Heitgaaside gaasidünaamiline analüüs. Mashkur mahmud a. gaasidünaamika ja soojusülekande protsesside matemaatiline mudel sisepõlemismootori sisse- ja väljalaskesüsteemides. Heitgaasisüsteemide efektiivsuse arvutuslikud uuringud

Saada oma head tööd teadmistebaasi on lihtne. Kasutage allolevat vormi

Üliõpilased, magistrandid, noored teadlased, kes kasutavad teadmistebaasi oma õpingutes ja töös, on teile väga tänulikud.

postitatud http://www.allbest.ru/

postitatud http://www.allbest.ru/

Föderaalne Haridusagentuur

GOU VPO Uurali Riiklik Tehnikaülikool - UPI, mis sai nime Venemaa esimese presidendi B.N. Jeltsin"

Käsikirjana

Lõputöö

tehnikateaduste kandidaadi kraadi saamiseks

Gaasi dünaamika ja lokaalne soojusülekanne sisselaskesüsteemis kolb-sisepõlemismootor

Plotnikov Leonid Valerijevitš

Teadusnõustaja:

füüsika- ja matemaatikateaduste doktor,

professor Zhilkin B.P.

Jekaterinburg 2009

kolbmootori gaasidünaamiline sisselaskesüsteem

Doktoritöö koosneb sissejuhatusest, viiest peatükist, järeldusest, kirjanduse loetelust, sealhulgas 112 nimetusest. See on esitatud 159 leheküljel arvutis MS Wordis ning on varustatud 87 joonise ja 1 tabeliga tekstis.

Märksõnad: gaasidünaamika, kolb-sisepõlemismootor, sisselaskesüsteem, põikprofiil, tarbimise omadused, lokaalne soojusülekanne, hetkeline lokaalne soojusülekandetegur.

Uuringu objektiks oli ebaühtlane õhuvool kolb-sisepõlemismootori sisselaskesüsteemis.

Töö eesmärk on tuvastada kolb-sisepõlemismootori sisselaskeprotsessi gaasidünaamiliste ja termiliste karakteristikute muutumise seaduspärasused geomeetrilistest ja tööteguritest.

Näidatakse, et profileeritud sisetükkide paigutamisega on võrreldes traditsioonilise konstantse ümmarguse ristlõikega kanaliga võimalik saada mitmeid eeliseid: silindrisse siseneva õhu mahulise voolukiiruse suurenemine; V sõltuvuse kalde suurenemine väntvõlli pöörete arvust n pöörlemissageduste tööpiirkonnas "kolmnurkse" sisestusega või voolukarakteristiku lineariseerimine kogu võlli kiiruste vahemikus, kuna samuti õhuvoolu kõrgsageduslike pulsatsioonide mahasurumine sisselaskekanalis.

On tuvastatud olulised erinevused soojusülekandetegurite x muutumise mustrites kiirusest w statsionaarsete ja pulseerivate õhuvoolude korral sisepõlemismootori sisselaskesüsteemis. Katseandmeid lähendades saadi võrrandid sisepõlemismootori sisselasketoru lokaalse soojusülekandeteguri arvutamiseks nii statsionaarse voolu kui ka dünaamilise pulseeriva voolu korral.

Sissejuhatus

1. Probleemi seis ja uurimiseesmärkide sõnastus

2. Eksperimentaalse seadistuse ja mõõtmismeetodite kirjeldus

2.2 Kiiruse ja väntvõlli nurga mõõtmine

2.3 Sissepuhkeõhu voolukiiruse mõõtmine

2.4 Momentsete soojusülekandetegurite mõõtmise süsteem

2.5 Andmete kogumise süsteem

3. Erinevate sisselaskesüsteemi konfiguratsioonidega sisepõlemismootori sisselaskeprotsessi gaasidünaamika ja vooluomadused

3.1 Sisselaskeprotsessi gaasidünaamika, võtmata arvesse filtrielemendi mõju

3.2 Filtrielemendi mõju sisselaskeprotsessi gaasidünaamikale sisselaskesüsteemi erinevate konfiguratsioonide korral

3.3 Sisselaskeprotsessi vooluomadused ja spektraalanalüüs erinevate filtrielementidega sisselaskesüsteemi erinevate konfiguratsioonide jaoks

4. Soojusülekanne kolb-sisepõlemismootori sisselaskekanalis

4.1 Mõõtesüsteemi kalibreerimine kohaliku soojusülekandeteguri määramiseks

4.2 Kohalik soojusülekandetegur sisepõlemismootori sisselaskekanalis statsionaarses režiimis

4.3 Hetkeline lokaalne soojusülekandetegur sisepõlemismootori sisselasketorus

4.4 Sisepõlemismootori sisselaskesüsteemi konfiguratsiooni mõju hetkelisele lokaalsele soojusülekandetegurile

5. Töö tulemuste praktilise rakendamise küsimused

5.1 Konstruktsiooni- ja tehnoloogiline projekteerimine

5.2 Energia- ja ressursside säästmine

Järeldus

Bibliograafia

Põhisümbolite ja lühendite loetelu

Kõiki sümboleid selgitatakse tekstis esmakordsel kasutamisel. Allpool on loetelu ainult kõige sagedamini kasutatavatest sümbolitest:

d - toru läbimõõt, mm;

d e - ekvivalentne (hüdrauliline) läbimõõt, mm;

F on pindala, m 2;

i - voolutugevus, A;

G - massivoolõhk, kg / s;

L - pikkus, m;

l - iseloomulik lineaarne suurus, m;

n on väntvõlli pöörlemissagedus, min -1;

p - atmosfäärirõhk, Pa;

R - takistus, Ohm;

T on absoluutne temperatuur, K;

t - temperatuur Celsiuse skaalal, о С;

U - pinge, V;

V on mahuline õhuvoolukiirus, m 3 / s;

w on õhuvoolu kiirus, m / s;

Liigne õhu suhe;

g - nurk, kraadid;

Väntvõlli pöördenurk, kraad, R.c.v .;

Soojusjuhtivuse koefitsient, W / (m K);

Kinemaatiline viskoossuse koefitsient, m 2 / s;

Tihedus, kg / m 3;

Aeg, s;

Vastupanu koefitsient;

Peamised lühendid:

p.c.v. - väntvõlli keeramine;

ICE - sisepõlemismootor;

TDC - ülemine surnud punkt;

BDC – alumine surnud punkt

ADC - analoog-digitaalmuundur;

FFT – kiire Fourier’ teisendus.

Sarnasusnumbrid:

Re = wd / on Reynoldsi arv;

Nu = d / - Nusselt number.

Sissejuhatus

Peamine ülesanne arendamisel ja täiustamisel kolbmootorid sisepõlemine on silindri täituvuse parandamine värske laenguga (ehk teisisõnu mootori täitesuhte suurendamine). Praeguseks on sisepõlemismootorite areng jõudnud sellisele tasemele, et iga tehnilise ja majandusliku näitaja parandamine minimaalsete materjali- ja ajakuludega vähemalt kümnendiku protsendi võrra on teadlaste või inseneride jaoks tõeline saavutus. Seetõttu pakuvad teadlased selle eesmärgi saavutamiseks välja ja kasutavad erinevaid meetodeid, millest levinumad on järgmised: dünaamiline (inertsiaalne) laadimine, turboülelaadimine või õhuülelaadurid, muutuva pikkusega sisselaskekanal, muudetav ventiili ajastus ja ajastus, süsteemi optimeerimine. sisselaskesüsteemi konfiguratsioon. Nende meetodite kasutamine võimaldab parandada silindri täitmist värske laenguga, mis omakorda suurendab mootori võimsust ning selle tehnilisi ja majandusnäitajaid.

Enamiku vaadeldavate meetodite kasutamine nõuab aga olulisi materiaalseid investeeringuid ning sisselaskesüsteemi ja mootori kui terviku konstruktsiooni olulist moderniseerimist. Seetõttu on tänapäeval üks levinumaid, kuid mitte lihtsamaid meetodeid täiteastme suurendamiseks mootori sisselasketoru konfiguratsiooni optimeerimine. Sel juhul tehakse sisepõlemismootori sisselaskekanali uurimine ja täiustamine kõige sagedamini matemaatilise modelleerimise või sisselaskesüsteemi staatilise puhumise meetodil. Need meetodid ei saa aga anda õigeid tulemusi mootoriehituse praegusel arengutasemel, kuna teatavasti on mootorite gaasi-õhukanalites tegelik protsess kolmemõõtmeline ebastabiilne gaasijoa väljavool läbi klapipilu muutuva mahuga silindri osaliselt täidetud ruum. Kirjanduse analüüs näitas, et reaalses dünaamilises režiimis sisselaskeprotsessi kohta info praktiliselt puudub.

