Разработка модели бензинового двигателя

Введение

В данной лабораторной работе будет разработана модель бензинового двигателя без турбины. Первоочередной задачей является настройка количества подаваемого топлива таким образом, чтобы обеспечить корректное соотношение между воздухом и топливом.

Для увеличения мощности двигателя необходимо повысить как количество топлива, так и объем воздуха, необходимый для его полного сгорания. С этой целью предполагается внедрение системы турбонаддува, которая позволит значительно увеличить объем воздуха, поступающего в цилиндры двигателя.

После установки турбокомпрессора потребуется провести корректировку количества подаваемого топлива, чтобы добиться более высокой мощности двигателя по сравнению с первоначальной моделью.

Цель работы

• Приобрести навыки для разработки моделей двигателей внутреннего сгорания

Задачи работы

• Разработать модель двигателя без турбонаддува
• Подобрать значение цикловой подачи топлива
• Добавить турбокомпрессор
• Увеличить цикловую подачу топлива благодаря турбокомпрессору

Задание 1. Разработка модели двигателя внутреннего сгорания без турбокомпрессора

Откроется новое окно проекта Схема модели общего вида, в котором будет проходить построение моделей (Рисунок 2).

Добавление блоков на схему

После установки блока на схему возможно его перемещение внутри рабочей области окна проекта. Для перемещения блока необходимо нажать на блок левой кнопкой мыши и, удерживая, переместить.

Блок Двигатель является субмоделью, которая содержит набор базовых свойств и функций. К ним относятся такие характеристики, как количество цилиндров для описания геометрии двигателя, тактность для определения параметров сгорания, количество используемых газов в модели, их молярная масса и другие свойства, необходимые для расчетов элементов газовоздушной системы двигателя. Поэтому модель двигателя необходимо разрабатывать внутри этой субмодели. Двойным нажатием по блоку Двигатель открыть рабочую область субмодели.

Аналогичными действиями необходимо добавить на схему субмодели блока Двигатель следующие блоки библиотеки Двигатели внутреннего сгорания и разместить их согласно рисунку (Рисунок 5):

• 2 блока Окружающая среда из подменю Газовоздушная система − первый блок будет задавать граничное условие по давлению, температуре и газовому составу в окружающей среде, из которой воздух будет попадать в двигатель. Второй блок будет моделировать окружающую среду, в которую будут попадать отработавшие газы. Данный блок необходим только для удобства составления модели
• 2 блока Дроссель из подменю Термодинамика − будут моделировать входное отверстие впускного коллектора и выходное отверстие выпускного коллектора
• 2 блока Простой коллектор из подменю Газовоздушная система − будут моделировать впускной и выпускной коллектор в сосредоточенных параметрах в виде точечного объема газа без учета протяженности трубок
• 1 блок Картер из подменю Газовоздушная система − будет моделировать граничное условие по давлению, температуре и газовому составу в картере

Задание подписей блоков

Аналогичными действиями необходимо задать подпись для остальных блоков согласно рисунку (Рисунок 8).

Аналогичным образом изменить расположение подписей к блокам согласно рисунку (Рисунок 11).

Добавление блоков механической системы двигателя

Необходимо добавить блоки механической системы двигателя из библиотеки Двигатели внутреннего сгорания и разместить их согласно рисунку (Рисунок 12):

• 1 блок Коленчатый вал из подменю Механическая система − будет моделировать вращение коленчатого вала
• 1 блок Цилиндр из подменю Механическая система − является субмоделью и содержит внутри себя впускной и выпускной клапаны и камеру сгорания. Блок необходим для моделирования процессов, протекающих в одном цилиндре

Все цилиндры будут одинаковыми, поэтому, чтобы не настраивать каждый цилиндр индивидуально, в дальнейшем будет произведена настройка свойств одного цилиндра, а затем он будет скопирован с сохранением свойств. Таким образом будут получены 4 одинаковых цилиндра.

Для задания свойств всего двигателя и просмотра параметров его работы необходимо добавить следующие блоки из библиотеки Двигатели внутреннего сгорания и задать подписи к ним согласно рисунку (Рисунок 13):

• 1 блок Геометрические характеристики из подменю Характеристики двигателя − позволяет задавать геометрические характеристики цилиндров двигателя
• 1 блок Характеристики сгорания из подменю Характеристики двигателя − позволяет задавать параметры процесса сгорания и теплообмена рабочего тела со стенками камеры сгорания
• 1 блок Параметры двигателя из подменю Характеристики двигателя − позволяет считывать параметры работы двигателя, например, крутящий момент, расход топлива и так далее
• 1 блок Мультиплексор и 2 блока Размножитель из вкладки Векторные −данные блоки необходимы для формирования сигналов, отображаемых на графиках
• 1 блок Временной график и 2 блока Фазовый портрет из вкладки Вывод данных − данные блоки необходимы для построения графиков

Задание свойств блоков

После установки основных блоков необходимо задать корректные значения для свойств блоков.

Для блоков Окружающая среда значения по умолчанию остаются неизменными.

Для блока Дроссель с подписью "Впуск" необходимо задать свойству "Эффективная площадь проходного сечения дросселя, м²" значение "0.00055", что соответствует эффективной площади сечения входного отверстия впускного коллектора. Для этого необходимо выбрать блок Дроссель, открыть его контекстное меню нажатием правой кнопкой мыши по блоку и выбрать пункт Свойства объекта (Рисунок 14).

Откроется окно Свойства блока Дроссель с подписью "Впуск". Необходимо изменить свойство "Эффективная площадь проходного сечения дросселя, м²". Для этого необходимо нажать левой кнопкой мыши по значению "0.001" столбца "Значение" и изменить его на "0.00055" (Рисунок 15). Изменения сохранятся автоматически после закрытия окна. Закрыть окно Свойства блока Дроссель с подписью "Впуск".

Настройка профилей открытия клапанов

Геометрические характеристики цилиндров задаются централизованно в блоке Геометрические характеристики. Для каждого цилиндра необходимо задавать только профили открытия клапанов. Набор свойств блоков Впускной клапан и Выпускной клапан, которые располагаются внутри блока Цилиндр, зависят от тактности двигателя, поэтому перед началом настройки профилей открытия клапанов необходимо удостовериться, что задана корректная тактность двигателя.

Для этого необходимо открыть окно свойств блока Характеристики сгорания. Свойство "Тактность двигателя" должно иметь значение "4" (Рисунок 19).

После этого необходимо перейти к настройке профилей открытия клапанов. Войти в субмодель блока Цилиндр путем нажатия по нему два раза левой кнопкой мыши. Откроется его субмодель (Рисунок 20).

Задать свойства для блока Впускной клапан (Рисунок 21):

• "Способ задания профиля" − "Профиль от начала открытия" − откроется список свойств для задания профиля открытия клапанов
• "Начало открытия"
  • "Угол открытия (IVO), град до ВМТ" − "30"
• "Окончание закрытия"
  • "Угол закрытия (IVC), град после НМТ" − "40"
• "Профиль"
  • "Массив долей фазы впуска [0, 1]" − "[0, 0.1, 0.2, 0.3, 0.7, 0.8, 0.9, 1]"
  • "Массив эффективных проходных сечений, м²" − "[0, 1e-4, 4e-4, 5e-4, 5e-4, 4e-4, 1e-4, 0]"

Данные массивы задают профиль открытия впускного клапана согласно рисунку (Рисунок 22). По оси вертикали установлены значения свойства "Массив эффективных проходных сечений, м²" − "[0, 1e-4, 4e-4, 5e-4, 5e-4, 4e-4, 1e-4, 0]". По горизонтали установлены значения свойства "Массив углов коленвала [-360, 360], град" − "[330 , 355 , -340 , -315 , -215 , -190 , -165 , -140]".

Аналогично задать свойства для блока Выпускной клапан (Рисунок 23):

• "Способ задания профиля" − "Профиль от начала открытия" − откроется список свойств для задания профиля открытия клапанов
• "Начало открытия"
  • "Угол открытия (IVO), град до НМТ" − "70"
• "Окончание закрытия"
  • "Угол закрытия (IVC), град после ВМТ" − "30"
• "Профиль"
  • "Массив долей фазы впуска [0, 1]" − "[0, 0.1, 0.2, 0.3, 0.7, 0.8, 0.9, 1]"
  • "Массив эффективных проходных сечений, м²" − "[0, 1e-4, 4e-4, 5e-4, 5e-4, 4e-4, 1e-4, 0]"

Необходимо задать геометрические размеры цилиндров и порядок работы цилиндров.

