Системный анализ увеличения коэффициента наполнения четырехтактного бензинового атмосферного автомобильного двигателя

Текст:

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

Уфимский государственный авиационный технический университет

Кафедра Технической Кибернетики

Реферат

на тему: «Системный анализ увеличения коэффициента наполнения четырехтактного бензинового атмосферного автомобильного двигателя за счет повышения коэффициента наполнения»

Выполнили: студенты группы ЭДМ-105

Мелентьев Е.А.

Тасованный А.В.

Проверила: доцент Закиева Е. Ш.

Уфа 2016

Введение. 2

1. Формулировка проблемы, цели и задачи исследования. 4

2. Объект исследования как система. 9

2.1 Цели и задачи системы.. 9

2.2 Структура системы. 12

2.3. Особенности окружающей среды. 14

2.4. Определение места системы в системе классификации. 15

3. Общесистемные законы и принципы функционирования системы.. 17

4. Проблемы управления в исследуемой системе. 26

5. Рекомендации по решению системной проблемы.. 28

Заключение. 29

Список литературы.. 30

Введение

Системный анализ – совокупность методологических средств, используемых для подготовки и обоснования решений по сложным проблемам политического, военного, социального, экономического, научного и технического характера.

Он применяется для исследования различных организаций. Помогает решить проблемы, стоящие перед этими организациями. Позволяет свести решение сложной задачи к четкой последовательности простых задач, прийти к решению проблем, возникших, или тех, которые могут возникнуть на пути существования и жизнедеятельности организации.

В данном реферате рассматриваются проблемы низкой удельной мощности и большого удельного расхода автомобильного бензинового четырехтактного двигателя внутреннего сгорания (ДВС) из-за ненастроенного газовоздушного тракта (ГВТ) двигателя.

Для выявления проблем и их решения необходимо решить следующие задачи:

1. Рассмотреть проблемы, цели и задачи

2. Указать цель, задачи и функции системы, структуру системы, особенности окружающей среды, определить место системы в системе классификаций.

3. Рассмотреть общесистемные законы и принципы функционирования

системы.

4. Определить проблемы управления функционирования системы.

5. Дать рекомендации по решению системной проблемы.

В качестве объекта системных исследований рассматривается ГВТ ДВС.

Реферат состоит из введения, 5 глав и заключения. Также приведен список литературы в составе 11 источников, которая была использована в качестве информационной основы.

В первом разделе формулируется проблематика, выделяется проблема, определяются задачи данного системного исследования.

Во втором разделе описывается объект исследования, определяются её цели, задачи, функции и свойства. Описывается воздействие элементов внешней среды на систему, её место в системе классификации.

В третьем разделе рассмотрены общесистемные принципы применительно к исследуемой системе.

В четвертом разделе рассматриваются проблемы управления ДВС.

В результате проведения системного анализа, в пятом разделе будут сформулированы рекомендации по решению системной проблемы.

1. Формулировка проблемы, цели и задачи исследования

Одно из направлений улучшения характеристик наддувных и безнаддувных двигателей связано с использованием волновых явлений в ГВТ с целью увеличения наполнения цилиндров на всех режимах работы ДВС.

Благодаря относительной простоте конструктивного исполнения и высокой эксплуатационной надежности область применения систем с волновым газообменом непрерывно расширяется. Элементы волнового газообмена в той или иной мере реализуются в подавляющем большинстве современных конструкций двигателя, поскольку решаемые в настоящее время задачи аэродинамического профилирования впускных и выпускных трактов предполагают целенаправленное использование колебательной составляющих движения газовоздушных сред.

Колебания воздушного потока во впускном тракте вызваны периодичностью его подключения к цилиндрам, а также переменностью объемного расхода в сечениях впускных клапанов в процессе наполнения. Энергетическим источником волнового наддува является работа насосных ходов поршневой группы. Привлекательность такого способа наддува заключается в возможности повышения мощности двигателя в среднем на 10...12% без существенного усложнения конструкции и обслуживания установки.

Одной из особенностей развития двигателей в настоящее время является широкое использование газодинамических явлений во впускной и выпускной системах для повышения удельного крутящего момента за счет увеличения коэффициента наполнения.

При использовании настроенной выпускной системы уменьшается сопротивление выталкиванию газов из цилиндра вследствие снижения давления на выпуске из цилиндра. Это является причиной уменьшения затрат мощности на насосные ходы и увеличения механического КПД.

Проблематика

Проблематика – это множество взаимосвязанных проблем, которая включает в себя:

а) проблему самой проблемосодержащей системы;

б) проблемы, которые существуют в подсистемах проблемосодержащей системы;

в) проблемы надсистемы по отношению к проблемосодержащей системе;

г) проблемы, которые могут возникнуть как следствие решения проблем.

Проблемосодержащая система – это система, в деятельности которой появилась данная проблема как некоторое нежелательное явление. Она связана с другими системами и входит как часть в некоторую подсистему

К проблемам системы ДВС:

1. Низкая удельная мощность

2. Высокий удельный расход топлива

3. Токсичность

4. Металлоемкость.

К проблемам в подсистемах:

1. Система газообмена.

Предназначена для подачи свежего в цилиндр и удаление отработавших газов. Путем настройки геометрических параметров впускных и выпускных труб достигается существенное увеличение количества воздуха, поступающего в цилиндр.

2. Система смазки.

Предназначена для подведения смазочного материала к поверхностям трения двигателя, отвод, фильтрацию, охлаждение смазочного материала, суфлирование масляных полостей. Путем снижения трения в системе смазки достигаются высокие эффективные показатели ДВС.

3. Система топливоподачи.

Предназначена для подготовки, дозирования, распыления и введения топлива в воздух, участвующий в рабочем процессе. Изменением системы впрыска топлива во впускной коллектор на систему с впрыском топлива непосредственно в камеру сгорания можно получить высокий коэффициент наполнения цилиндра воздухом.

4. Процесс сгорания

Снижение количества остаточных газов повышает скорость выгорания, т.к. они состоят из инертных газов, замедляющих протекание химических реакций.

К проблемам надсистемы (автомобиль):

1. Плохая динамика разгона

Из-за низкого коэффициента наполнения производится более низкий эффективный крутящий момент.

2. Большая снаряженная масса

Для достижения одинакового крутящего момента на двигателях с разным коэффициентом наполнения при заданной частоте вращения, у двигателя с низким коэффициентом наполнения увеличивается рабочий объем, вследствие возрастет масса двигателя и самого автомобиля.

Проблемы, которые могут возникнуть при решении поставленных задач:

1. Увеличение цены.

2. Увеличение вероятности детонации

3. Повышение теплонапряженного состояния ДВС

4. Усложнение конструкции систем впуска и выпуска

Проблема – нежелательное явление в системе; основной вопрос, который решается – это то, что не нравится в существующем положении дел.

Главной проблемой являются низкие эффективные показатели ДВС, в частности коэффициент наполнения.

Целью исследования является увеличение коэффициента наполнения двигателя для заданного режима работы.

Для достижения конечной цели исследования необходимо решить следующие задачи исследования:

- настройка геометрических параметров впускного и выпускного ГВТ;

- осуществление непосредственного впрыска топлива в камеру сгорания;

- охлаждение поступающего в цилиндр воздуха;

- снижение сопротивления на впуске и выпуске;

2. Объект исследования как система 2.1 Цели и задачи системы

Цели системы:

1. Приведение автомобиля в движение

1.1 Преобразование энергии химических реакций в механическую

1.2 Получение и выработка полезной работы

Основные задачи системы:

1. Обеспечение подачи воздуха в камеру сгорания

2. Обеспечение воспламенения топливовоздушной смеси

3. Удаление отработавших газов из камеры сгорания

4. Снятие полезной работы расширяющихся газов

Описанная выше цель иерархична, то есть её можно разбить на подцели. Осуществив декомпозицию главной цели, получаем дерево целей исследуемой системы, представленной на рисунке 1.

Рисунок 1 – Дерево целей

В системе может быть достигнуто такое качество, которое присуще системе в целом и не имеется не у одного её элемента в отдельности. Если все системы взаимодействуют, то они достигают общей цели системы. Такое свойство называется, свойством эмерджентности.

Основной целью системы является приведение автомобиля в движение, как было показано выше, и эта цель достигается путем объединения двух агрегатов (ДВС и трансмиссии) по отдельности они не могут привести автомобиль в движение ввиду разного назначения.

Данная система является сложной, так как:

1. Присутствует взаимосвязь между элементами системы.

2. Возможность декомпозировать систему на подсистемы.

3. Система является целостной и имеет разветвленную структуру.

4. Система является ограниченной, с точки зрения внешней среды.

5. Структурирована

Требования к транспортным средствам:

· Нормы токсичности

· Нормы по уровню шума и вибронагрузке

· Экономичности

· Дальности пробега (т.е. запас хода автомобился)

· Отсутствие утечек и пробоев в системе питания

· Дублирование систем безопасности (срабатывание даже при потере питания)

· Надежности

· Увеличение удельной мощности;

· Улучшение топливной экономичности;

2.2 Структура системы.

В качестве объекта системных исследований выбран бензиновый четырехтактный автомобильный ДВС.

