Что такое рабочая точка в двигателях внутреннего сгорания

Конкурс знатоков модельных двигателей

Двигатели внутреннего сгорания (ДВС)

В соответствии с правилами и спортивным кодексом для моделей используются двигатели внутреннего сгорания с рабочим объемом от 1,0 до 25,0 кубических сантиметров. Двигатели внутреннего сгорания по принципу работы подразделяются на два типа: четырехтактные и двухтактные. По способу воспламенения горючей смеси модельные двигатели подразделяются на калильные и компрессионные. В четырехтактном двигателе рабочий процесс в цилиндре совершается за четыре хода поршня и соответствует двум оборотам коленчатого вала. У двухтактных двигателей рабочий процесс совершается за два хода поршня — такта, что соответствует одному обороту коленчатого вала. Основным двигателем, применяемым в авиамодельном спорте, является двухтактный двигатель. Рабочий процесс двухтактного двигателя протекает следующим образом. При движении поршня вверх к верхней мёртвой точке (ВМТ) в кривошипной камере создается давление, благодаря которому рабочая смесь засасывается карбюратором в полость картера. При движении поршня вниз к нижней мёртвой точке (НМТ) смесь в картере сначала сжимается, а затем поступает по перепускным каналам в цилиндр. При следующем ходе поршня вверх, который происходит под действием сил инерции вращающихся масс, рабочая смесь в цилиндре сжимается, одновременно происходит всасывание в кривошипную камеру из картера новой порции рабочей смеси. При движении поршня вверх в положении, близком к (ВМТ), от сжатия рабочая смесь нагревается и воспламеняется от калильной свечи. Образовавшиеся при сгорании газы начинают давить на поршень. При движении последнего открывается выхлопное окно, и газы устремляются наружу. Перемещаясь далее вниз, поршень открывает впускное окно, и в результате разности давления в кривошипной камере и цилиндре горючая смесь поступает в цилиндр, происходит перепуск и продувка, затем сжатие, и цикл повторяется.

Схемы работы двух и четырёхтактного двигателей внутреннего сгорания.

Большое влияние на мощность двигателя, число его оборотов, экономичность и пусковые качества оказывает газораспределение: начало и конец процесса всасывания, перепуска и выхлопа. Всасыванием называется процесс заполнения картера рабочей смесью (воздуха и топлива). Протекает этот процесс так: поршень при своем движении вверх создает разрежение в кривошипной камере. Через трубку, называемую всасывающим патрубком, воздух устремляется в кривошипную камеру. Патрубок, по которому воздух из атмосферы поступает в кривошипную камеру, имеет переменное сечение, вследствие чего скорость, а следовательно, и давление по оси потока переменны. В самом малом сечении патрубка, где максимальная скорость потока и минимальное статическое давление, устанавливается жиклер. Под действием разности давления в жиклере и патрубке топливо вытекает во всасывающий патрубок. Протекающий воздух захватывает частицы топлива, распыляет их и уносит в полость кривошипной камеры. Величина отверстия жик­лера, пропускающего горючее, регулируется иглой. А впуск рабочей смеси в картер осуществляется поршнем, валом или золотником.

Перепуском называется процесс перемещения горючей смеси из кривошипной камеры в цилиндр. Про­дувкой называется процесс заполнения цилиндра све жей порцией горючей смеси и вытеснения сгоревших газов к выхлопному окну.

Выхлопом называется процесс выхода газов из цилиндра.

Фазами газораспределения называют углы поворота коленчатого вала, со­ответствующие процессам: всасывания, продувки и выхлопа. Фазы газораспределения обычно изображают в виде круговой диаграммы. Круговая диаграмма дает представление скольким градусам угла поворота вала двигателя соответствуют процессы газораспределения.

Основными геометрическими характеристиками двигателя яв ляются рабочий объем V , диаметр цилиндра D , ход поршня Н, их отношение и степень сжатия Е. В двухтактном двигателе рабочий объем используется не полностью и поэтому вводят понятие эффективного рабочего объёма и эффективного рабочего хода. Эффективным рабочим объемом называется объём цилиндра от верхней кромки выхлопного окна до нижней. А соответствующий эффективному рабочему объёму рабочий ход называется эффективным рабочим ходом. При одном и том же рабочем объеме можно варьировать диаметром цилиндра и ходом поршня в зависимости от того, какую внешнюю характеристику двигателя хотим получить. Скоростные авиамодельные двигатели обычно делают с коротким ходом поршня. Объясняется это тем, что скоростной двигатель для получения максимальной мощности и высокого к.п.д. винта эксплуатируется на высоких оборотах. Поэтому применение короткохода дает возможность снизить среднюю скорость поршня и следовательно, снизить потери мощности на трение в рабочей паре двигателя. Кроме того, уменьшается износ. Трение и износ уменьшаются еще и потому, что с изменением рабочего хода, уменьшается боковая составляющая силы давления сгоревших газов, прижимающая поршень к цилиндру. Но увлекаться уменьшени­ем хода поршня нельзя, так как возрастают нагрузки на шатун и шейку коленчатого вала. Фактором, ограничи­вающим уменьшение хода поршня, является крутящий у момент двигателя, который в рабочем диапазоне оборотов должен быть равен потребному крутящему моменту вин­та, имеющего наибольший к.п.д.

Необходимо четко представлять себе, что рабочим объёмом цилиндра называется объем, заключенный между верхней (ВМТ) и нижней (НМТ) мертвыми точками поршня в цилиндре. Когда поршень находится в верхней мертвой точке, весь объём, находящийся над поршнем, называется объемом камеры сгорания. Суммарный объем, получаемый при сложении объема камеры сгорания с рабочим объемом, называется полным объемом цилиндра. Рабочий объем можно определить по геометрической формуле объема цилиндра, а вот объем камеры сгорания — только замером.

68. Определение рабочей точки системы насос-трубопровод.

См. 67.

69.1 Регулирование подачи центробежных насосов.

Данной характеристике насоса и насосной установки соответствует только одна рабочая точка. Между тем, требуемая подача может изменяться. Для того чтобы изменить режим работы насоса, необходимо изменить характеристику насоса либо насосной установки. Это изменение характеристик для обеспечения требуемой подачи называется регулированием. Регулирование центробежных и малых осевых насосов может осуществляться либо при помощи регулирующей задвижки (изменяется характеристика насосной установки) или изменением частоты вращения (изменяется характеристика насоса). Иногда малые осевые насосы регулируют перепуском части расхода из напорного трубопровода во всасывающий. Работа установки со средними и крупными осевыми насосами, имеющими поворотные лопасти, регулируется изменением угла установка лопастей рабочего колеса, при котором меняется характеристика насоса.

Регулирование задвижкой (дросселированием). Предположим, что насос должен иметь подачу не , соответствующую точкеПересечении характеристики насоса с характеристикой насосной установки, a(рис.). Этой подаче соответствует рабочая точкахарактеристики насоса. Чтобы характеристика насосной установки пересекалась с кривой напоровв точке, необходимо увеличить потери напора в установке. Это осуществляется прикрытием регулирующей задвижки, установленной на напорном трубопроводе. В результате увеличения потерь напора в установке характеристика насосной установки пойдет круче и пересечет кривую напоровнасоса в точке. При этом режиме потребный напор установки складывается из напора, расходуемого в установке при эксплуатации с полностью открытой задвижкой, и потери напорав задвижке. Таким образом, регулирование работы насоса дросселированием вызывает дополнительные потери энергии, снижающие КПД установки, поэтому этот способ неэкономичен. Однако благодаря исключительной простоте регулирование дросселированием получило наибольшее распространение.

Регулирование изменением частоты вращения насоса. Изменение частоты вращения насоса ведет к изменению его характеристики и, следовательно, рабочего режима (рис.). Для регулирования изменением частоты вращения необходимы двигатели с переменной частотой вращения (электродвигатели постоянного тока, паровые и газовые турбины и двигатели внутреннего сгорания). Применяется также изменение частоты вращения включением сопротивления в цепь ротора асинхронного двигателя с фазовым

69.2 Регулирование подачи центробежных насосов.

ротором, а также гидромуфтой, установленной между двигателем и насосом. Регулирование работы насоса изменением его частоты вращения более экономично, чем регулирование дросселированием. Даже применение гидромуфт и сопротивления в цепи ротора асинхронного двигателя, связанное с дополнительными потерями мощности, экономичнее, чем регулирование дросселированием.

Регулирование перепуском. Оно осуществляется перепуском части жидкости, подаваемой насосом, из напорного трубопровода во всасывающий по обводному трубопроводу, на котором установлена задвижка. При изменении степени открытия этой задвижки изменяются расход перепускаемой жидкости и, следовательно, расход во внешней сети. Энергия жидкости, проходящей по обводному трубопроводу, теряется, поэтому регулирование перепуском неэкономично.

Регулирование поворотом лопастей. Оно применяется в средних и крупных поворотнолопастных осевых насосах. При повороте лопастей изменяется характеристика насоса и, следовательно, режим его работы (рис.). КПД насоса при повороте лопастей изменяется незначительно, поэтому этот способ регулирования значительно экономичнее регулирования дросселированием.

Документация

О рабочих точках

Что такое рабочая точка?

Рабочая точка динамической системы задает состояния и входные сигналы корневого уровня модели в определенное время. Например, в автомобильной модели механизма, переменные, такие как скорость вращения двигателя, угол дросселя, температура механизма, и окружающий атмосферные условия обычно описывает рабочую точку.

Следующая модель Simulink ® имеет рабочую точку, которая состоит из двух переменных:

Набор входного сигнала корневого уровня к 1

Набор состояния блока Integrator к 5

Следующая таблица обобщает значения сигналов для модели в этой рабочей точке.

Следующая блок-схема показывает, как вход модели и начальное состояние блока Integrator распространяют через модель в процессе моделирования.

Если ваши начальные состояния модели и входные параметры уже представляют желаемые установившиеся условия работы, можно использовать эту рабочую точку для линеаризации или системы управления.

Что такое установившаяся рабочая точка?

Установившаяся рабочая точка модели, также названной равновесием или условием для обрезки , включает переменные состояния, которые не изменяются со временем.

Модель может иметь несколько установившихся рабочих точек. Например, ослабленный маятник зависания имеет две установившихся рабочих точки, в которых положение маятника не изменяется со временем. Устойчивая установившаяся рабочая точка происходит, когда маятник висит прямо вниз. Когда положение маятника отклоняется немного, маятник всегда возвращается к равновесию. Другими словами, небольшие изменения в рабочей точке не заставляют систему покидать область хорошего приближения вокруг значения равновесия.

Нестабильная установившаяся рабочая точка происходит, когда маятник указывает вверх. Пока маятник указывает точно вверх, это остается в равновесии. Однако, когда маятник отклоняется немного от этого положения, он качается вниз, и рабочая точка покидает область вокруг значения равновесия.

При использовании поиска оптимизации, чтобы вычислить рабочие точки для нелинейных систем, ваши исходные предположения для состояний и уровней на входе должны быть около желаемой рабочей точки, чтобы гарантировать сходимость.

При линеаризации модели с несколькими установившимися рабочими точками важно иметь правильную рабочую точку. Например, линеаризация модели маятника вокруг устойчивой установившейся рабочей точки производит устойчивую линейную модель, тогда как линеаризация вокруг нестабильной установившейся рабочей точки производит нестабильную линейную модель.

Состояния модели Simulink , включенные в объект рабочей точки

В программном обеспечении Simulink Control Design™ рабочая точка для модели Simulink представлена рабочей точкой ( operpoint объект. Объектно-ориентированная память настраиваемые состояния модели и их значения, наряду с другими данными о рабочей точке. Состояния блоков, которые имеют внутреннее представление, такое как Backlash , Memory и блоки Stateflow ® , исключены.