После установки указанных значений для свойств свойство "Рабочий объем, см³" в подгруппе "Объем двигателя" будет равно "1808", что соответствует двигателю с рабочим объемом 1.8 л (Рисунок 28).

Необходимо задать характеристики сгорания топлива.

Открыть окно Свойства блока Характеристики сгорания и установить следующие значения для свойств (Рисунок 29):

• "Теплообмен со стенками"
  • "Температуры головки блока цилиндров, К" − "Self.Cyl_N # 480"
  • "Температуры стенок цилиндров, К" − "Self.Cyl_N # 480"
  • "Температуры поршней, К" − "Self.Cyl_N # 480"
  • "Отношение площади крышки цилиндра к площади поперечного сечения цилиндра" − "1.1"
  • "Отношение площади огневой поверхности поршня к площади поперечного сечения цилиндра" − "1.1"

Запись "Self.Cyl_N # 480" формирует массив из "Self.Cyl_N" элементов, каждый из которых имеет значение "480", где "Self.Cyl_N" — это обращение к свойству "Cyl_N" ("Количество цилиндров") этого же блока. Таким образом формируются массивы температур элементов двигателя для каждого цилиндра. В общем случае они могут отличаться, однако в данной работе они приняты равными между собой.

Поскольку моделируется вогнутая форма поверхности поршня и головки блока цилиндров, поэтому свойствам "Отношение площади крышки цилиндра к площади поперечного сечения цилиндра" и "Отношение площади огневой поверхности поршня к площади поперечного сечения цилиндра" задается значение "1.1", что равно площади этих поверхностей в 1.1 раза больше, чем площадь сечения цилиндра.

Необходимо задать список параметров двигателя, которые будут выводиться в порты блока Параметры двигателя и затем отображаться на графике.

Открыть окно Свойства блока Параметры двигателя выбрать поле "Значение" свойства "Список параметров, выводимых в порты" и нажать на кнопку редактора списка объектов, которая выделена на рисунке (Рисунок 30).

Откроется окно Выбор объектов из списка, в котором при помощи выделения объектов в списках и кнопок Добавить и Удалить, которые выделены на рисунке (Рисунок 31), добавить следующие параметры в поле "Приемник":

1. "Угол коленчатого вала (полный)"
2. "Давления по цилиндрам"
3. "Крутящий момент (мгновенное значение)"
4. "Крутящий момент (среднее значение)"

После выбора списка параметров необходимо подтвердить выбор нажатием кнопки Оk. После этого блок изменит список своих выходных портов в соответствии с выбранным списком параметров.

Задание свойств для отображения выходных параметров

Блок Фазовый портрет с подписью "Давления в цилиндрах" будет отображать зависимости давлений в цилиндрах от угла поворота коленчатого вала. Данный блок должен принимать на вход массивы одинаковых размерностей. Массив давлений по цилиндрам имеет размер 4 в соответствии с количеством цилиндров. Для соблюдения равенства размерностей необходимо сформировать массив из четырех значений угла поворота коленчатого вала. Для этого верхнему блоку Размножитель необходимо изменить коэффициент размножения, чтобы сформировать массив из четырех единиц в соответствии с количеством цилиндров.

Открыть окно Свойства блока Размножитель и задать для свойства "Коэффициенты размножения" значение "4#1" согласно рисунку (Рисунок 32).

Блок Фазовый портрет с подписью "Крутящий момент" будет отображать значения мгновенного и среднего крутящего момента. Массив из двух значений крутящего момента будет сформирован блоком Мультиплексор. Аналогичным образом необходимо сформировать массив из двух значений угла поворота коленчатого вала: нижнему блоку Размножитель. Для этого необходимо изменить коэффициент размножения для формирования массива из двух единиц на выходе блока.

Открыть окно Свойства блока Размножитель и задать для свойства "Коэффициенты размножения" значение "2#1".

Настройка цикловой подачи топлива будет осуществляться на основе анализа коэффициента избытка воздуха в цилиндрах, поэтому необходимо выводить значения этих коэффициентов на временной график. Коэффициенты избытка воздуха не относятся к общим параметрам работы двигателя, которые отображаются в блоке Параметры двигателя. Полный список всех рассчитываемых параметров доступен в базе данных сигналов.