Seega saab usaldusväärseid ja õigeid gaasidünaamilisi ja soojusvahetusandmeid sisselaskeprotsessi kohta saada eranditult sisepõlemismootorite või pärismootorite dünaamiliste mudelite uurimisel. Ainult sellised katseandmed võivad anda vajalikku teavet mootori täiustamiseks praegusel tasemel.

Töö eesmärk on välja selgitada geomeetrilistest ja tööteguritest lähtuvalt kolb-sisepõlemismootori värske laenguga silindri täitmise protsessi gaasidünaamiliste ja termiliste karakteristikute muutumise seaduspärasused.

Töö põhisätete teaduslik uudsus seisneb selles, et autor esimest korda:

Määratud on kolb-sisepõlemismootori sisselaskekollektoris (torus) tekkivate pulsatsiooniefektide amplituud-sageduskarakteristikud;

Välja on töötatud meetod silindrisse siseneva õhukulu suurendamiseks (keskmiselt 24%) sisselaskekollektori profileeritud sisetükkide abil, mis toob kaasa mootori erivõimsuse suurenemise;

Kinnitatud on hetkelise lokaalse soojusülekandeteguri muutumise seaduspärasused kolb-sisepõlemismootori sisselasketorus;

On näidatud, et profileeritud vahetükkide kasutamine vähendab sisselaskeava värske laengu kuumenemist keskmiselt 30%, mis parandab silindri täitmist;

Saadud katseandmed pulseeriva õhuvoolu lokaalse soojusülekande kohta sisselaskekollektoris on üldistatud empiiriliste võrrandite kujul.

Tulemuste usaldusväärsus põhineb sõltumatute uurimismeetodite kombineerimisel saadud katseandmete usaldusväärsusel, mida kinnitab katsetulemuste reprodutseeritavus, nende hea kooskõla testkatsete tasemel teiste autorite andmetega, samuti kui kaasaegsete uurimismeetodite kogumi kasutamine, mõõteseadmete valik, selle süstemaatiline kontrollimine ja kalibreerimine.

Praktiline tähtsus. Saadud katseandmed on aluseks mootori sisselaskesüsteemide arvutamise ja projekteerimise insenerimeetodite väljatöötamisele, samuti gaasi dünaamika ja õhu lokaalse soojusülekande teoreetilise arusaama laiendamisele kolb-sisepõlemismootorite sisselaskmisel. Teatud töötulemused võeti kasutusele Ural Diesel Engine Plant LLC-s mootorite 6DM-21L ja 8DM-21L projekteerimisel ja moderniseerimisel.

Meetodid mootori sisselasketorus pulseeriva õhuvoolu voolukiiruse ja selles hetkelise soojusülekande intensiivsuse määramiseks;

Eksperimentaalsed andmed gaasi dünaamika ja hetkelise lokaalse soojusülekandeteguri kohta sisepõlemismootori sisselaskekanalis sisselaske ajal;

Sisepõlemismootori sisselaskekanalis õhu lokaalse soojusülekandeteguri andmete üldistamise tulemused empiiriliste võrrandite kujul;

Töö aprobeerimine. Doktoritöös esitatud uurimistöö põhitulemusi kajastati ja esitleti "Noorteadlaste aruandluskonverentsidel", Jekaterinburg, USTU-UPI (2006 - 2008); osakondade "Teoreetiline soojustehnika" ja "Turbiinid ja mootorid" teaduslikud seminarid, Jekaterinburg, USTU-UPI (2006 - 2008); teadus- ja tehnikakonverents „Tõhususe tõstmine Elektrijaamad ratas- ja roomiksõidukid ", Tšeljabinsk: Tšeljabinski kõrgem sõjaväeautode juhtimis- ja insenerikool (sõjaväeinstituut) (2008); teaduslik-tehniline konverents "Mootoriehituse arendamine Venemaal", Peterburi (2009); LLC Urali diiselmootorite tehase teadus- ja tehnikanõukogus Jekaterinburgis (2009); Tšeljabinski JSC "Auto- ja traktoritehnoloogia uurimisinstituut" teadus- ja tehnikanõukogus (2009).

