Камера сгорания

| Си |
в палитре на схеме

Блок позволяет моделировать процессы, происходящие в камере сгорания одного цилиндра двигателя внутреннего сгорания. Моделируется кинематика кривошипно-шатунного механизма (КШМ), процессы газообмена (в том числе учет утечек через кольцевые уплотнения), сгорания топлива, отдачи тепла в стенки, диссоциации продуктов сгорания.

Термодинамика

В основе блока лежат следующие блоки:
  • Блок Полость, моделирующий полость переменного объема с газом. Выходной порт блока Полость соответствует выходному порту "valves" блока Камера сгорания. Для формирования модели газовоздушной системы двигателя к этому порту следует подключить блоки, моделирующие течение газа, например, блоки Впускной клапан и Выпускной клапан.
  • Блок Дроссель, моделирующий утечку газа через кольцевые уплотнения. Один из портов блока подключен к блоку Полость, а другой соответствует входному порту "crankcase" блока Камера сгорания. Для формирования модели газовоздушной системы двигателя к этому порту следует подключить блок Картер, моделирующий постоянное давление газа в картере, чтобы блок Дроссель рассчитывал истечение газа из камеры сгорания в картер.
  • Блок Граничное условие по расходу, моделирующий изменение массы компонентов газовой смеси в процессе сгорания топлива (уменьшение массы кислорода и увеличение массы продуктов сгорания). Данный блок подключен к блоку Полость внутри блока Камера сгорания.

Подробное описание подхода к моделированию газовоздушной системы приведено на странице Термодинамика.

Примечание:
Блок предназначен для использования только внутри блока Цилиндр. Допускается размещение блока только непосредственно внутри субмодели Цилиндр, размещение блока в субмоделях более высокого уровня вложенности не допускается.

Механика

Блок считывает значение угла поворота коленчатого вала, подключенного к порту "crankshaft", и определяет угол поворота для цилиндра, к которому относится данный блок, с учетом порядка работы цилиндров двигателя. Порядок работы цилиндров двигателя задается в блоке Геометрические характеристики.

Блок рассчитывает кинематику КШМ и определяет значение объема камеры сгорания при текущем угле поворота коленчатого вала. В зависимости от положения и скорости вращения коленчатого вала и давления в камере сгорания блок рассчитывает мгновенное значение крутящего момента одного цилиндра с учетом механического КПД, задаваемого в блоке Геометрические характеристики. Рассчитанное значение крутящего момента подается на входной механический порт "crankshaft".

Сгорание

Для моделирования процесса сгорания топлива применяется полуэмпирическая модель расчета скорости тепловыделения (с двумя максимумами), созданная на основе формулы Вибе И.И. (Рисунок 1):

где xτ - доля топлива, сгоревшая по кинетическому механизму; mτ - показатель кинетического сгорания; φτ - угол максимальной кинетической скорости сгорания в градусах коленчатого вала; mv - показатель диффузионного сгорания; Δx - удельный недожог топлива; φz - продолжительность сгорания в градусах коленчатого вала.


Рисунок 1. Характерный вид кривой скорости тепловыделения
Данная модель требует идентификации коэффициентов применительно к конкретному двигателю.

Теплообмен со стенками

Для расчета коэффициента теплоотдачи в стенки цилиндра, крышку (головку) блока цилиндров и поршень применяется формула Хохенберга:

где P - давление газовой смеси в камере сгорания, бар; T - температура газовой смеси, К; V - объем камеры сгорания, м3; Sp - средняя скорость поршня, м/с; S - ход поршня; RPM - частота вращения коленчатого вала.

Диссоциация

Теплота диссоциации CO2 и H2O рассчитывается по формулам

где VCO2 и VH2O - количество CO2 и H2O в продуктах сгорания, м3; α и β - степени диссоциации CO2 и H2O, соответственно; VCO2 и VH2O - низшая теплота сгорания CO и H2, кДж/м3.

Включение и отключение моделирования диссоциации осуществляется в свойствах блока "Характеристики сгорания".

Входные порты

Имя Описание Тип линии связи
crankcase Порт для подключения блока Картер ДВС - Термодинамическая
crankshaft Порт для подключения блока Коленчатый вал либо других блоков библиотеки Механика Механика вращательная

Выходные порты

Имя Описание Тип линии связи
valves Порт для подключения блоков Впускной клапан и Выпускной клапан ДВС - Термодинамическая

Свойства

Название Имя Описание По умолчанию Тип данных
Имена компонентов газовой смеси GasesNames0 Имена компонентов газовой смеси в камере сгорания в начальный момент времени. Список поддерживаемых компонентов приведен на странице Термодинамика N2; O2; Множество
Массовые доли компонентов газовой смеси MassFractions0 Начальные массовые доли компонентов газовой смеси в камере сгорания [0.76, 0.24] Массив
Давление, Па P0 Начальное давление газовой смеси в камере сгорания 100000 Вещественное
Температура, K T0 Начальная температура газовой смеси в камере сгорания 300 Вещественное

Параметры

Блок не имеет параметров.

Примеры

Примеры использования блока: