Блок Поршневой двигатель представляет собой поршневой двигатель внутреннего сгорания с несколькими цилиндрами. Модель поршня учитывает мгновенный крутящий момент, передаваемый на коленчатый вал двигателя. Мгновенный крутящий момент позволяет моделировать вибрации в трансмиссии, возникающие при вращении поршня. Для моделирования только поршневого механизма двигателя внутреннего сгорания используйте блок Поршень.
Порт B представляет собой поступательно движущийся поршень, а порт F — вращающийся коленчатый вал. Сила, действующая на поршень, определяется давлением в цилиндре и площадью поперечного сечения. Блок получает давление сгорания из интерполяционной таблицы, параметризованной в зависимости от угла поворота кривошипа и, при необходимости, угловой скорости кривошипа и уровня открытия дроссельной заслонки двигателя.
Крутящий момент кривошипа зависит от силы, действующей на поршень, угла поворота кривошипа, а также от длины кривошипа и шатуна. В терминах этих параметров отношение крутящего момента коленчатого вала к силе, действующей на поршень, выражается следующим образом:
где
— мгновенная сила, действующая на поршень, связанная с ведущим портом B;
— мгновенный крутящий момент кривошипа, связанный с ведомым портом F;
— длина кривошипа;
— мгновенный угол поворота кривошипа;
— длина шатуна.
Размеры поршня
Входной порт T позволяет задать уровень дроссельной заслонки двигателя в виде дроби от 0 до 1. Эта дробь соответствует проценту от полной мощности. Блок использует входной порт всякий раз, когда интерполяционная таблица давления в окне параметров блока параметризована только по углу поворота кривошипа.
Зависимости для группы параметров расхода топлива
В таблице показано, как значения параметра Модель расчета расхода топлива влияют на доступность зависимых параметров.
Параметры расхода топлива
Модель расчета расхода топлива
Без расхода топлива
Постоянный расход за один оборот
Расход топлива в зависимости от угловой скорости и крутящего момента
Удельный эффективный расход топлива в зависимости от скорости и момента
Удельный эффективный расход топлива в зависимости от скорости и среднего эффективного давления
Расход топлива за оборот поршня
Вектор угловых скоростей
Вектор крутящих моментов
Вектор среднего эффективного давления
Таблица расхода топлива
Таблица удельного эффективного расхода топлива
Метод интерполяции — выберите Линейная или Сглаженная
Порты
Вход
# T
—
нормализованный уровень открытия дроссельной заслонки двигателя, безразмерный
неотрицательный скаляр
Details
Требуемый крутящий момент двигателя в виде доли от максимально возможного крутящего момента.
Типы данных
Float64
Поддержка комплексных чисел
Нет
Ненаправленные
# B
—
ведущий порт, связанный с поршнем
поступательная механика
Details
Ненаправленный порт, соединяющийся с блоком двигателя.
Имя для программного использования
base_flange
# F
—
коленчатый вал двигателя
вращательная механика
Details
Ведомый порт двигателя. Коленчатый вал передает мощность, вырабатываемую в процессе сгорания топлива. Как правило, именно к нему крепятся сцепление и коробка передач.
Чтобы использовать этот порт, установите для параметра Модель расчета расхода топлива одно из следующих значений:
Постоянный расход за один оборот;
Расход топлива в зависимости от угловой скорости и крутящего момента;
Удельный эффективный расход топлива в зависимости от скорости и момента;
Удельный эффективный расход топлива в зависимости от скорости и среднего эффективного давления.
Типы данных
Float64
Поддержка комплексных чисел
Нет
Параметры
Параметры поршня
#Количество поршней —
количество поршней в двигателе внутреннего сгорания
Details
Количество поршней в двигателе внутреннего сгорания.
Значение по умолчанию
4
Имя для программного использования
piston_count
Вычисляемый
Да
#Вектор углов смещения —
смещение верхней мертвой точки для каждого поршня
rad | deg | rev | mrad | arcsec | arcmin | gon
Details
Вектор углов смещения поршня. Угол смещения определяет точку в цикле работы двигателя, когда поршень достигает верхней мертвой точки. Цикл работы двигателя охватывает диапазон углов от до градусов, где — количество тактов за цикл.
Размер вектора должен совпадать с количеством поршней. Вектор по умолчанию соответствует четырехтактному четырехпоршневому двигателю.