База данных сигналов

К каждому проекту SimInTech подключается база данных.

База сигналов проекта представляет собой структурированную файловую базу данных, содержащую в себе константы и переменные (сигналы), используемые в одном или нескольких проектах. Также может содержать информационные поля (строковые константы), которые не используются для целей моделирования.

База данных обеспечивает пользователю возможность создавать информационные структуры произвольного состава, содержащие все необходимые переменные и константы для описания модели, обмена данными в комплексных моделях, визуальное представления процесса моделирования на видеокадрах.

Более подробную информацию о базе данных сигнала возможно узнать в справочной системе SimInTech в разделе База данных

Подключение базы данных сигналов осуществляется в окне параметров проекта. Открыть окно параметров проекта возможно одним из следующих способов:

• через окно проекта, нажатием на кнопку Параметры расчёта, которая выделена на рисунке (Рисунок 33)

  
  

  

  
  

• через главное окно программы, нажатием на кнопку Параметры расчёта, которая выделена на рисунке (Рисунок 34)

  
  

  

  
  

• через меню главного окна программы, путем выбора из контекстного меню Расчёт пункта Параметры расчёта, который выделен на рисунке (Рисунок 35)

  
  

  

  
  

В открывшемся окне Параметры проекта перейти во вкладку Настройки проекта. В секции База данных будут отображаться настойки подключенной к проекту базы данных. По умолчанию проекты шаблона Схема модели общего вида не имеют заранее подключенной базы данных, однако блок Двигатель при добавлении на схему автоматически подключает к проекту пустую шаблонную базу данных, если к проекту не подключена база данных или она не содержит ни одной категории. В данном случае поля "Модуль базы данных проекта" и "Имя файла базы данных проекта" заполнены автоматически блоком Двигатель (Рисунок 36):

• "Модуль базы данных проекта" − "$(Root)\sdb.dll" − по умолчанию файл динамической библиотеки с функционалом базы данных
• "Имя файла базы данных проекта" − "dvs.db" − созданный автоматически файл базы данных

Откроется окно Редактор базы данных сигналов (Рисунок 39). К проекту подключена шаблонная база данных, которая не содержит ни одной группы сигналов, но содержит заранее подготовленные категории для групп сигналов коллекторов, цилиндров, турбокомпрессора и двигателя.

Список сигналов каждой категории доступен при двойном нажатии на имя категории (Рисунок 40).

Для настройки цикловой подачи топлива необходимо анализировать коэффициент избытка воздуха, который расположен в категории "Цилиндры". Необходимо создать 4 группы данной категории для 4 цилиндров. Для этого необходимо выбрать категорию "Цилиндры" в таблице "Категории" и в таблице "Группы сигналов" нажать на кнопку Добавить несколько групп сигналов, которая обозначена на рисунке (Рисунок 41).

Откроется окно Создание новых групп, в котором необходимо записать имена групп: "Cylinder1", "Cylinder2", "Cylinder3", "Cylinder4" согласно рисунку (Рисунок 42). Нажать на кнопку Ok для подтверждения изменений и закрытия окна.

В таблице "Группы сигналов" отобразятся созданные группы. После этого необходимо задать данные имена групп в блоках Цилиндр, чтобы данные блоки записывали значения параметров работы цилиндров в созданные группы. Для этого в свойствах блоков Цилиндр следует задать свойство "Имя группы в базе данных" в соответствии с именами созданных групп и номерами цилиндров, отображаемых рядом с блоками. Например, у блока Цилиндр с номером "№1" следует задать для свойства "Имя группы в базе данных" имя группы "Cylinder1" (Рисунок 43). Аналогично задать:

• для блока Цилиндр с номером "№2" свойство "Имя группы в базе данных" − "Cylinder2"
• для блока Цилиндр с номером "№3" свойство "Имя группы в базе данных" − "Cylinder3"
• для блока Цилиндр с номером "№4" свойство "Имя группы в базе данных" − "Cylinder4"

Для анализа коэффициентов избытка воздуха следует считывать их значения из базы данных и выводить на временной график. Для считывания сигналов из базы данных следует добавить на схему (Рисунок 44) 1 блок Чтение из списка сигналов из вкладки Сигналы.

