Требования, предъявляемые к математической модели

Под математической моделью понимают процесс установления соответствия данному реальному объекту некоторого математического объекта, достаточно адекватно описывающего происходящий реальный процесс [ 9, 10 ].

Математическая модель, прежде всего, должна соответствовать двум основным требованиям:

- быть вполне адекватной реальному процессу, описываемому моделью;

- быть достаточно простой для того, чтобы можно было получить конкретные количественные показатели на выходе.

В представляемой математической модели процесса тепловыделения в цикле сгорания инжекторного двигателя основной упор сделан именно на адекватность процесса и на соответствие основному требованию модели - обеспечить оптимальное тепловыделение в процессе сгорания, а значит и на максимальное использование энергии топлива, а значит - оптимального использования количества горючей смеси.

Таким образом, обеспечение оптимального состава горючей смеси при впрыскивании бензина и оптимизация тепловыделения являются основными задачами моделирования.

Математическая модель позволяет делать определенные допущения и характеризуется некоторыми ограничениями.

В этом плане, основными допущениями и ограничениями, принятыми при разработке математической модели процесса тепловыделения в цикле сгорания и оптимизации расхода топлива инжекторного двигателя являются следующие:

- рассматривается четырехтактный двигатель внутреннего сгорания;

- количество цилиндров принимаем i = 4;

- впрыск топлива осуществляется через форсунку во впускной коллектор, при этом используется схема одновременного впрыска топлива в цилиндры;

- коэффициент избытка воздуха α изменяется от 0,9 до 1,1 в зависимости от частоты вращения коленчатого вала n по определенному закону - α = f (n);

- массовый часовой расход воздуха Gв принимаем постоянным для различных режимов работы двигателя;

- степень сжатия ε не изменяется;

- атмосферное давление принимаем равным pа = 760 мм рт.ст. = 105 Па.;

- температура окружающего воздуха tв = 20оС = 293 К;

- давление впрыскивания через форсунку составляет pф = 0,2 МПа;

- процесс подвода теплоты Q считаем изохорным;

- время впрыскивания топлива через форсунку не превышает tвп =10 – 12 мс при частоте вращения коленчатого вала n = 5000…6000 мин-1;

- при режиме холостого хода время впрыскивания составляет tвп = 2 – 3 мс;

- объемный расход воздуха Vвц регулируется изменением положения дроссельной заслонки;

- смесь воздуха и топлива считаем гомогенной или близкой к гомогенной.

Осуществление точечного принудительного воспламенения чрезвычайно критично по отношению к составу и гомогенизации горючей смеси.

Наиболее надежное воспламенение и быстрое распространение фронта пламени может происходить только при обогащении смеси до коэффициента избытка воздуха α равного 0,85 .0,95, а минимум удельного расхода топлива требует ее обеднения до α = 1,1 .1,2. Для поддержания необходимого состава смеси во всем диапазоне нагрузок применяется количественное регулирование, при котором с уменьшением нагрузки уменьшается общее количество горючей смеси, подаваемой в цилиндры двигателя.

При использовании систем подачи эжекционного типа дозирование топлива происходит автоматически в зависимости от разрежения в диффузоре пропорционально квадрату объемного расхода воздуха, который регулируется изменением положения дроссельной заслонки.

В системах впрыскивания топлива его цикловая подача и расход воздуха непосредственно не связаны друг с другом. Отсюда требуется введение специального устройства, согласующего эти факторы и обеспечивающего требуемую программу изменения состава горючей смеси во всем поле эксплуатационных режимов.

В системах впрыскивания топлива применяют следующие два принципа управления дозированием смеси.

Первый состоит в программном управлении цикловой подачей топлива, при котором в памяти электронного блока управления содержится определенная программа, связывающая выходной сигнал, управляющий подачей топлива форсунками, с входными параметрами, называемыми командными. Каждому сочетанию командных параметров соответствует определенное значение параметра, управляющего цикловой подачей топлива. Причем состав горючей смеси, задаваемый электронным блоком управления, приближается к оптимальному во всем поле эксплуатационных режимов.

Во втором случае используется программно-адаптивное управление с использованием принципа обратной связи. В адаптивном варианте система самонастраивается на поддержание постоянного (или предельно допустимого) значения одного командного параметра. Этот параметр подлежит прямому или косвенному измерению и его отклонение используется для корректирования выходной величины.