Doktoritöö viidi läbi kateedrites "Teoreetiline soojustehnika ja" Turbiinid ja mootorid ".

1. Ülevaade kolb-sisepõlemismootorite sisselaskesüsteemide uuringute hetkeseisust

Praeguseks on palju kirjandust, mis käsitleb erinevate sisepõlemismootorite kolbmootorite süsteemide, eriti sisepõlemismootori sisselaskesüsteemide üksikute elementide projekteerimist. Sisselaskeprotsessi gaasidünaamikat ja soojusülekannet analüüsides aga väljapakutud projektlahendused praktiliselt ei põhjenda. Ja ainult üksikutes monograafiates esitatakse eksperimentaalsed või statistilised andmed töötulemuste kohta, mis kinnitavad konkreetse kujunduse teostatavust. Sellega seoses võib väita, et kuni viimase ajani ei pööratud kolbmootorite sisselaskesüsteemide uurimisele ja optimeerimisele piisavalt tähelepanu.

Viimastel aastakümnetel on seoses sisepõlemismootorite majandus- ja keskkonnanõuete karmistumisega hakanud teadlased ja insenerid järjest rohkem tähelepanu pöörama nii bensiini- kui ka diiselmootorite sisselaskesüsteemide täiustamisele, arvates, et nende jõudlus sõltub suuresti sellest gaasi-õhukanalites toimuvate protsesside täiuslikkus.

1.1 Kolb-sisepõlemismootorite sisselaskesüsteemide põhielemendid

Kolbmootori sisselaskesüsteem koosneb üldiselt õhufiltrist, sisselaskekollektorist (või sisselasketorust), silindripeast, mis sisaldab sisselaske- ja väljalaskeavasid, ja klapijada. Näitena on joonisel 1.1 näidatud YaMZ-238 diiselmootori sisselaskesüsteemi skeem.

Riis. 1.1. Diiselmootori YaMZ-238 sisselaskesüsteemi skeem: 1 - sisselaskekollektor (toru); 2 - kummist tihend; 3,5 - ühendustorud; 4 - haavatud tihend; 6 - voolik; 7 - õhufilter

Sisselaskesüsteemi optimaalsete konstruktsiooniparameetrite ja aerodünaamiliste omaduste valik määrab tõhusa töövoo ja kõrge tase sisepõlemismootorite väljundnäitajad.

Heidame kiire pilgu igaühele koostisosa sisselaskesüsteem ja selle peamised funktsioonid.

Silindripea on sisepõlemismootori üks keerukamaid ja olulisemaid elemente. Täitmise ja segu moodustamise protsesside täiuslikkus sõltub suuresti põhielementide (eelkõige sisse- ja väljalaskeklappide ning kanalite) kuju ja suuruse õigest valikust.

Silindripead on tavaliselt valmistatud kahe või nelja ventiiliga silindri kohta. Kaheklapilise konstruktsiooni eelised seisnevad tootmistehnoloogia ja konstruktsiooni lihtsuses, väiksemas konstruktiivses kaalus ja maksumuses, ajamimehhanismis liikuvate osade arvus ning hooldus- ja remondikuludes.

Nelja klapiga konstruktsioonide eelised on silindri kontuuriga piiratud ala parem ärakasutamine klapikaelte läbipääsualade jaoks, tõhusamas gaasivahetusprotsessis, pea väiksemas termilises pinges tänu selle ühtlasemale termilisele olekule. , düüsi või küünla tsentraalse paigutuse võimalusega, mis suurendab termilise oleku detailide ühtlust kolvirühm.

On olemas ka teisi silindripea konstruktsioone, näiteks kolme sisselaskeklapiga ja ühe või kahe väljalaskeklapiga silindri kohta. Selliseid skeeme kasutatakse aga suhteliselt harva, peamiselt suure kiirendusega (võidusõidu)mootorites.

Klappide arvu mõju gaasidünaamikale ja soojusülekandele sisselasketorus on üldiselt vähe uuritud.

Silindripea kõige olulisemad elemendid, mis mõjutavad gaasi dünaamikat ja sisselaskeprotsessi soojusülekannet mootoris, on sisselaskeavade tüübid.