В добавленном блоке необходимо задать имена считываемых сигналов. Поскольку будет считываться 4 сигнала с одним именем из разных групп (цилиндров), целесообразно решить эту задачу при помощи запроса к базе данных сигналов. Для этого необходимо открыть окно свойств блока Чтение из списка сигналов, выделить поле "Формула" свойства "Имена сигналов" и нажать на появившуюся кнопку, которая обозначена на рисунке (Рисунок 45).

Откроется окно текстового редактора, в котором следует сформировать запрос к базе данных. Сформировать запрос необходимо по всем группам категории "Цилиндры" и сигналам с именем "Alpha", поскольку сигналы с этим именем содержат значение коэффициента избытка воздуха. Следует задать текст запроса в соответствии с рисунком (Рисунок 46). Нажать кнопку Применить и закрыть, которая выделена на рисунке (Рисунок 46) для подтверждения изменений и закрытия окна.

После этого значение свойства "Имена сигналов" автоматически заполнится именами всех сигналов, удовлетворяющих условиям запроса.

Соединение блоков на схеме

Для подключения блоков линиями связи необходимо навести курсор мыши к выходному порту блока Окружающая среда. Курсор мыши изменит свое состояние на "Специальное выделение" (Рисунок 47).

Нажать левой кнопкой мыши на выходной порт блока Окружающая среда отобразится линия связи, которая будет следовать за курсором. Сделать точку на углу пересечения с блоком Дроссель нажатием левой кнопкой мыши по рабочей области проекта. После провести курсор мыши в сторону блока Дроссель и нажать левой кнопкой мыши по входному порту блока Дроссель. Отобразится линия связи согласно рисунку (Рисунок 48).

Аналогичным способом соединить линиями связи все блоки согласно рисунку (Рисунок 49).

Настройка параметров расчета

Необходимо настроить Параметры расчёта проекта. Для этого необходимо открыть окно Параметры проекта, где производилась настройка подключения базы данных сигналов, путем нажатия на кнопку Параметры расчёта в окне рабочего проекта. В открывшемся окне установить следующие параметры (Рисунок 50):

• "Минимальный шаг" − "1E-7"
• "Максимальный шаг" − "0.001"
• "Метод интегрирования" − "ARK21(Адаптивный 1)"
• "Конечное время расчёта" − "0.2"

Запуск моделирования и построение графиков

После настройки параметров расчета необходимо запустить проект на моделирование. Для этого необходимо в окне проекта нажать на кнопку Пуск, которая выделена на рисунке (Рисунок 51).

Аналогичная кнопка установлена на главном окне программы (Рисунок 52).

Также запустить моделирование проекта возможно через меню Расчёт главное окна SimInTech, выбрав пункт Пуск (Рисунок 53).

По завершению процесса моделирование отобразиться окно сообщений с информацией "Конечное время достигнуто (time=0.2)". Необходимо открыть график блока Фазовый портрет с подписью "Давления в цилиндрах" путем нажатия два раза левой кнопкой мыши по нему. Откроется новое окно Фазовый портрет (Рисунок 54).

Необходимо настроить внешний вид графика. Для этого необходимо нажать правой кнопкой мыши по области графика (Рисунок 55) для открытия контекстного меню графика. И выбрать пункт Свойства для открытия свойств графика.

Откроется окно Свойства графика с открытой вкладкой Графики и оси. Настроить имена графиков во вкладке Графики и оси. В области "Графики" выбрать левой кнопкой мыши строку График и изменить в поле "Название графика" значение по умолчанию на значение "Цилиндр №1" (Рисунок 56). Справа от поля "Название графика" отображается квадрат с красным цветом − это цвет отображаемого графика. Оставить это свойство по умолчанию.

Настроить оси графика. В колонке "Ось X" и "Ось Y" вкладки Графики и оси окна Свойства графика установить следующие значения (Рисунок 57):

• Колонка "Ось X"
  • "Шаг сетки" − "720"
  • "Название оси" − "Угол поворота коленчатого вала, град"
• Колонка "Ось Y"
  • "Название оси" − "Давление, бар"

На вкладке Общие окна Свойства графика блока Фазовый портрет с подписью "Давления в цилиндрах" ввести в поле "Заголовок" название графика "Давления в цилиндрах" (Рисунок 58). Для подтверждения изменений и закрытия окна необходимо нажать на кнопку Ok.

