1998. С. 189-197.

ОБ АВТОРЕ

черноусов Андрей Александрович, доц. каф. двигателей внутреннего сгорания. Дипл. инж.-мех. (УГАТУ, 1994). Канд. техн. наук по тепловым двигателям (УГАТУ, 1998). Иссл. в обл. численного моделирования газообмена и систем имитационного моделирования ДВС.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.