Единицы измерения
rad | deg | rev | mrad | arcsec | arcmin | gon
Значение по умолчанию
[0.0, 180.0, 360.0, -180.0] deg
Имя для программного использования
phi_offset_vector
Вычисляемый
Да
#Диаметр поршня —
внутренний диаметр стенки цилиндра поршня
m | um | mm | cm | km | in | ft | yd | mi | nmi
Details
Внутренний диаметр стенки цилиндра поршня. Блок использует этот параметр для расчета интерполяционной таблицы крутящего момента. Необходимо указать значение больше нуля.
Единицы измерения
m | um | mm | cm | km | in | ft | yd | mi | nmi
Значение по умолчанию
0.1 m
Имя для программного использования
cylinder_bore
Вычисляемый
Да
#Ход поршня —
длина поступательного хода поршня
m | um | mm | cm | km | in | ft | yd | mi | nmi
Details
Расстояние от полностью втянутого до полностью выдвинутого положения поршня. Блок использует этот параметр для преобразования давления на поршень в значения крутящего момента. Необходимо указать значение больше нуля.
Единицы измерения
m | um | mm | cm | km | in | ft | yd | mi | nmi
Значение по умолчанию
0.06 m
Имя для программного использования
stroke_piston
Вычисляемый
Да
#Длина шатуна —
длина шатуна между поршнем и коленвалом
m | um | mm | cm | km | in | ft | yd | mi | nmi
Details
Расстояние от центра отверстия для поршневого пальца до центра отверстия коленчатого вала в шатуне поршня. Блок использует этот параметр для преобразования давления на поршень в крутящий момент. Необходимо указать значение больше нуля.
Единицы измерения
m | um | mm | cm | km | in | ft | yd | mi | nmi
Значение по умолчанию
0.1 m
Имя для программного использования
rod_length
Вычисляемый
Да
#Количество тактов за цикл —
количество тактов поршня, необходимых для завершения одного цикла сгорания
Details
Количество тактов поршня, необходимых для впуска, сжатия, сгорания и выпуска продуктов сгорания. Обычно двигатели бывают двухтактными или четырехтактными. Необходимо использовать значение, кратное двум.
Значение по умолчанию
4
Имя для программного использования
strokes_per_cycle_count
Вычисляемый
Да
#Способ параметризации давления —
определение давления, приложенного к поршню
Угол коленвала | Угол коленвала и нормированный угол дроссельной заслонки | Угол коленвала, угол дроссельной заслонки и угловая скорость коленвала
Details
Группа параметров, которую блок должен использовать для параметризации данных о давлении.
Значения
By crank angle | By crank angle and throttle | By crank angle, throttle and crank velocity
Угол поворота кривошипа поршня, начинающийся с минимального угла или выше и заканчивающийся максимальным углом или ниже. Минимальный или максимальный угол можно рассчитать, умножив количество тактов на −90 градусов или 90 градусов соответственно. Необходимо указать как минимум два значения.
Каждый элемент параметра Вектор углов коленвала соответствует элементу параметра Вектор давлений или -й строке параметра Матрица давления или каждой матрице параметра Трехмерная матрица давлений.
#Нормированный вектор углов дроссельной заслонки —
различные положения дроссельной заслонки
Details
Различные положения дроссельной заслонки, соответствующие давлению в параметрах Матрица давления или Трехмерная матрица давлений. Положение дроссельной заслонки должно оставаться в диапазоне [0, 1], где 0 означает полностью закрытую дроссельную заслонку, а 1 — полностью открытую дроссельную заслонку.
Каждый элемент параметра Нормированный вектор углов дроссельной заслонки соответствует -му столбцу параметра Матрица давления или каждой матрице параметра Трехмерная матрица давлений.
Зависимости
Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Способ параметризации давления значение Угол коленвала и нормированный угол дроссельной заслонки или Угол коленвала, угол дроссельной заслонки и угловая скорость коленвала.
Значение по умолчанию
[0.0, 0.3, 0.8, 1.0]
Имя для программного использования
throttle_position_vector
Вычисляемый
Да
#Матрица давления —
параметризованные значения давления в зависимости от угла поворота кривошипа и положения дроссельной заслонки
Pa | uPa | hPa | kPa | MPa | GPa | kgf/m^2 | kgf/cm^2 | kgf/mm^2 | mbar | bar | kbar | atm | ksi | psi | mmHg | inHg
Details
Матрица значений давления, соответствующих различным комбинациям угла поворота кривошипа и положения дроссельной заслонки.
Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Способ параметризации давления значение Угол коленвала и нормированный угол дроссельной заслонки.
#Вектор угловых скоростей коленвала —
различные угловые скорости
rad/s | deg/s | rad/min | deg/min | rpm | rps
Details
Различные скорости вращения кривошипа, соответствующие давлениям в параметре Трехмерная матрица давлений.
Каждый элемент параметра Вектор угловых скоростей коленвала соответствует одной из -матриц параметра Трехмерная матрица давлений.
Зависимости
Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Способ параметризации давления значение Угол коленвала, угол дроссельной заслонки и угловая скорость коленвала.
Единицы измерения
rad/s | deg/s | rad/min | deg/min | rpm | rps
Значение по умолчанию
[0.0, 1000.0, 6000.0] rpm
Имя для программного использования
w_vector
Вычисляемый
Да
#Трехмерная матрица давлений —
параметризованные значения давления в зависимости от угла поворота кривошипа, положения дроссельной заслонки и скорости вращения кривошипа
Pa | uPa | hPa | kPa | MPa | GPa | kgf/m^2 | kgf/cm^2 | kgf/mm^2 | mbar | bar | kbar | atm | ksi | psi | mmHg | inHg
Details
Объединенная матрица значений давления, соответствующих различным комбинациям угла поворота кривошипа, положения дроссельной заслонки и скорости вращения кривошипа.
Элементы параметра Вектор углов коленвала соответствуют строкам. Элементы параметра Нормированный вектор углов дроссельной заслонки соответствуют столбцам. Элементы параметра Вектор угловых скоростей коленвала соответствуют матрицам, которые вы объединяете вдоль измерения .
По умолчанию , и .
Зависимости
Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Способ параметризации давления значение Угол коленвала, угол дроссельной заслонки и угловая скорость коленвала.
Угол поворота кривошипа в нулевой момент времени относительно положения верхней мертвой точки. Цикл работы двигателя охватывает диапазон углов от до градусов, где — количество тактов за цикл.
Поступательная жесткость пружины коленчатого вала двигателя. Жесткость пружины учитывает накопление упругой энергии в коленчатом валу за счет податливости материала.
Коэффициент жесткости коленчатого вала двигателя. Этот параметр учитывает сопротивление деформации вала.
Зависимости
Чтобы использовать этот параметр, установите флажок Учитывать динамику коленвала.
Угол отклонения между коренной и шатунной шейкой коленчатого вала в нулевой момент времени. Угол отклонения измеряет угловую деформацию коленчатого вала вследствие кручения.
Зависимости
Чтобы использовать этот параметр, установите флажок Учитывать динамику коленвала.
Единицы измерения
rad | deg | rev | mrad | arcsec | arcmin | gon
Значение по умолчанию
0.0 deg
Имя для программного использования
delta_phi_start
Вычисляемый
Да
#Начальная угловая скорость —
начальная угловая скорость коленчатого вала
rad/s | deg/s | rad/min | deg/min | rpm | rps
Details
Угловая скорость коленчатого вала в нулевой момент времени.
Зависимости
Чтобы использовать этот параметр, установите флажок Учитывать динамику коленвала.
Единицы измерения
rad/s | deg/s | rad/min | deg/min | rpm | rps
Значение по умолчанию
0.0 rpm
Имя для программного использования
w_start
Вычисляемый
Да
Параметры расхода топлива
#Модель расчета расхода топлива —
активация параметров моделирования расхода топлива
Без расхода топлива | Постоянный расход за один оборот | Расход топлива в зависимости от угловой скорости и крутящего момента | Удельный эффективный расход топлива в зависимости от скорости и момента | Удельный эффективный расход топлива в зависимости от скорости и среднего эффективного давления
Details
Модель расчета расхода топлива, основанный на имеющихся данных. Выберите модель для расчета расхода топлива двигателем. Методы позволяют использовать параметры, соответствующие типичным промышленным данным. Выберите один из следующих вариантов:
Без расхода топлива (по умолчанию);
Постоянный расход за один оборот;
Расход топлива в зависимости от угловой скорости и крутящего момента;
Удельный эффективный расход топлива в зависимости от скорости и момента;
Удельный эффективный расход топлива в зависимости от скорости и среднего эффективного давления.
Если для параметра Модель расчета расхода топлива выбрано значение Без расхода топлива, блок не будет рассчитывать расход топлива даже при подключении порта FC к другому блоку. Выбор этого значения увеличивает скорость моделирования.
Значения
No fuel consumption | Constant per revolution | Fuel consumption by speed and torque | Brake specific fuel consumption by speed and torque | Brake specific fuel consumption by speed and brake mean effective pressure
Значение по умолчанию
No fuel consumption
Имя для программного использования
fuel_consumption_model
Вычисляемый
Нет
#Расход топлива за оборот поршня —
расход топлива за один оборот кривошипа
mg/rev | kg/rad
Details
Постоянная скорость расхода топлива как функция количества оборотов коленчатого вала. Введите объем топлива, потребляемого за один оборот коленчатого вала.
Зависимости
Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Модель расчета расхода топлива значение Постоянный расход за один оборот.
Единицы измерения
mg/rev | kg/rad
Значение по умолчанию
25.0 mg/rev
Имя для программного использования
fuel_consumption_per_revolution
Вычисляемый
Да
#Вектор угловых скоростей —
данные о частоте вращения двигателя
rad/s | deg/s | rad/min | deg/min | rpm | rps
Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Модель расчета расхода топлива значение Расход топлива в зависимости от угловой скорости и крутящего момента, Удельный эффективный расход топлива в зависимости от скорости и момента или Удельный эффективный расход топлива в зависимости от скорости и среднего эффективного давления.
Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Модель расчета расхода топлива значение Расход топлива в зависимости от угловой скорости и крутящего момента или Удельный эффективный расход топлива в зависимости от скорости и момента.
#Таблица расхода топлива —
данные о расходе топлива двигателем
kg/s | kg/hr | kg/min | g/hr | g/min | g/s | t/hr | lbm/hr | lbm/min | lbm/s
Details
Матрица значений расхода топлива, соответствующих векторам частоты вращения и крутящего момента двигателя. Количество строк должно быть равно количеству элементов в параметре Вектор угловых скоростей. Количество столбцов должно быть равно количеству элементов в параметре Вектор крутящих моментов.
Зависимости
Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Модель расчета расхода топлива значение Расход топлива в зависимости от угловой скорости и крутящего момента.
#Метод интерполяции —
метод интерполяции для расчета расхода топлива
Линейная | Сглаженная
Details
Метод интерполяции для расчета расхода топлива при промежуточных значениях частоты вращения и крутящего момента. Расход топлива остается постоянным за пределами диапазона, указанного в интерполяционной таблице.
Зависимости
Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Модель расчета расхода топлива значение Расход топлива в зависимости от угловой скорости и крутящего момента, Удельный эффективный расход топлива в зависимости от скорости и момента или Удельный эффективный расход топлива в зависимости от скорости и среднего эффективного давления.
Значения
Linear | Smooth
Значение по умолчанию
Linear
Имя для программного использования
fuel_consumption_interpolation_type
Вычисляемый
Нет
#Таблица удельного эффективного расхода топлива —
данные об удельном расходе топлива при торможении
s^2/ft^2 | s^2/m^2 | g/(hr*kW)
Details
При выборе значения Удельный эффективный расход топлива в зависимости от скорости и момента для параметра Модель расчета расхода топлива данный параметр представляет собой матрицу показателей удельного расхода топлива при торможении, которая соответствует векторам частоты вращения и крутящего момента двигателя. Удельный расход топлива — это отношение расхода топлива к выходной мощности. Количество строк должно быть равно количеству элементов в параметре Вектор угловых скоростей. Количество столбцов должно быть равно количеству элементов в параметре Вектор крутящих моментов.
При выборе значения Удельный эффективный расход топлива в зависимости от скорости и среднего эффективного давления для параметра Модель расчета расхода топлива данный параметр представляет собой матрицу показателей удельного расхода топлива при торможении, которая соответствует векторам частоты вращения двигателя и среднего эффективного давления при торможении. Среднее эффективное давление при торможении — это отношение расхода топлива к выходной мощности. Количество строк должно быть равно количеству элементов в параметре Вектор угловых скоростей. Количество столбцов должно быть равно количеству элементов в параметре Вектор среднего эффективного давления.
Зависимости
Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Модель расчета расхода топлива значение Удельный эффективный расход топлива в зависимости от скорости и момента или Удельный эффективный расход топлива в зависимости от скорости и среднего эффективного давления.
#Вектор среднего эффективного давления —
среднее давление в цилиндре, необходимое для создания заданного крутящего момента
Pa | uPa | hPa | kPa | MPa | GPa | kgf/m^2 | kgf/cm^2 | kgf/mm^2 | mbar | bar | kbar | atm | ksi | psi | mmHg | inHg
Details
Вектор значений среднего эффективного давления при торможении. Значения среднего эффективного давления при торможении удовлетворяют выражению
где
— выходной крутящий момент;
— количество циклов на один оборот;
— рабочий объем цилиндра.
Зависимости
Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Модель расчета расхода топлива значение Удельный эффективный расход топлива в зависимости от скорости и среднего эффективного давления.