Декомпозиция – процесс разделения системы на элементы при её исследовании. Принцип декомпозиции заключается в возможности расчленения по тому или иному признаку исходной системы на отдельные части (подсистемы и элементы связи) и в формировании для них собственных целей, функций из условия обеспечения достижения глобальной цели системы.

Различают декомпозицию по горизонтали и по вертикали. В результате декомпозиции по горизонтали образуется многосвязная система с той или иной плоской структурой. В результате декомпозиции по вертикали образуется иерархическая (многоуровневая) система с тем или иным количеством уровней. В нашем случае используем декомпозицию по вертикали, в результате чего получается многоуровневая система. Поскольку проблема затрагивает все уровни системы, базовыми элементами следует считать ДВС.

Данная система представлена в виде иерархической структуры на рисунке 2.

Клапана	Замок зажигания	АКБ	Дроссельная заслонка
Распределительный вал	Стартер	Катушка зажигания	Воздушный фильтр
Привод ГРМ	АКБ	Свеча зажигания	Ресивер

ГРМ	Система пуска	Система зажигания	Система впуска

ДВС

Система питания	Система охлаждения	Система смазки	Система выпуска

Топливный насос	Водяной насос	Масляный фильтр	Резонатор
Топливный фильтр	Радиатор охлаждения	Масляный насос	Катализатор
Форсунка	Термостат	Маслоприемник	Глушитель

Рисунок 2 – Иерархичная структура ДВС

Согласно первому системному закону, любая система с одной стороны может быть системой среди себе подобных, а с другой стороны – подсистемой некоторой более сложной системы. Надсистемами в данном случае являются автомобиль и стационарные системы электропитания. Подсистемой выступают специальные вспомогательные системы, которые непосредственно организуют рабочий процесс в двигателе и выводят электроэнергию потребителю.

Структура системы является иерархической, имеет три уровня. Уровни подчинены друг другу по вертикали, а также имеют свои собственные цели и функции, выполнение которых направлено на достижение глобальной цели системы.

Закон системности (закон иерархичности строения мира) гласит, что любая система, с одной стороны, может быть системой среди себе подобных, то есть состоять из множества взаимосвязанных и взаимодействующих элементов (агрегатов, модулей, комплексов, подсистем), с другой стороны, может быть подсистемой некоторой более сложной системы. Поэтому надсистемой является – автомобиль, подсистемой – системы ДВС: газораспределительный механизм, система пуска, система зажигания, система питания, система охлаждения, система смазки, система выпуска.

Газораспределительный механизм обеспечивает периодическое впускных и выпускных органов двигателя для заполнения рабочей камеры свежим зарядом и удаление отработавших газов.

Система пуска обеспечивает пуск двигателя.

Система зажигания предназначена для воспламенения топливо-воздушной смеси от внешнего источника, например посредством искрообразования.

Система питания предназначена для подготовки, дозирования, распыления и введения топлива в воздух, участвующий в рабочем процессе.

Система охлаждения предназначена для поддержания оптимальной рабочей температуры и предотвращение переохлаждения, коррозии внутренних полостей, аккумулирования тепла.

Система смазки предназначена для подведения смазочного материала к поверхностям трения двигателя, отвод, фильтрацию, охлаждение смазочного материала, суфлирование масляных полостей.

Система выпуска предназначена для удаления отработавших газов из цилиндра.

Система впуска предназначена для подачи свежего заряда в цилиндр.

2.3. Особенности окружающей среды.

Внешняя среда – множество действующих вне системы элементов (объектов) любой физической природы, оказывающих существенное, но не целенаправленное влияние на систему или находящихся под ее воздействием.

По степени связи с внешней средой различают закрытые (изолированные) и открытые системы. Закрытой (изолированной) называют систему, любой элемент которой имеет связи только с элементами самой системы. В таком понимании закрытая система рассматривается изолированно от внешней среды и связи с ней не имеет. Открытой называют систему, у которой хотя бы один элемент имеет связь с внешней средой. Все реальные системы являются открытыми, только степень связи их с внешней средой может быть различной: от слабой до сильной.

Рассматриваемая система – система ДВС – является открытой, поскольку её элементы взаимодействуют не только друг с другом, но и с внешней средой. В свою очередь внешняя среда оказывает определенное воздействие на систему и в то же время свойства внешней среды изменяются в результате работы системы.

Основными факторами внешней среды являются:

1. Экономический фактор;

2. Социальный фактор;

3. Экологический фактор (с точки зрения плотности воздуха).

1. Экономический фактор. Выделенные на разработку двигателя финансы, влияют на качество и эффективность конечного продукта.

2 . Социальный фактор с точки зрения именно доверия потребителя к новым технологиям, что несомненно окажет свое влияние на спрос.

3. Экологический фактор. Проявляется в условиях эксплуатации систем как, например, в окружающей среде города, равнинной, горной местности. Так же сюда можно отнести токсичность отработавших газов, шум и нормы безопасности.

