Modelling and simulation of the piston combustion engine cooling system

W artykule przedstawiono pojęcie modelu i cele modelowania, następnie szerzej omówiono modelowanie graficzne, ze szczególnym uwzględnieniem grafów wiązań. W głównej części opracowania przedstawiono modelowanie układu chłodzenia tłokowego silnika spalinowego za pomocą grafów wiązań, w którym zaprezentowano rozwinięty model układu chłodzenia. Wykazano, że modelowanie za pomocą grafów wiązań wymaga przedstawienia danego układu w postaci grafu, ułożenia równań stanu opisujących model, następnie ich rozwiązania. Natomiast platforma Imagine.Lab AMESim to oprogramowanie symulacyjne do modelowania i analizy wielodziedzinowych systemów mechatronicznych, które, po wprowadzeniu odpowiednich danych, umożliwia bezpośrednie przeprowadzenie symulacji. Następnie pokazano schemat układu chłodzenia tłokowego silnika spalinowego, opracowany na podstawie układu chłodzenia z silnikiem o zapłonie samoczynnym 4CT90. Ponadto opracowano model symulacyjny za pomocą schematów blokowych w oprogramowaniu AMESim. W kolejnej części przeprowadzono symulacje w oprogramowaniu, w których wyniku wyznaczono charakterystyki przebiegów temperatury, ciśnienia cieczy chłodzącej oraz wydajności pompy w wybranych punktach układu. Wykazano, że istnieje możliwość utrzymania założonego stałego ciśnienia o wartości 0,2 MPa w układzie i uzyskania przy tym podwyższonej temperatury cieczy, prowadzącej do wzrostu sprawności ogólnej silnika, co było przedmiotem dalszych badań. Uzyskane wyniki pozwoliły stwierdzić, że oprogramowanie AMESim umożliwia rozwiązywanie wielu problemów inżynierskich we wczesnej fazie projektowania, bez budowy drogich prototypów.

---

In the article, the concepts of the model and purposes of modelling were presented. Various aspects of graphical modelling was discussed, with particular attention to the bond graph. In the main part of the paper, was presented model’s description of a piston internal combustion engine cooling system, in the form of a bond graph. It was shown, that modelling using bond graph requires the presentation of the system in the form of a graph, routing state equations describing the model of, then their solution. On the other hand, Lab AMESim simulation software for modelling and analysis of multidisciplinary mechatronic systems, which, after entering the relevant data, allows direct simulation. Next a simulation model using block diagrams in the software AMESim was developed. In the next section, simulations were conducted implementing the software, which enable the appointment of the courses characteristics of temperature, pressure and coolant pump capacity at selected points of the system.