Состояния, которые исключены из объекта рабочей точки, не могут использоваться в обрезке расчетов. Эти состояния не могут быть получены с operspec или operpoint , или записанный с initopspec . Такие состояния также исключены из отображений рабочей точки или расчетов с помощью Model Linearizer. Следующая таблица подводит итог, какие состояния включены и которые исключены из объекта рабочей точки.

Тест драйв Volkswagen Touareg –
«Сдвиг рабочей точки (Touareg TSI Hybrid)»

О Volkswagen Touareg

Фольксваген Туарег

“Volkswagen Touareg” примеряет гибридную трансмиссию

“Тouareg” – признанный лидер по части проходимости в своем классе. Наличие полноценной раздатки с пониженной передачей, постоянный полный привод, пневмоподвеска, способная увеличивать дорожный просвет до джиперских значений, электроника, помогающая справиться с любым бездорожьем, отменные динамические качества… Чего же недоставало инженерам и маркетологам “Volkswagen”, чтобы чувствовать себя на любом рынке вне досягаемости? Оказывается – гибридной версии. И особенно если этот рынок – американский.

ПОКА гибридный “Тouareg” – это всего лишь прототип. Экспериментальная силовая установка, смонтированная на старом шасси. Кузов соответственно тоже старый. Точнее, тот, который вып ускается сегодня. Когда гибрид пойдет в серию (а этот день не за горами) с фольксвагеновского конвейера уже будет сходить “Тouareg” нового поколения. На его базе и будет строиться гибридная модификация.

О том, каким будет этот автомобиль в дета ля х, говорить пока рано. Конкретики не много, нюансы засекречены. Но уже сейчас ясно, что бензоэлектрический “Volkswagen Touareg” остается почестному полноприводным.

Параллельная мощность

ТРЕХЛИТРОВЫЙ бензиновый мотор “V6 TSI”, выдающий нагора 333 л.с., знаком нам по моделям “Audi”. Двигатель отличается минимальными размерами, наличием механического нагнетателя непосредственного впрыска. Особенная гордость инженеров “Volkswagen” – отключаемый водяной насос в системе охлаждения. Благодаря этому мотор прогревается до рабочей температуры почти мгновенно, что ведет к экономии топлива и снижению вредных выбросов.

Между бензиновым двигателем и восьмиступенчатой автоматической коробкой передач установлен тороидальный электромотор мощностью 52 л.с. Он подсоединен к валу двигателя внутреннего сгорания через управляемую электроникой муфту. Такой тип привода специалисты называют параллельным. Электромотор “везет” автомобиль либо в одиночку, либо в жесткой связке с бензиновым собратом. Потому суммарная мощность обоих двигателей может быть фактически сложена вместе.

Вся гибридная система, включая муфту, электромотор-генератор, батарею в багажнике, электронные блоки и толстые силовые провода, весит около 175 кг. Вес немалый, и под этой тяжестью “Touareg Hybrid” заметно проседает. И это даже несмотря на то, что конструкцию автомобиля явно облегчали.

Например, инженеры были вынуждены пойти на компромисс и смириться с утратой некоторой части внедорожных качеств. У гибридного “Туарега” нет понижающей передачи и принудительной блокировки межосевого дифференциала – в целях экономии веса от довольно тяжелой раздаточной коробки в ее привычном понимании пришлось отказаться. Вместо нее теперь используется легкий и компактный дифференциал “Torsen”. И все равно машина заметно проседает. Не спасает даже адаптированная, более жесткая задняя подвеска.

Беззвучный поток

САЛОН экспериментального “Touareg Hybrid” в точности такой же, как и на обычной бензиновой модификации. Никаких специальных приборов типа “указателей расхода мощности” или ваттметров нет. Стандартные органы управления, монитор по центру консоли. Единственное отличие – отсутствие селектора режимов раздаточной коробки слева от ручки АКПП.

Утапливаем ключ в замке. Оживают приборы, гаснут контрольные лампы и. ничего не происходит – никакого гула мотора на “холостых”. Пора привыкать к новым ощущениям на старте: начало движения автомобилей гибридной эры происходит в полном безмолвии. Примерно до трети хода педа ли акселератора “ Touareg Hybrid” способен разгоняться на аккумуляторной батарее. Конечно, если она не полностью разряжена. Нажимаешь “газ” сильнее, или дорога пошла на подъем – мгновенно запускается двигатель, без малейших рывков подключается к трансмиссии, и ускорение не заставит себя ждать. Если же “топн уть” по педа ли с места, динамика ускорения вмиг напомнит о суммарных 374 л.с. и 550 Нм момента.

Стоит, однако, дороге пойти под уклон или вам отпустить педаль, как бензиновый мотор незаметно отключится. При замедлении даже небольшое касание педали тормоза переводит электродвигатель в режим генератора, и энергия движения, улетучивающаяся в обычном автомобиле с теплом тормозных дисков и колодок, в гибриде частично осядет “бонусом” в аккумуляторной батарее. Это и есть главное, ради чего создана гибридная трансмиссия, – возможность запасти часть энергии движения в виде электричества и употребить ее при следующем разгоне, снизив ровно на столько же нагрузку на двигатель. А значит, снизится и расход топлива, меньше станет вредных выбросов.

Советуем также тест-драйвы конкурирующих машин

Haval Coupe C
(универсал)

Fiat 500X
(универсал 5-дв.)

Audi Q2
(универсал 5-дв.)

Кстати, долгое время ездить на одной лишь электротяге не получится. Полностью заряженного аккумулятора гибридному “Т уарегу” хватит всего на три минуты. Немного, далеко не уедешь. Видимо, поэтому на прототипе на всякий случай не предусмотрена кнопка принудительного отключения бензинового двигателя. Вдруг кто-то, донельзя озабоченный проблемами экологии, попытается обходиться без загрязняющего атмосферу бензинового двигателя вообще? Что тогда? Аккумуляторы сядут, и привет. Хотя на серийной машине эта опция, возможно, появится.

Тем не менее множество изменений в конструкции “Touareg Hybrid” сделано с расчетом на то, что он в отличие от обычного “Т уарега” может двигаться при заглушенном бензиновом моторе. Поэтому рулевое управление сделано электрогидравлическим. Восьмиступенчатая АКПП имеет электрический масляный насос. Компрессор системы кондиционирования работает от аккумулятора и т.д. А еще бензиновый двигатель не имеет привычного стартера – его роль выполняет тяговый электромотор.

Характерные особенности

СИЛОВАЯ установка “Touareg Hybrid” допускает два режима движения при работающем бензиновом двигателе. Первый соответствует разряженному аккумулятору, второй соответственно заряженному. При “полной” батарее мощность ДВС расходуется только на поддержание заряда и обеспечение 12-вольтовых потребителей – как в обычном автомобиле. В противном случае (если батареи на исходе) бензиновый мотор работает в режиме повышенной мощности, заряжая аккумулятор через электродвигатель-генератор.

Этот режим инженеры “Volkswagen” называют “сдвигом рабочей точки” и считают его наиболее эффективным по соотношению нагрузка/скорость. “Hybrid Manager” – электронный диспетчер всех процессов, протекающих внутри силовой установки, – достаточно ровно чередует эти фазы, по крайней мере заметного снижения “максималки” во время зарядки здесь не происходит.

Но самое, пожалуй, неожиданное свойство параллельной гибридной схемы – сверхэкономичный режим движения накатом. При отпущенной педали газа муфта отсоединяет бензиновый двигатель от коробки передач. Это возможно даже на скорости 160 км/ч. Специалисты “Volkswagen” уверяют, что в чередовании разгона и наката кроется дополнительная экономия. Неужели старый добрый принцип передвижения на тихоходных грузовиках “разогнался – накати” воплотится в самой современной конструкции? Похоже на то, что прогресс действительно движется по спирали!