Исследование динамики двигателя внутреннего сгорания

Лекция 5 Исследование динамики двигателя внутреннего сгорания В настоящее время на строительных и дорожных машинах широкое распространение получили дизельные двигатели, отличающиеся высокой экономичностью и приспособленностью к длительной работе в режиме номинальной мощности. Дифференциальное уравнение вращения коленчатого вала двигателя имеет вид: где I - момент инерции вращающихся и поступательно движущихся частей, приведенных к валу двигателя, кг·м2; w - угловая скорость коленчатого вала, р/с; M(w) - текущее значение крутящего момента двигателя, Н·м; Мс - текущее значение момента сопротивления на валу двигателя, Н·м. Крутящий момент M(w) определяется внешней скоростной характеристикой двигателя, а момент сопротивления задается, например, смещенной синусоидальной функцией или постоянной. Из уравнения следует, что при равенстве текущих значений M(w) и Мс правая часть превращается в ноль. Правая часть уравнения всегда равна левой, поэтому угловое ускорение коленчатого вала также равно нулю. Это значит, что коленчатый вал вращается с некоторой постоянной угловой скоростью. При уменьшении текущего значения Мс в правой части уравнения (1) появляется некоторое положительное значение, и коленчатый вал приобретает ускорение со знаком «+». С увеличением угловой скорости текущее значение M(w) уменьшается, и наступает момент, когда устанавливается новое равновесное состояние. Угловая скорость коленчатого вала стабилизируется на более высоком уровне. При уменьшении увеличении значения Мс в правой части уравнения (1) появляется некоторое отрицательное значение, и коленчатый вал приобретает ускорение со знаком «-». С уменьшением угловой скорости текущее значение M(w) возрастает, и наступает момент, когда устанавливается новое равновесное состояние. Угловая скорость коленчатого вала стабилизируется на более низком уровне. По результатам лабораторной работы 4 построить внешнюю скоростную характеристику выбранного ДВС в среде Matlab-Simulink. Для этого необходимо составить Simulink-схему (рис. 2). На выходе блока 1 формируется непрерывный сигнал, пропорциональный угловой скорости коленчатого вала, который подается на входы блоков 2,3 и 4. Блок 2 генерирует корректорную, а блок 3 – регуляторную ветви внешней скоростной характеристики ДВС. Блок 4 служит переключателем и в зависимости от значения угловой скорости коленчатого вала соединяет с выходом корректорную или регуляторную ветвь внешней скоростной характеристики ДВС. Блок 5 служит для просмотра результатов построения. Настройка блоков. В рабочем окне на панели меню открыть Simulation/ Simulation parameters…/Solver и установить значение Stop time – 250 (рис.3). Блок 1 настройки не требует. Блок 2 и 3. В блок 2 занести полученные коэффициенты a1 и b1 для регуляторной ветви, а в блок 3 – a2 и b2 для корректорной (рис.4). Блок 4. Занести значение номинальной угловой скорости коленчатого вала выбранного двигателя nnom (рис. 5) После запуска программы на блоке 5 появится внешняя скоростная характеристика выбранного ДВС (рис. 6). Для решения уравнения 1 в среде Matlab-Simulink необходимо разрешить уравнение относительно старшей производной: и составить Simulink-схему (рис.7) В рабочем окне на панели меню открыть Simulation/ Simulation parameters…/Solver и установить значение Stop time – 20, установить настройки блоков и получить решение с блоком Constant, а затем с блоком Sine Wave (рис. 8) В первоначальный момент времени ДВС работает с номинальной нагрузкой (460 Нм), которая определяет угловую скорость коленчатого вала (167,5 р/с). После скачкообразного падения нагрузки до 100 Нм угловая скорость коленчатого вала за счет регулятора числа оборотов возрастает до 230 р/с и через 8 секунд устанавливается новый режим работы ДВС.