Окно графика блока Фазовый портрет с подписью "Давления в цилиндрах" после изменений должно выглядеть следующим образом (Рисунок 59).

После настроек график должен выглядеть следующим образом (Рисунок 60). Значение среднего крутящего момента рассчитывается в момент начала нового цикла, поэтому график имеет ступенчатый характер.

Аналогичным образом необходимо настроить график блока Временной график с подписью "Коэффициент избытка воздуха":

• Вкладка Графики и оси
  • Колонка "Графики"
    • "Название графика" − "Цилиндр №1"
    • "Название графика" − "Цилиндр №2"
    • "Название графика" − "Цилиндр №3"
    • "Название графика" − "Цилиндр №3"
• Вкладка Общие
  • "Заголовок" − "Коэффициент избытка воздуха"

После настроек график должен выглядеть следующим образом (Рисунок 61). Значения коэффициентов избытка воздуха обновляются в момент начала цикла в каждом цилиндре, поэтому график имеет ступенчатый характер.

Графики имеют небольшой спад, который вызван тем, что во впускном коллекторе в качестве начального давления задано атмосферное давление, а в ходе моделирования давление снижается, появляется разрежение и в цилиндры поступает меньшее количество воздуха.

Исследование цикловой подачи топлива

В установившемся режиме коэффициент избытка воздуха имеет значение 0.85 (Рисунок 61) при установленном по умолчанию значении цикловой подачи топлива для каждого цилиндра 3.15E-5 кг (блок Характеристики сгорания свойство "Цикловая подача топлива по цилиндрам, кг" − "[3.15E-5 , 3.15E-5 , 3.15E-5 , 3.15E-5]"). Необходимо снизить цикловую подачу топлива, чтобы достичь значения 1.1. Тогда новое значение цикловой подачи будет рассчитано следующим образом: 3.15E-5 ˑ 0.85/1.1 = 2.43E-5 кг.

Открыть окно Свойства блока Характеристики сгорания и задать для свойства "Цикловая подача топлива по цилиндрам, кг" значение "Self.Cyl_N # 2.43E-5".

Запустить проект на моделирование нажатием на кнопку Пуск. Дождаться окончания расчета и открыть график блока Временной график с подписью "Коэффициент избытка воздуха". Установившееся значение должно быть 1.1, что отображено на графике (Рисунок 62), значит цикловая подача настроена верно.

Теперь необходимо определить средний крутящий момент двигателя на данной частоте вращения. Для этого необходимо открыть окно свойств блока Параметры двигателя и перейти на вкладку Параметры. В параметре "Средний момент" будет отображен средний за цикл крутящий момент двигателя. Его значение должно составлять примерно 130 Нм (Рисунок 63).

Сохранить все изменения в проекте. Для этого необходимо в главном окне SimInTech выбрать пункт Файл, подпункт Сохранить проект.

Задание 2. Разработка модели двигателя внутреннего сгорания с турбокомпрессором

Добавление турбокомпрессора

Для удаления блоков из рабочей области проекта необходимо нажать правой кнопкой мыши по блоку Дроссель для открытия контекстного меню и выбрать пункт Удалить (Рисунок 64). Для удаления сразу двух блоков Дроссель необходимо зажать клавишу "Shift" и выбрать нажатием левой кнопкой мыши блоки Дроссель, аналогично открыть контекстное меню и выбрать пункт Удалить (Рисунок 64). Также удалить блоки возможно нажатием на клавишу "Delete".

Установить на схему блоки Компрессор, Турбина, Вал ТК и Перепускной клапан из подменю Турбокомпрессор и соединить их линиями связи следующим образом (Рисунок 65).

Задание свойств блоков

На основании данной характеристики следует сформировать массивы и матрицы значений свойств блока Компрессор. Открыть окно Свойства блока Компрессор и установить следующие значения (Рисунок 66):

• "Корректированная частота вращения (массив), об/мин" − "[10000, 50000, 100000]"
• "Степень повышения давления (матрица)" − "[[1.035, 1.025, 1.015, 1];[1.525, 1.505, 1.415, 1];[3.11, 3.085, 3.05, 1]]"
• "Корректированный массовый расход (матрица), кг/с" − "[[0, 0.02, 0.04, 0.06];[0, 0.03, 0.07, 0.11];[0, 0.05, 0.1, 0.15]]"
• "КПД компрессора (матрица)" − "[[0.2, 0.53, 0.64, 0.53];[0.18, 0.65, 0.73, 0.13];[0.05, 0.3, 0.7, 0.05]]"
• "Эффективное проходное сечение входного отверстия, м²" − "0.00055"

Поскольку характеристика компрессора содержит три изотахи, поэтому свойству "Корректированная частота вращения (массив), об/мин" задается массив из трех значений частот вращения.