Üks võimalus täitmisprotsessi optimeerimiseks on silindripea sisselaskeavade profileerimine. Värskelaengu suunalise liikumise tagamiseks mootori silindris ja segu moodustumise protsessi parandamiseks on profileerimise vorme väga erinevaid, neid on täpsemalt kirjeldatud artiklis.

Sõltuvalt segu moodustamise protsessi tüübist on sisselaskekanalid ühefunktsionaalsed (mittepöörised), täites ainult silindreid õhuga, või kahefunktsionaalsed (tangentsiaalne, kruvi või muud tüüpi), mida kasutatakse sisselaskmiseks ja keerisemiseks. õhulaeng silindris ja põlemiskambris.

Pöördume bensiini- ja diiselmootorite sisselaskekollektorite konstruktsiooniomaduste küsimuse juurde. Kirjanduse analüüs näitab, et sisselaskekollektorile (või sisselasketorule) pööratakse vähe tähelepanu ja seda peetakse sageli vaid torustikuks õhu või õhu-kütuse segu varustamiseks mootorisse.

Õhufilter on kolbmootori sisselaskesüsteemi lahutamatu osa. Tuleb märkida, et kirjanduses pööratakse rohkem tähelepanu filtrielementide konstruktsioonile, materjalidele ja vastupidavusele ning samal ajal ka filtrielemendi mõjule gaasidünaamilistele ja soojusvahetuse näitajatele, samuti kolb-sisepõlemismootori tarbimisomadusi praktiliselt ei arvestata.

1.2 Gaasivoolu dünaamika sisselaskekanalites ja meetodid sisselaskeprotsessi uurimiseks kolb-sisepõlemismootorites

Teiste autorite saadud tulemuste füüsikalise olemuse täpsemaks mõistmiseks esitatakse need samaaegselt nende kasutatud teoreetiliste ja eksperimentaalsete meetoditega, kuna meetod ja tulemus on ühes orgaanilises seoses.

Sisepõlemismootori sisselaskesüsteemide uurimise meetodid võib jagada kahte suurde rühma. Esimesse rühma kuulub sisselaskesüsteemi protsesside teoreetiline analüüs, sealhulgas nende numbriline modelleerimine. Teine rühm hõlmab kõiki sissevõtmisprotsessi eksperimentaalse uurimise meetodeid.

Uurimismeetodite valiku, sisselaskesüsteemide hindamise ja täiustamise määravad püstitatud eesmärgid, samuti olemasolev materjal, katse- ja projekteerimisvõimalused.

Seni puuduvad analüüsimeetodid, mis võimaldaksid piisavalt täpselt hinnata gaasi liikumise intensiivsuse taset põlemiskambris, samuti lahendada konkreetseid probleeme, mis on seotud liikumise kirjeldusega sisselaskekanalis ja gaasi väljavooluga klapipilust. tõelises ebakindlas protsessis. Selle põhjuseks on raskused gaaside kolmemõõtmelise voolu kirjeldamisel läbi kõverate kanalite äkiliste takistustega, voolu keerulisest ruumilisest struktuurist, gaasijoa väljavoolust läbi klapipilu ja muutuva silindri osaliselt täidetud ruumist. maht, voogude vastastikmõju, silindri seinte ja liigutatava kolvipõhjaga. Optimaalse kiirusvälja analüütilist määramist sisselasketorus, rõngakujulises klapipilus ja voolude jaotust silindris raskendab täpsete meetodite puudumine värske laengu voolust sisselaskesüsteemis ja aerodünaamiliste kadude hindamiseks. kui gaas siseneb silindrisse ja voolab ümber selle sisepindade. On teada, et kanalis tekivad ebastabiilsed voolutsoonid laminaarselt turbulentsele voolurežiimile üleminekuks, piirkihi eraldumise piirkonnad. Voolustruktuuri iseloomustavad aja- ja kohamuutujate Reynoldsi numbrid, mittestatsionaarsuse tase ning turbulentsi intensiivsus ja ulatus.

