Теоретические исследования влияния работы двигателей на газовом топливе на его выходные показатели

В статье рассмотрены теоретические исследования влияния работы двигателей на газовом топливе на его выходные показатели.

The theoretical investigations of the influence of engines on the gas-fuel at it’s learning indexes are considered

In this article the theoretical investigations of the influence of engines on the gas-fiiel at its learning indexes are considered.

В процессе эксплуатации происходит закономерное изменение технического состояния двигателя и его систем. Это самопроизвольное изменение регулировочных параметров из-за износов, вибраций и других факторов в процессе эксплуатации.

В эксплуатационных условиях влияние момента сопротивления на входе в двигатель автомобиля приводит к отклонениям показателей работы двигателя и автомобиля в целом.

Поэтому с учетом воздействий внешней среды уравнение динамики двигателя может быть выражено:

M_K-M_€±Ja(dw/dt), (1) где М_к - крутящий момент двигателя в условиях эксплуатации, Нм; М_с - момент сопротивления, Нм; Зд - приведенный к коленчатому валу момент инерции всех движущихся масс двигателя, Нм/с²; со - угловая скорость вращения коленвала, 1/с; t- время, с.

Известно, что крутящий момент двигателя является функцией угловой скорости коленвала со, положения дроссельной заслонки ф и подачи воздуха:

Мк=/(“,Ф’ Чв), (2)

Перейдя от моментов к их изменениям и разложив зависимость в ряд Тейлора и ограничившись первыми степенями переменных, запишем: ДМК =

= (dA//dro)x(M/dtp)y(dMK/dqB)z, (3) где х = Дм, у = Дер, ^ = Ддв.

На основании выражений (2.1) и (2.2) получим:

• - J _д (dx/d/) + A ix+A^ +

+A3z “ ДМК (/),           (4)

где Ai =5Мк/5о; А2 = сМк/дд>; А3 = ^M/dqe.

Уравнение (4) является уравнением движения коленчатого вала двигателя в условиях эксплуатации.

Изменение крутящего момента можно рассматривать и как функцию от цикловой подачи топлива и эффективного КПД, которая в условиях эксплуатации может изменяться от технического состояния двигателя:

Мк =/(Чт,Л е)          (5)

Изменение крутящего момента от вышеприведенного параметра запишется:

ДМк = (5Мц/ ддт) Дс|т "*"

+(5МК/ Эре) Дг|е             (6)

Основным фактором, определяющим ре в условиях эксплуатации и технического состояния, являются коэффициент избытка воздуха а и скоростной режим to.

Поэтому

Дре= (5г| 5а) Да +

+ ( dqe/3to) Део.             (7)

Как известно а = дв/1оЧъ            (8)

где 1 о - теоретически необходимое количество воздуха для сгорания 1 кг топлива; qj - цикловая подача топлива; qe - цикловая подача воздуха, равная

Яв = Vh рв T]v,           (9)

где Vh - рабочий объем цилиндра двигателя; рь - плотность воздуха; t|v - коэффициент наполнения.

Следовательно, а = ( Vh T|v/po )( pB/qT). (Ю)

Отсюда

« =/(Рв, Ят, те)          (Н)

После разложения полученной зависимости в ряд и последующей линеаризации с учетом формулы (10) получим:

Да = (да/дрЕ) Дрв - (da/dqT) AqT + + (da/dqv) Д’Т- (12)

Цикловая подача топлива зависит от положения дроссельной заслонки и угловой скорости коленвала:

Чт=Жю)-         (13)

После разложения в ряд и линеаризации:

Дцт - ( dqr/ dq) Дф + (dqy/ Зю) Део. (14)

Коэффициент наполнения в основном зависит от угловой скорости коленчатого вала и сопротивления воздухоочисчителя:

цу=/(ю,ф),           (15)

откуда

Дц¥ =( dr|v/d©) До + (дцу/дф) Д ф. (16)

Подстановка зависимостей, учитывающих условия эксплуатации и техническое состояние двигателя (10) и (16) в уравнение (5), приводит последнее к виду:

Дце= (dqVda )[а/ r|v (dr|v/d ф)] -

• - a /q_T(5r]_v/да] Дят +

+ [а/ Цу (dq/da) dqv/dro + dqVdco] Дю. (17)

Механический КПД двигателя в основном зависит от нагрузки двигателя, т.е. положениям дроссельной заслонки и, следовательно, цикловой подачи топлива, то в общем случае:

Пт=/(Чт)»            (18)

и тогда

ДЦт = ( 5 Пт / dqT) Дцт- (19)

Зная выражения (17) и (19), можно определить изменение крутящего момента двигателя в условиях эксплуатации с учетом его технического состояния:

ДМк = к{ [ 1 +( Ят/ Цт ) dqm /dq 1 ] qe -

-a(dqe/da)} Д qr +

+ a / qv (dqe/da) dqv /дю] До. (20)

Полученное уравнение показывает влияние рабочих параметров двигателя с учетом его технического состояния на изменение крутящего момента в условиях эксплуатации.

Момент сопротивления на входе в двигатель является в основном эксплуатационным фактором и в общем случае определяется скоростным режимом и режимом работы самого двигателя. Если показатель, характеризующий режим работы двигателя, обозначить через цикловую подачу топлива, то момент сопротивления равен:

Mc=/(©,q),          (21)

а изменение момента сопротивления:

ДМС = (дМс/дю) Дю + (dMc / dqT) AqT. (22)

После постановки (17) и (22) в исходное дифференциальное уравнение (1) получим:

Jfl(d Дю / а) + {(дМс/дю) -

• -    К Ят [дПе/5ю +

+ a/qv (dqe/da) dqv /дю]} Дю =

= к {[ 1+( qV Ят ) dqm/dqT ] qe-

• - a (dq_e/da)} Д q_T +

+ к ят a [ 1/Цу(дЦу/дф) dqe/da ] дф-

• —    (дМ_с / дцт) Дцт-          (13)

Полученное выражение учитывает работу двигателя в эксплуатации с учетом его технического состояния. При нормальном техническом состоянии устойчивость работы двигателя характеризуется разностью F:

F = дМс/дю - к q_T [дп_с/дю +

+ a /q(dqv /да)дцу/дю], где к - постоянный коэффициент.