ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ТЕПЛОВОГО И ДИНАМИЧЕСКОГО РАСЧЁТА ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

 

Капустин Р.П., Рогалёв В.В.  (БГИТА, г.Брянск, РФ)

 

Software of thermal and dynamic calculation of an internal combustion engine.

 

Ключевые слова: расчёт двигателя, двигатель внутреннего сгорания

Key words: engine calculation, internal combustion engine

 

Совремённые двигатели характеризуются высокими показателями эффективности рабочего процесса: эффективный КПД достигает 45…54%, среднее эффективное давление превышает  2 МПа. Такие высокие показатели стали возможны благодаря совремённой организации рабочего процесса.  Возможности улучшения рабочего процесса не исчерпаны, в частности,  в настоящее время уделяется большое внимание правильной организации рабочего процесса на частичных режимах работы двигателя, созданию высокоэкономичных и малотоксичных двигателей, в том числе двигателей, работающих на альтернативных видах топлива и водотопливных эмульсиях, а также созданию двигателей с управляемым рабочим процессом и т.д.

На 4 году обучения студенты САТ выполняют курсовую работу по тепловому и динамическому расчёту двигателя автомобиля.  

Расчёт двигателя производят на основе существующего прототипа в соответствии с требованиями задания и назначением.

На первом этапе выполнения теплового расчёта, следуя рекомендациям литературных источников, разрабатывается комплекс мероприятий, направленных на обеспечение заданного значения эффективной мощности двигателя при снижении удельного эффективного расхода топлива по сравнению с прототипом. Далее выполняется тепловой расчёт, и полученные результаты сравниваются с заданием. При несовпадении мощности предложенный комплекс мероприятий корректируется, и расчёт повторяется до получения удовлетворительных результатов.

Поскольку тепловой и динамический расчёт двигателя является трудоёмким процессом, он проводится на ЭВМ.

Использование ЭВМ дает возможность выполнять большое количество вариантов теплового расчета с тем, чтобы выбрать оптимальное сочетание параметров, обеспечивающих увеличение мощности при одновременном снижении расхода топлива. Для этого разработана программа для персональной ЭВМ, реализующая алгоритм теплового расчета карбюраторного двигателя: TEPLOKAR  для расчёта бензинового двигателя, TEPLO1 для расчёта дизельного двигателя.

Исходные данные для расчета подготавливаются в виде отдельного файла, который может иметь произвольное имя.

Структура файла исходных данных:

 

Mеханический К П Д	!  0.95   !
Коэффициент остаточных газов	!  0.03   !
Коэффициент избытка воздуха	!  0.98   !
Действительная степень сжатия	!  9.5     !
Диаметр цилиндра	! 0.092  !М
Ход поршня	! 0.086  !M
Частота вращения коленчатого вала	!  6530  !мин-1
Число цилиндров	!     4.    !
Марка бензина	!АИ-92 !

 

Для обеспечения работы с программой имеются предварительно подготовленные файлы исходных данных по основным типам двигателей. Имена этих файлов совпада­ют с названиями двигателей, например, GAZ24, GAZ66, GAZ3102, VAZ2108 и др. Численные значения величин должны иметь десятичную точку и располагаться между знаками «!», а сами знаки  «!» должны размещаться в тех же позициях текстовой строки, что и в корректируемом файле.

Методика теплового расчёта требует задать в качестве исходных данных для теплового расчета двигателя химический состав и низшую теплотворную способность топлива; коэффициенты использования теплоты в различных точках индикаторной диаграммы; степень подогрева заряда на входе в цилиндр и др. Все эти величины выбираются программой автоматически.

После запуска программы на экране дисплея возникает надпись "Ука­жи имя файла, откуда  производится ввод исходных данных". В ответ на все запросы программы необходимо набирать соответствующее имя файла и нажи­мать Enter. На экране появляются сообщения: "Укажи имя файла, куда будут вы­водиться результаты теплового расчета" и "Укажи имя файла, куда будут вы­водиться результаты теплового расчета для динамического расчета". Име­на всех файлов могут быть произвольными.

Результаты работы программы записываются в специальный файл, который может быть при необходимости распечатан. Выводимая информация имеет исчерпывающее пояснение в тексте файла и не требует дополнитель­ного описания. Структура выводимой информации соответствует разбивке рабочего цикла на отдельные процессы. Вначале печатаются исходные дан­ные, затем результаты расчета параметров рабочего тела, процессов наполнения и сжатия, результаты расчета процессов сгорания и расшире­ния. В заключение печатаются индикаторные и эффективные показатели ра­боты двигателя, а также данные для построения свернутой индикаторной диаграммы. Указываются единицы выводимых   величин в соответствующем формате.

В отдельный файл выводятся результаты теплового расчета, необхо­димые для программы динамического расчета бензинового  двигателя. В этот файл последовательно входят величины: степень предварительного расширения, степень сжатия, атмосферное давление, давление газов на выпуске из цилиндра, максималь­ное давление сгорания и показатели политроп сжатия и расширения.

Распечатка результатов работы программы является итоговым документом, который представляется в приложении к пояснительной записке  курсовой работы.

Динамический расчет выполняется с помощью специальной программы для персонального компьютера. Для его выполнения необходимы результаты теплового расчета. Перед запуском программы динамического расчета необходимо подготовить файл исходных данных. Программа должна быть размещена в каталоге DIN4.

Исходные данные для расчета подготавливаются в виде отдельного файла, который может иметь произвольное имя. Для подготовки исходных данных необходимо откорректировать с помощью текстового редактора один из имеющихся в каталоге DIN4 файлов, имеющих следующий вид:

 

Масса вращающихся частей двигателя, Mв	! 0.781 ! кг
Масса поступательно движ. частей, Mп	! 0.978 ! кг
Радиус кривошипа, R	! .043  ! м
Частота вращения коленвала,n	! 6530. !oб/мин.
Диаметр цилиндра двигателя, D	! .092  ! м
Длина шатуна, L	! .168  ! м
Давление остаточных газов, Pr	! .102  ! МПа
Коэффициент дозарядки, DZ1	!  1.   !
Шаг расчета, DALF	!  10.  ! град.

 

Данные по массам деталей и длине шатуна берутся из таблицы данных по двигателю-прототипу. Численные значения величин должны иметь десятичную точку и располагаться между знаками “!”, а сами знаки “!” должны размещаться в тех же позициях текстовой строки, что и в корректируемом файле.

Для обеспечения работы с программой в каталоге DIN4 имеются предварительно подготовленные файлы исходных данных по основным типам двигателей. Имена этих файлов совпада­ют с названиями двигателей, например: GAZ24, GAZ66, GAZ3102, VAZ2108 и др. Име­на всех файлов могут быть произвольными.

После запуска программы на экране дисплея появляется сообщение: «Укажи имя файла исходных данных».  В ответ на все подобные запросы программы необходимо набирать соответствующее имя файла и нажи­мать ввод. На экране появляется сообщение: «Откуда вводятся результаты теплового расчета? 1 – из файла, 2 – c экрана». Следует ввести цифру «1». Появится сообщение: «Укажи имя файла результатов теплового расчета». При выполнении теплового расчета был получен файл в ответ на запрос программы теплового расчета: «Укажи имя файла, куда будут выводиться результаты теплового расчета для динамического расчета». Этот файл должен быть предварительно скопирован в каталог DIN4 из каталога, в котором размещена программа теплового расчета, и имя этого файла должно быть указано в ответ на запрос: «Укажи имя файла результатов теплового расчета». После этого программа выводит на экран всю полученную информацию и сообщение: «Вы согласны? 1 – да; 2 – надо исправить файлы исходных данных». Если данные введены правильно, следует ввести цифру «1». На экране появится сообщение: «Укажи имя файла результатов динамического расчета». Следует ввести произвольное имя. Появится сообщение: «Выберите тип двигателя». Необходимо выбрать тип двигателя из списка предлагаемых программой и ввести соответствующий номер.

Таблицы, полученные в результате теплового и динамического расчёта используются при помощи Microsoft Excel  для построения графиков и диаграмм: индикаторной диаграммы двигателя, сил давления газов, сил инерции, сил давления на шатунную шейку коленчатого вала двигателя,  суммарного и среднего крутящего момента двигателя

Тепловой расчёт с помощью ЭВМ выполняется менее чем за пять минут, включая подготовку исходных данных, сам расчёт и распечатку результатов. Такой подход даёт возможность проводить многовариантный поиск наилучшего конструктивного решения, оперативно проверять и количественно оценивать влияние различных факторов на параметры рабочего процесса двигателя.

Использование ЭВМ с многовариантным поиском  позволяет студентам получить знания о факторах, формирующих энергетические, экономические, экологические, эксплуатационные и другие показатели двигателей, а также изучить характеристики двигателей, которые позволяют определить техническое состояние энергетической установки и их влияние  на эксплуатационные качества автомобиля.