2.4. Определение места системы в системе классификации.

Классификация – это процесс группировки объектов исследования в соответствии с их общим признаком.

Исследуемая система является сложной, так как содержит в себе множество элементов и уровней, подчиненных по вертикали, имеет подсистемы, при этом является частью надсистемы.

Система является открытой, так как осуществляет взаимодействие с внешней средой, получая из неё ресурсы и предоставляя внешней среде продукт своей деятельности – отработавшие газы, выбрасываемые двигателем, а также тепло, выделяемое в процессе работы. Все это является побочными явлениями, но кроме них во внешнюю среду выделяется и вырабатываемая двигателем полезная работа в виде крутящего момента. Такая система характеризуется широким набором связей с внешней средой.

· По субстанциональному признаку система ДВС относится как к материальной искусственной;

· по уровню автоматизации данная система относится к механизмам и машинам;

· по целям ДВС относится к созидательным системам, поскольку производит механическую работу и обеспечивает работоспособность других систем, таких как автомобиль в целом;

· по виду математических моделей (по способу описания) ДВС относится к:

ü нелинейным;

ü нестационарным;

ü с распределительными параметрами;

ü детерминированным;

ü непрерывным;

· по виду динамических свойств системы ДВС относится к:

ü устойчивым;

ü адаптивным;

· по виду выполняемых функций:

ü многофункциональная система, класс обслуживания;

· по виду структур;

ü иерархическая (многоуровневая) S с древовидной структурой

· по признаку развития системы во времени

ü деградирующая система;

· по степени сложности система ДВС относится к сложным;

· по признаку управляемости является управляемой;

· по количеству достигаемых целей, выполняемых функций, режимов работы ДВС относится к многоцелевым, многофункциональным, многорежимным соответственно;

· ДВС – это открытая система, поскольку в нем происходит обмен массой и энергией с окружающей средой;

· по характеру протекающих во времени процессов: динамическая;

· по степени разнородности элементов: гетерогенные

3. Общесистемные законы и принципы функционирования системы

Общесистемные законы

Принципиальные особенности строения систем, их функционирования, поведения, развития подчинены определенным общесистемным законам, или закономерностям как проявлению этих законов.

Общесистемные законы делятся на 4 группы:

1) характеризующее взаимодействия и взаимоотношения между системой, ее элементами и связями между ними;

2) характеризующие строение системы;

3) характеризующие особенности функционирования систем;

4) развития систем.

1. Закон целостности (эмерджентности). В любой системе проявляются свойства, которых нет у элементов, образующих систему. При этом элементы, объединяясь в систему, с одной стороны, могут терять некоторые свои свойства, которым они обладали до объединения, а с другой стороны, могут приобрести новые свойства благодаря свойствам связей.

В исследуемой системе данный закон выполняется. Например:

- ДВС не может вырабатывать электрический ток, электрический генератор не может преобразовывать химическую энергию жидкого топлива в возвратно- поступательное движение. Система из данных элементов может преобразовывать химическую энергию жидкого топлива в электрический ток.

2. Закон системности (закон иерархичности строения мира). Любая система, с одной стороны, может быть системой среди себе подобных, т.е. состоять из множества взаимосвязанных и взаимодействующих элементов (агрегатов, модулей, комплексов, подсистем), с другой стороны, может быть подсистемой некоторой более сложной системы.

В рассматриваемой системе содержится множество взаимосвязанных компонентов и элементов. При декомпозиции образуется иерархическая структура. Результатом функционирования системы является получение полезной работы в виде крутящего момента, идущего на колеса автомобиля и выработки электроэнергии для питания электрических элементов. Следовательно, данный закон выполняется.

3. Первый закон преобразования композиции систем

В природе существует только семь способов образования новых композиций (структур) систем, построенных из множеств элементов (первичных подсистем) Ф и Н. Эти способы основаны на изменении:

1) только количества (числа) элементов n,

2) только множества связей (отношений) Н,

3) только множества первичных элементов Ф,

4) количества и множества связей (n,H),

5) количества и множества первичных элементов (n,Ф),

6) множества связей и множества первичных элементов (H,Ф),

7) количества множества связей и множества первичных элементов (n,H,Ф),

В исследуемой системе данный закон выполняется. Невозможно изменение функциональных связей и структуры системы. Например, нельзя разорвать функциональную связь между топливным насосом и форсунки впрыска топлива.

4. Второй закон преобразования композиции систем

Преобразование композиций (структур) системы за счет изменения числа (количества) первичных элементов множеств Ф и Н возможно только тремя способами:

1) прибавлением (+, присоединением) подмножества ∆S₁(Ф,Н,K), где К – закон композиции;

2) вычитанием (-, удалением) подмножества ∆S₂(Ф,Н,К);

3) одновременным присоединением ∆S₁(Ф,Н,К) и удалением ∆S₂(Ф,Н,К), где (∆S₁,∆S₂)³1.

При этом различают следующие формы:

А. Прибавления (присоединения, наращивания):

1) внешняя – элементы вносятся в систему извне,

2) внутренняя – наращивание (новообразование) элементов происходит за счет а) деления или расклада имеющихся в системе элементов, б) синтеза новых элементов внутри системы, в) деления и синтеза одновременно,

3) действия внешней и внутренней форм прибавления одновременно.

Б. Вычитания (удаления):

1) внешняя – элементы удаляются из системы во вне; в том числе путем их разрушения,

2) внутренняя – сокращение числа элементов происходит за счет слияния двух или нескольких элементов в один,

3) одновременное действие внешней и внутренней форм вычитания.

В. Прибавления и вычитания девятью способами, в том числе способ обмена элементами между подмножествами ∆S₁, и ∆S₂ при третьем способе преобразования композиций системы, т.е. при внешних вычитаниях и прибавлениях этих подмножеств.

В исследуемой системе данный закон не выполняется. Возможно прибавление к системе элементов, либо удаление блоками (например, цилиндропоршневая группа).

5. Закон полиморфизации.

Любая система (объект) принадлежит к нескольким множествам полиморфических модификаций. Термин «морфизм» (гр. morphe – форма) – составная часть сложных слов, связанных по значению со словами “форма”, ” вид”. Полиморфизм (многообразие форм) – множество систем, различающихся либо по составу элементов, либо по отношению (связям) между ними.

В исследуемой системе данный закон не выполняется. Невозможно изменение функциональных связей и структуры системы.

6. Циклический (периодический) закон развития и функционирования систем. Любая система (явление, событие, объект, процесс, идея и т.д.) всегда находится в циклическом (колебательном) состоянии, которое выражается в зримом или незримом переходе от одного крайнего состояния в другое противоположное состояние с последующем переходом в первоначальное состояние и повторением нового цикла.

В исследуемой системе данный закон выполняется. Циклы рабочего процесса повторяются, совершается возвратно-поступательное движение, происходит циклическая выработка полезной работы.

7. Закон неравномерности развития сложных систем.

Развитие сложной системы идет в целом неравномерно из-за неравномерности (гетерогенности, разнотемповости) развития ее подсистем. Причины: различия в динамических свойствах систем, используемых технологиях, в организации процессов, неравномерность распределения ресурсов и т.д.

В исследуемой системе данный закон выполняется. Имеются неравномерности развития подсистем ДВС. Например, существует отставание в развитии систем управления ДВС, что сказывается на эффективности всей системы.

8. Закон историчности

У каждой системы есть свой жизненный цикл: от зарождения до гибели, т.е. система, проходит во времени все этапы жизненного цикла. Этот закономерный процесс есть история существования системы, а сама система подчиняется закону историчности.

В исследуемой системе данный закон выполняется. ДВС проходит все этапы жизненного цикла.

Системные принципы

Системные принципы – это некоторые положения и правила преобразования и функционирования систем, основанные на их свойствах. Если они выполняются, то система функционирует успешно.

1. Принцип декомпозиции заключается в возможности расчленения системы по тому или иному признаку исходной системы на отдельные части и в формировании для них собственных целей. В исследуемой системе произведена декомпозиция по вертикали, в результате получена иерархическая система с тремя уровнями, которые обладают собственными целями, задачами и функциями. Если выполнение данного принципа будет нарушено, то будет отсутствовать согласованность работы подсистем ДВС. Это приведёт к невозможности эффективной работы или вообще работы всей системы в целом.

2. Принцип композиции (интеграции) заключается в возможности объединения по определенным правилам и различными способами множества исходных элементов (модулей, адресов, комплексов, подсистем) с помощью множества связей в единую систему и в выявлении общесистемных свойств и функций вновь образованной системы. В исследуемой системе принцип композиции выполняется, так как элементы объединены в единую структуру, обладают определенным количеством связей формирующих единую, целостную систему.

3. Принцип адекватности (соответствия): две подсистемы, предназначенные для достижения одной и той же цели должны быть адекватны (соответствовать друг другу) по свойствам, характеристикам, функциям, структуре, степеням сложности и т.д.

Предположим, данный принцип не выполняется. Пример:

- Цилиндропоршневая группа не может выполнять функции генератора электрического тока, как и наоборот.

- Впускная система не может обеспечить подачу топлива в цилиндр, так и топливная система не может обеспечить подачу воздуха в цилиндр.

В системе ДВС необходимо выполнение принципа адекватности.

4. Принцип управляемости: сложная динамическая система не должна иметь неуправляемых подсистем, элементов, модулей, комплексов и т.д. Ни одна из подсистем не должна выпасть из процесса управления, т.е. каждый элемент системы должен испытывать целенаправленное воздействие со стороны либо данного уровня, либо вышестоящего.

В системе ДВС данный принцип выполняется.

5. Принцип контролируемости (наблюдаемости): проектируемая сложная система не должна содержать в своей структуре ни одной подсистемы, которые были бы не контролируемы (ненаблюдаемы) для вышестоящего уровня.

Для исследуемой системы данный принцип выполняется. Все параметры элементов системы фиксируются блоком управления, в случае отклонения значения параметра от условно нормальных, блок управления вырабатывает корректирующее воздействие.

6.Принцип согласованности заключается в том, что все элементы (подсистемы) сложной системы (как по горизонтали, так и по вертикали) должны быть согласованы между собой по всем показателям с целью достижения заданной эффективности системы.

В системе ДВС имеется доля несогласованности в работе отдельных подсистем. Например, выброс части воздуха в выпускную систему во время продувки цилиндра. Это несогласованности между системой впуска и ГРМ. Не выполнение данного принципа является одной из системных проблем.

7. Принцип совместимости (достижимости, непротиворечивости) заключается в том, что заданные множества базовых элементов и связей между ними, образующие сложную систему, при своем совместном функционировании (взаимодействии) обеспечивают достижение цели или требуемых свойств и характеристик системы.

Достижение глобальной цели может быть достигнуто лишь при совместном функционировании всех элементов системы. В свою очередь совместное функционирование элементов системы может быть эффективным при наличии достаточно сильных и длительно действующих, устойчивых, стабильных, взаимных связей между элементами или их свойствами. Причем сила этих внутренних связей должна быть больше, чем сила внешних связей этих же элементов с другими элементами, не входящих в данную систему и относящихся к ее окружающей среде.

В исследуемой системе данный принцип выполняется. Химическая энергия жидкого топлива преобразуется в кинетическую энергию движения поршня, которая с помощью КШМ преобразуется во вращательное движение коленчатого вала, с которого потребителем (автомобилем) снимается момент.

8. Принцип реализуемости (осуществимости) заключается в том, что проектируемая сложная система в своей структуре не должна содержать ни одного элемента, который нельзя было бы реализовать располагаемыми средствами техники и технологии.

В исследуемой системе данный принцип выполняется.

10. Принцип единства системы и среды заключается в том, что проектируемая система всегда должна рассматриваться относительно той среды, в которой предполагается ее функционирование.

Согласно этому принципу при проектировании должны учитываться все возможные ситуации, вызванные как изменением состояния, так и действием различных видов возмущений со стороны окружающей среды. Таким образом, нельзя отрывать систему от среды так же, как и систему от цели. В исследуемой системе данный принцип выполняется. В системе ДВС учитываются возмущающие воздействия со стороны внешней среды (изменение атмосферного давления, влажности, температуры окружающего воздуха).

11. Принцип типизации и стандартизации заключается в том, что в проектируемой организационной системе должны максимально использоваться стандартные или типовые элементы (модули, комплексы, агрегаты, подсистемы), решения, функции, блоки (модули) программ и т.д.

В исследуемой системе данный принцип выполняется. Множество элементов производятся по стандартам – поршни, валы, генераторы и т.д. Также сама система является модулем.

12. Принцип контринтуитивного проектирования заключается в том, что создать удовлетворительный проект сложной системы, опираясь только на опыт и интуицию проектировщика, практически невозможно.

В исследуемой системе данный принцип выполняется. Такую технически сложную систему, как ДВС, невозможно создать, опираясь только на опыт разработчика. Необходимо проведения целого ряда расчетов (тепловой, прочностные расчеты всех элементов и т. д.), прежде чем будет получен удовлетворительный результат.

13. Принцип оперативного (своевременного) принятия решения заключается в том, что принятие управленческого решения должно быть осуществлено значительно быстрее, чем возникнут существенные изменения в управляемом процессе.

В исследуемой системе данный принцип выполняется частично, поскольку существую сложности в системе управления. Например, регулирование подачи топлива происходит при помощи определения количества кислорода в отработавших газах, а измерение этого количество происходит в выпускной системе уже после того как прошел процесс горения из-за чего возникает проблема своевременного определения количества подаваемого топлива.

14. Принцип самоорганизации (гибкости) заключается в том, что система самостоятельно путем изменения своей структуры быстро и целенаправленно изменяет свои свойства, необходимость которого возникла в результате изменения свойств окружающей среды и характера реакции с ее стороны.

В исследуемой системе данный принцип выполняется частично. Для автоматического регулирования проводятся замеры параметров на впуске ДВС (массовый расход воздуха), однако эти показания не отражают реальной картины происходящих процессов в цилиндре ДВС (утечки свежего заряда в момент перекрытия клапана).

15. Принцип адаптации близок к принципу самоорганизации, так как преследует ту же самую цель, но более разнообразными способами. Цель адаптации достигается путем изменения плана поведения, алгоритма управления, изменения ресурсов, изменения структуры и т.д.

В исследуемой системе данный принцип выполняется. Блок управления способен перенастроить рабочий процесс ДВС при изменении нагрузки на вал, изменении условий окружающей среды.

4. Проблемы управления в исследуемой системе.

В данной системе реализован принцип управления с обратной связью. С датчиков двигателя идет поток информации в блок управления о скорости перемещения поршня, о величине давления в рабочей камере и т. д. В блоке управления величины этих сигналов обрабатываются, сопоставляются с готовой программой управления и отправляются в управляющую часть (микросхема в блоке управления). Через управляющее устройство идет сигнал в систему зажигания, который либо увеличивает, либо уменьшает угол оперения зажигания, тем самым изменяя величины давления в рабочей камере и скорость перемещения поршня на нужные нам величины.

Схема управления с обратной связью

Виду того, что блок-схема с обратной связью имеет малую скорость изменения фактической величины x(t), предпочтительно использовать адаптивную схему управления с эталонными моделями.

Но при этом из блока управления идет сигнал в Mod, где этот сигнал сравнивается с эталонной моделью, и уже сигнал, равный сигналу эталонной модели, идет в сумматор. Затем в сумматоре происходит процесс нахождения ошибки адаптации, и получившийся сигнал отправляется в адаптер, где формируется управляющее воздействие на элементы системы, что вызывает изменение формы движения координаты x(t) в сторону приближения к форме движения модели x_M(t), т. е. уменьшения ошибки δ(t)->0. При ошибке адаптации δ(t)→0 решается задача адаптации x(t) = x_M(t), т.е. задача адаптации выполнена

Адаптивная схема управления с эталонными значениями

Главная проблема управления - как своевременно и с высокой точностью достичь цели при действии возмущений, т.е. в условиях постоянно меняющихся режимов и требовании высокой мощности ТС и, одновременно, низкого расхода топлива? Эта задача решается с использованием принципов управления.

Объектом управления в нашем случае будет являться поток воздуха в настроенных и оптимизированных (подобранная геометрия) впускных и выпускных патрубках. Объект управления – многомерный, так как количество регулирующих органов и переменных состояния больше двух.

¾ Планирующая подсистема – ЭБУ/человек;

¾ 1-я управляющая подсистема – электромагнит;

¾ 2-я управляющая подсистема – датчик поворота коленчатого вала;

¾ Исполнительная подсистема – заслонки;

¾ Mod – эталонная модель с выбранной геометрией изменения длин впускных трубок в системе имитационного моделирования;

¾ x°(t) – желаемые (теоретические) параметры потока воздуха, нужные для повышения эффективной мощности, удельного эффективного расхода топлива и коэффициента наполнения;

¾ x(t) – действительные параметры потока воздуха;

¾ δ (t) – ошибка адаптации;

¾ q (t) – адаптированный сигнал;

¾ f (t) – помехи, потери, нагрузки, возмущения;

¾ x_м(t) – форма движения, задаваемая моделью.

В качестве примера нарушения принципов управления в построенной системе управления можно привести отказ одного из датчик, предоставляющих информация для корректного функционирования системы

5. Рекомендации по решению системной проблемы

Системный анализ помогает не только проработать все стороны решаемой проблемы, но и дать соответствующие рекомендации по её решению. Главной проблемой в нашем случае является низкие эффективные показатели ДВС из-за несовершенства газообмена, а, если конкретнее, из-за низкого коэффициента наполнения, что влечет за собой проблемы, которые существуют в подсистемах и в самой системе.

Для решения данной проблемы можно предложить следующие пути решения:

1) Снижение температуры поступающего в цилиндр воздуха. Поскольку при более низких температурах плотность воздуха увеличивается, то, соответственно, большее его количество поместится в том же объеме цилиндра.

2) Снижение гидравлического сопротивления во впускной и выпускной системах путем уменьшения шероховатостей внутренних поверхностей труб и каналов, организация плавных переходов в сечениях.

3) В отличие от жидких топлив, требующих во избежание конденсации части жидкости во впускной системе двигателя очень высоких скоростей потока рабочей смеси, газовоздушные смеси не конденсируются, что дает возможность работать на меньших скоростях газовоздушного потока. Это уменьшает гидравлические потери в системе впуска, повышает коэффициент наполнения двигателя

4) Улучшение очистки цилиндра от отработавших газов. Ввиду несовершенства газообмена не все ОГ покидают цилиндр на такте выпуска из-за чего часть объема цилиндра заполнен ими.

5) Осуществление газодинамического (волнового) наддува, путем настройки (подбора геометрии) впускного и выпускного ГВТ.

6) Использование системы волнового газообмена с дополнительной дозарядкой рабочей камеры волной сжатия выпуска через впускной клапан.

Заключение

Системный анализ – есть процесс исследования системы, выявления проблем, и использования полученной информации, для рекомендаций по усовершенствованию системы. В системном анализе больший акцент делается на понимании деталей существующей или разрабатываемой системы, и последующем решении о желательности или нежелательности предложенной системы.

В данном реферате был проведен системный анализ проблемы низких эффективных показателей автомобильного четырехтактного бензинового атмосферного ДВС.

В первом разделе была выявлена главная проблема системы, заключающаяся в низких эффективных показателях ДВС из-за малого коэффициента наполнения. Определены цели и задачи исследования.

Во втором разделе было построено дерево-целей, описана структура системы. Она является иерархической с вертикальной декомпозицией. Также определено место системы в системе классификации, описано влияние на неё элементов окружающей среды.

В третьем разделе рассмотрены общесистемные принципы функционирования системы.

В четвертом разделе была представлена адаптивная модель управления, были исследованы проблемы управления в системе управления.

В последнем разделе, исходя из цели системы и выделенной проблемы, были выработаны общие рекомендации по решению системной проблемы.

Список литературы

1. Основы теории систем и системного анализа [Электронный ресурс] / Б.Г. Ильясов [и др.] ; Уфимский государственный авиационный технический университет (УГАТУ) ; под ред. Б. Г. Ильясова .— Электронные текстовые данные (1 файл: 2,04 МБ) .— Уфа : УГАТУ, 2014 .— Авт. указаны на обороте тит. л. — Заглавие с титул. экрана .— Электронная версия печатной публикации .— Библиогр.: с. 214-216 (38 назв.) .— Доступ по сети УГАТУ (чтение) .— Систем. требования: Adobe Reader.

2. В. К. Чистяков. Динамика поршневых и комбинированных двигателей внутреннего сгорания. Учебник для вузов по специальности: «Двигатели внутреннего сгорания». – М.: Машиностроение, 1989. – 360 с.

3. Расчет автомобильных и тракторных двигателей. Учебное пособие для вузов по специальности: «Двигатели внутреннего сгорания» / А.И. Колчин, В.П. Демидов. – 4–ое изд., стер. – М.: Высш. шк., 2008. – 496 с.

4. Двигатели внутреннего сгорания: Системы поршневых и комбинированных двигателей: учебное пособие для втузов / под редакцией Орлина – 4-е изд., перераб. и доп. – М.: Машиностроение, 1985.

5. Губанов В. А. Введение в системный анализ: Учеб.пособие.- М.:Экономика, 2006.

6. Двигатели внутреннего сгорания. «Системы поршневых и комбинированных двигателей». Учебник для вузов по специальности «Двигатели внутреннего сгорания» / С.И. Ефимов, Н.А. Иващенко, В.И. Ивин и др.; Под общ. ред. А.С. Орлина, М.Г. Круглова. – 3 –е изд., перераб. и доп. – М.: Машиностроение, 1985. – 456с., ил.

7. Березин С.Р. Исследование динамического наддува четырехтактного двигателя внутреннего сгорания.-Автореф. дис. канд. техн. наук. – М., 1980 – 16 с.

8. Круглов М.Г., Рудой Б.П., Березин С.Р. Критериальная взаимосвязь параметров четырехтактного ДВС при динамическом наддуве // Двигатели внутреннего сгорания. – Харьков, Изд-во «Вища школа» при ХГУ, 1983 – вып. 37 – с. 67 – 76.

9. Двигатели внутреннего сгорания: Устройство и работа поршневых и комбинированных двигателей. Учебник для студентов втузов, обучающихся по специальности «Двигатели внутреннего сгорания» Под ред. А. С. Орлина, М. Г. Круглова. -3-е изд., перераб. и доп. – М.: Машиностроение, 1980. -288 с.

10. Атанов С.Н. Метод увеличения коэффициента наполнения четырехтактного двигателя внутреннего сгорания // Вестник УГАТУ. Уфа, 2009. Т. 12, №2(31). Стр. 59-61.

11. Атанов С. Н. Исследование дозарядки четырехтактного двигателя

через впускной клапан волной сжатия, генерируемой в процессе выпуска// Вестник УГАТУ. Уфа, 2013. Т. 17, № 3, (56). С. 209–216.