Sisselaskeava õhulaengu liikumise numbrilisele modelleerimisele on pühendatud palju mitmesuunalisi töid. Nad simuleerivad avatud sisselaskeklapiga sisepõlemismootori keerise sisselaskevoolu, arvutavad kolmemõõtmelise voolu silindripea sisselaskekanalites, simuleerivad voolu sisselaskeavas ja mootori silindris, analüüsivad otsevoolu mõju. voolu- ja keerisvoolud segu moodustumise protsessile ning arvutada diisli silindri laengu keerutamise mõju lämmastikoksiidi emissioonile ja tsükli indikaatorinäitajatele. Kuid ainult mõnes töös kinnitatakse arvulist modelleerimist eksperimentaalsete andmetega. Ja ainult teoreetilistest uuringutest saadud andmete usaldusväärsust ja rakendatavust on raske hinnata. Samuti väärib rõhutamist, et peaaegu kõik numbrilised meetodid on peamiselt suunatud sisepõlemismootori sisselaskesüsteemi juba olemasoleva konstruktsiooni protsesside uurimisele, et kõrvaldada selle puudused, mitte aga uute tõhusate disainilahenduste väljatöötamisele.

Paralleelselt rakendatakse klassikalisi analüütilisi meetodeid mootori tööprotsessi ja eraldi gaasivahetusprotsesside arvutamiseks selles. Sisend- ja väljalaskeklappides ning kanalites gaasivoolu arvutamisel kasutatakse aga peamiselt ühemõõtmelise statsionaarse voolu võrrandeid, eeldades, et vool on kvaasistatsionaarne. Seetõttu on vaadeldavad arvutusmeetodid eranditult hindavad (ligikaudsed) ja nõuavad seetõttu katselist täpsustamist laboritingimustes või katsestendi katsete ajal reaalsel mootoril. Töös on väljatöötamisel gaasivahetuse arvutamise meetodid ja sisselaskeprotsessi peamised gaasidünaamilised näitajad keerukamas seades. Kuid need annavad ka ainult üldist teavet arutatavate protsesside kohta, ei anna piisavalt täielikku ettekujutust gaasi dünaamilistest ja soojusvahetusnäitajatest, kuna need põhinevad statistilistel andmetel, mis on saadud matemaatiline modelleerimine ja/või sisepõlemismootori sisselasketoru staatilised läbilöögid ja numbrilise simulatsiooni meetodid.

Kõige täpsemad ja usaldusväärsemad andmed sisselaskeprotsessi kohta kolb-sisepõlemismootorites on võimalik saada reaalselt töötavate mootorite kohta uurides.

Esimesed uuringud laengu liikumise kohta mootori silindris võlli pööramise režiimis hõlmavad Ricardo ja Sassi klassikalisi katseid. Riccardo paigaldas põlemiskambrisse tiiviku ja registreeris selle kiiruse mootori võlli keerates. Anemomeeter registreeris ühe tsükli gaasi kiiruse keskmise väärtuse. Ricardo võttis kasutusele mõiste "keeriste suhe", mis vastab keerise pöörlemist mõõtva tiiviku ja väntvõlli pöörlemiskiiruste suhtele. Zass paigaldas plaadi avatud põlemiskambrisse ja registreeris õhuvoolu mõju sellele. Tüve-mahtuvuslike või induktiivsete anduritega seotud vahvlite kasutamiseks on ka teisi viise. Plaatide paigaldamine aga deformeerib pöörlevat voolu, mis on selliste meetodite puuduseks.

Gaasi dünaamika kaasaegsed uuringud otse mootoritel nõuavad spetsiaalsed vahendid mõõtmised, mis on võimelised töötama ebasoodsates tingimustes (müra, vibratsioon, pöörlevad elemendid, kõrge temperatuur ja rõhk kütuse põlemisel ja väljalaskekanalites). Samas on sisepõlemismootoris toimuvad protsessid kiired ja perioodilised, seetõttu peavad mõõteseadmed ja andurid olema väga suure kiirusega. Kõik see raskendab oluliselt sissevõtmise protsessi uurimist.

Tuleb märkida, et praegu kasutatakse laialdaselt mootorite väliuuringute meetodeid nii õhuvoolu uurimiseks sisselaskesüsteemis ja mootori silindris kui ka sisselaske juures tekkivate keeriste mõju analüüsimiseks heitgaaside toksilisusele. gaasid.

Väliuuringud, kus samaaegselt mõjuvad aga suur hulk erinevaid tegureid, ei anna võimalust tungida üksiknähtuse mehhanismi detailidesse, ei võimalda kasutada ülitäpseid, keerulisi seadmeid. Kõik see on keerukaid meetodeid kasutavate laboriuuringute eesõigus.

