CC BY
101
УДК 621.43.052
РАСЧЁТ ПРОЦЕССА СГОРАНИЯ ГАЗОВОГО ДВИГАТЕЛЯ С ВЫСОКОЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ СИСТЕМОЙ ЗАЖИГАНИЯ
Ф.И Абрамчук, профессор, д.т.н., А.Н. Кабанов, аспирант, С.В. Салдаев, аспирант, ХНАДУ
Аннотация. Предложена методика расчёта процесса сгорания газового двигателя с высокоэнергетической системой зажигания. Разработана методика получения переменного показателя т из экспериментальных индикаторных диаграмм.
Ключевые слова: процесс сгорания, индикаторная диаграмма, показатель сгорания, кривая тепловыделения, газовый ДВС.
Введение
Процесс горения в цилиндре ДВС является сложным комплексом физических и химических явлений, который в настоящее время очень сложно описать аналитически без каких-либо допущений. Поэтому для расчёта рабочего процесса целесообразно использовать упрощённую модель, которая определяет закономерность тепловыделения.
Моделям процесса сгорания в двигателях с искровым зажиганием посвящено большое количество работ. Это модели Генкина К.И. [1], Иноземцева Н.В. [2], Черняка Б.Я. [4], Звонова В.А. [5] и др. Одной из простых и удобных в использовании моделей является методика Вибе И. И. [5]. Однако использование этой модели требует обработки индикаторных диаграмм, и чем больше точность экспериментальных данных, тем выше достоверность расчёта процесса сгорания. Использование автоматизированного комплекса для исследования и диагностики автотракторных двигателей «ИВК ДВС» [6] с регистрацией давлений через 1 °п.к.в. позволяет оперативно обрабатывать индикаторные диаграммы, получая зависимости тепловыделения (рис. 1).
Однако данная модель имеет недостаток. В качестве исходных данных основная величина, определяющая характер протекания процесса сгорания во времени - показатель сгорания т - задаётся как постоянная величина, в то время как в работе Филипковского А.И. [8] показано, что этот показатель изменяется с течением времени.
В то же время, методика Филипковского А.И. разрабатывалась для дизельных двигателей. Известно, что существует большая разница в протекании процесса сгорания в дизельных ДВС и двигателях с искровым зажиганием. Так, в дизелях
максимальное количество теплоты обычно выделяется в начале процесса сгорания (т = 0,1-1,2), в то время как в двигателях с искровым зажиганием - приблизительно в середине данного процесса (т = 3-4) [6]. Кроме того, отсутствуют рекомендации по выбору показателя процесса сгорания в ДВС с высокоэнергетической системой зажигания.
Поэтому уравнения, предложенные Филипков-ским А.И. для расчёта показателя сгорания т, для решения поставленной задачи не подходят. Следовательно возникает необходимость разработки методики для исследования процесса сгорания в ДВС подобного типа, что возможно сделать только основываясь на результатах экспериментальных исследований.
Цель и постановка задачи
Исходя из вышеизложенного, целью данного исследования является разработка метода определения величины переменного показателя т в процессе сгорания, а также разработка математической модели расчёта процесса сгорания газового ДВС с высокоэнергетической системой зажигания, используя переменный показатель т.
Методика определения переменного показателя т из экспериментальных данных и разработка математической модели
Кроме того, была разработана методика для определения переменного показателя т в процессе сгорания вида т = /(t , х)
, , -6,908
т =-1 - 1оег——г,
1 1п (1 - X)
Рис. 1. Копия экрана процедуры снятия индикаторной диаграммы в цилиндре газового ДВС 6Ч 13/14
где т1 - показатель сгорания; t¡ - относительное время, t¡ =0^; х1 - доля топлива, которая выгорела к моменту t¡ ; 1 - порядковый номер элемента в массиве.
Постоянный показатель сгорания определялся по методике, описанной в [6]. При обработке индикаторной диаграммы его постоянное значение составило 3,4.
На основе результатов обработки экспериментальных данных были разработаны формулы для определения переменного показателя т при расчёте процесса сгорания.
При 7~ < 0,4
0,0028 • 0,6845 + 7,6885 • Г0’6053 т = -------------------------
1 0,6845 +106053
При ~ > 0,4
= 21,792 -156,30 • % + 487,57 • Р -...
... - 654 • 7.3 + 314,7 • 74 .
1 1
Расчёт процесса сгорания при постоянном и переменном т и сравнение с результатами эксперимента
На рис. 2, 3, 4 приведены результаты расчётов при постоянном т, определённом по методике Вибе, и при переменном показателе т, рассчитанном по приведенной модели, в сравнении с результатами эксперимента.
Рис. 2. Расчётные х, Хш, xth и экспериментальная m кривые тепловыделения
В табл. 1 приведены результаты обработки расчётных и экспериментальной индикаторных диаграмм на среднее индикаторное давление. В данной таблице pim, pm, Pi - индикаторные давления
У
И!
/ / %
0.2
0.4
0.6
0.8
Я
Рис. 3. Расчётные Жт ,Жт и экспериментальная Ж кривые скоростей тепло выделения
Рис. 4. Расчётные и экспериментальная индикаторные диаграммы: — - — - — - индикаторная диаграмма, рассчитанная по модели Вибе с постоянным показателем т; - - - - - - индикаторная
диаграмма, рассчитанная по модели с переменным показателем т;-------------- - эксперименталь-
ная индикаторная диаграмма
давления, полученные при обработке индикаторных диаграмм, рассчитанных по методу Вибе с постоянным т, по модели с переменным т и полученной экспериментально соответственно.
Таблица 1 Результаты расчёта среднего индикаторного давления
Величина Ріт ріт Рі
Значение 0,732 0,754 0,751
Из табл. 1 следует, что при обработке индикаторной диаграммы, рассчитанной по методу Вибе с постоянным т, погрешность определения индикаторного давления составила 2,7 %, в то время как при расчёте по методике с переменным т погрешность определения р1 составляет 0,4 %.
При сравнении расчётных и экспериментальных диаграмм по максимальной величине давления сгорания р2 также видно, что предлагаемая методика обеспечивает более точное соответствие экспериментальным результатам (табл. 2).
Таблица 2 Сравнение расчётных и экспериментальных индикаторных диаграмм по рг
Величина ргт ргт Рг
Значение 6,68 6,58 6,61
Из табл. 2 следует, что погрешность расчётов по методу с постоянным показателем т составляет 1%, а по методике с переменным т - 0,5%.
Выводы
Для снятия индикаторных диаграмм с повышенной точностью применялся современный автоматизированный комплекс «ИВК ДВС».
Для расчёта процесса сгорания газового ДВС с высокоэнергетической системой зажигания лучше всего подходит методика Вибе.
Для повышения точности расчётов разработана методика расчёта с переменным показателем т.
Разработана методика получения значений переменного показателя т при обработке индикаторной диаграммы.
Литература
1. Генкин К.И., Анализ и расчёт влияния сгорания
на рабочий процесс в двигателе с искровым зажиганием // Сб. трудов конференции «Поршневые двигатели внутреннего сгорания». - М.: Изд-во АН СССР, 1956. - С.26-30.
2. Иноземцев Н.В., Кошкин В.К., Процессы сго-
рания в двигателях. - М.: Машгиз, 1949.
3. Вибе И.И. Тепловой расчёт двигателей внут-
реннего сгорания: Методическое пособие. -Челябинск: Изд-во ЧПИ, 1972. - 100 с.
4. Ефремов Б.Д., Черняк Б.Я. Математическая
модель процесса тепловыделения в двигателях внутреннего сгорания. Труды МАДИ. -1974. - Вып. 96. - С.48-51.
5. Звонов В.А., Николаенко В.Ф. Исследование
динамики образования окиси азота в двигателях с искровым зажиганием // Проблемы машиностроения. - 1993. - Вып. 20. - С.38-41.
6. Вибе И.И. Новое о рабочем цикле двигателей. -
М.: Машгиз, 1962. - 270 с.
7. Абрамчук Ф.И., Пойда А.Н., Ефремов А.А. и
др. Новая автоматизированная система исследования и диагностирования автотракторных двигателей // Автомобильный транспорт / Сб. научн. тр. - Харьков: Изд-во ХНАДУ. - 2005. - Вып. 17. - С.28-34.
8. Филипковский А.И.Совершенствование рабо-
чего процесса дизелей типа ЧН 32/32 на основе физического и математического моделирования: Дисс. канд. техн. наук: 05.04.02 / Харьковский политехнический институт. -Харьков, 1988. - 193 с.
Рецензент: М.А. Подригало, профессор, д.т.н., ХНАДУ.
Статья поступила в редакцию 7 апреля 2006 г.