Характеристики компрессора на каждой частоте вращения определены четырьмя точками, поэтому свойства "Степень повышения давления (матрица)", "Корректированный массовый расход (матрица), кг/с" и "КПД компрессора (матрица)" будут матрицами, содержащими 3 строки по количеству частот вращения и 4 столбца по количеству точек в изотахах. Каждая строка матрицы будет содержать значения соответствующей величины на одной изотахе. Свойству "Эффективное проходное сечение входного отверстия, м²" задается значение аналогичное свойству "Эффективная площадь проходного сечения дросселя, м²" удаленных блоков Дроссель.

Аналогичным образом необходимо задать характеристику турбины. Открыть окно Свойства блока Турбина и установить следующие значения (Рисунок 67):

• "Приведенная частота вращения (массив), об/мин" − "[400, 2000, 4000]"
• "Степень расширения (матрица)" − "[[1, 1.1, 1.3, 2.4];[1, 1.2, 1.5, 2.8];[1, 1.4, 1.9, 3.5]]"
• "Приведенный массовый расход (матрица), кг/с" − "[[0, 0.0034, 0.0068, 0.01];[0, 0.0031, 0.0062, 0.01];[0, 0.003, 0.006, 0.01]]"
• "КПД турбины (матрица)" − "[[0.05, 0.05, 0.1, 0.2];[0.05, 0.1, 0.61, 0.59];[0.05, 0.05, 0.55, 0.67]]"
• "Эффективное проходное сечение выходного отверстия, м²" − "0.00055"

Открыть окно Свойства блока Вал ТК и установить следующие значения (Рисунок 68):

• "Момент инерции, кгˑм²" − "5E-5"
• "Масса, кг" − "0.25"

Для обеспечения давление наддува 1 бар необходимо открыть окно Свойства блока Перепускной клапан и установить следующие значения (Рисунок 69):

• "Давление начала открытия, Па" − "180000"
• "Давление максимального открытия, Па" − "220000"
• "Максимальная эффективная площадь сечения клапана, м²"− "0.0004"

Настройка параметров расчета

Перед запуском моделирования проекта необходимо создать окно временного графика для просмотра частоты вращения вала турбокомпрессора. Для этого необходимо открыть окно Свойства блока Вал ТК и перейти на вкладку Параметры. Выбрать параметр "Частота вращения, об/мин" и нажать на кнопку Создать график, которая выделена на рисунке (Рисунок 70).

Для простоты восприятия графика крутящего момент следует отключить отображение мгновенного крутящего момента. Для этого необходимо открыть окно Свойства графика блока Временной график с подписью "Коэффициент избытка воздуха". Выбрать график "Мгновенный" и отключить его как указано на рисунке (Рисунок 71).

Запуск моделирования и построение графиков

Из-за повышения давления во впускном коллекторе увеличился коэффициент избытка воздуха. Необходимо изменить значение цикловой подачи. Открыть окно Свойства блока Характеристики сгорания задать для свойства "Цикловая подача топлива по цилиндрам, кг" значение "Self.Cyl_N # 3.9E-5".

Снова запустить процесс моделирования, дождаться окончания моделирования и открыть график блока Временной график с подписью "Коэффициент избытка воздуха" (Рисунок 75). В установившемся режиме коэффициент избытка воздуха превышает значение 1.1, заданное значение цикловой подачи выбрано верно.

Открыть график блока Фазовый портрет с подписью "Крутящий момент" (Рисунок 76). Благодаря добавлению турбокомпрессора удалось увеличить средний крутящий момент примерно с 130 Нм примерно до 210 Нм.

Заключение

В данной лабораторной работе были разработаны модели бензиновых двигателей с турбокомпрессором и без него, осуществлен вывод параметров работы двигателя в базу данных сигналов, построены графики параметров работы двигателя и произведена настройка цикловой подачи топлива.