Mootorite uuringus saadud sisselaskeprotsessi gaasidünaamika uurimise tulemused on monograafias piisavalt üksikasjalikult välja toodud.

Neist kõige huvitavam on Vladimiri traktoritehase mootori Ch10.5 / 12 (D 37) sisselaskekanali sisselaskekanali õhuvoolu kiiruse muutuse ostsillogramm, mis on näidatud joonisel 1.2.

Riis. 1.2. Voolu parameetrid kanali sisselaske sektsioonis: 1 - 30 s -1, 2 - 25 s -1, 3 - 20 s -1

Õhuvoolu kiiruse mõõtmine selles uuringus viidi läbi kuuma juhtmega anemomeetri abil, mis töötas konstantse voolu režiimis.

Ja siinkohal on asjakohane pöörata tähelepanu kuumtraadianemomeetria meetodile endale, mis mitmete eeliste tõttu on erinevate protsesside gaasidünaamika uurimisel nii laialt levinud. Praegu on kuumjuhtmega anemomeetrite erinevaid skeeme, olenevalt ülesannetest ja uurimisvaldkonnast. Kuuma traadi anemomeetria teooriat käsitletakse kõige üksikasjalikumalt ja täielikult. Samuti tuleb märkida, et kuuma juhtmega anemomeetri andureid on väga erinevaid, mis näitab selle meetodi laialdast kasutamist kõigis tööstusvaldkondades, sealhulgas mootoriehituses.

Vaatleme küsimust kuumtraadi anemomeetria meetodi kasutatavuse kohta kolb-sisepõlemismootorite sisselaskeprotsessi uurimiseks. Seega ei muuda kuumajuhtmega anemomeetri anduri tundliku elemendi väiksus õhuvoolu olemust oluliselt; anemomeetrite kõrge tundlikkus võimaldab registreerida väärtuste kõikumisi madalate amplituudide ja kõrgete sagedustega; riistvaraahela lihtsus võimaldab hõlpsasti salvestada elektrisignaali kuuma juhtmega anemomeetri väljundist ja seejärel töödelda seda personaalarvutis. Kuumjuhtmega anemomeetria jaoks kasutatakse testimisrežiimides ühe-, kahe- või kolmekomponendilisi andureid. Kuumjuhtmega anemomeetri anduri tundliku elemendina kasutatakse tavaliselt tulekindlate metallide niite või kilesid paksusega 0,5-20 mikronit ja pikkusega 1-12 mm, mis kinnitatakse kroom- või kroom-nikkeljalgadele. Viimased läbivad portselanist kahe-, kolme- või neljaaugulise toru, millele asetatakse gaasiläbilöögi vastu tihendatud metallkorpus, mis keeratakse silindrisisese ruumi uurimiseks mõeldud plokipeasse või torujuhtmetesse, et määrata gaasi läbimurdmist. gaasi kiiruse keskmised ja pulseerivad komponendid.

Nüüd pöördume tagasi joonisel 1.2 näidatud ostsillogrammi juurde. Graafikul juhitakse tähelepanu asjaolule, et see näitab õhuvoolu kiiruse muutust väntvõlli pöördenurgast (r.s.v.) ainult sisselasketakti puhul (? 200 kraadi p.s.v.), ülejäänud teave aga muu kohta. meetmed on justkui "ära lõigatud". See ostsillogramm saadi väntvõlli pöörlemiskiirustel 600 kuni 1800 min -1, samas kui kaasaegsetes mootorites on töökiiruste vahemik palju laiem: 600-3000 min -1. Tähelepanu juhitakse asjaolule, et vooluhulk enne klapi avamist ei ole null. Peale sisselaskeklapi sulgemist omakorda kiirus ei lähtestu, ilmselt seetõttu, et teel tekib kõrgsageduslik edasi-tagasi vool, mida mõnel mootoril kasutatakse dünaamilise (või inertsiaalse võimenduse) tekitamiseks.

Seetõttu on protsessi kui terviku mõistmiseks olulised andmed õhuvoolu kiiruse muutumise kohta sisselasketorus kogu mootori tööprotsessi jooksul (720 kraadi, pööretega) ja kogu väntvõlli pöörlemissageduste töövahemikus. Neid andmeid on vaja sisselaskeprotsessi parandamiseks, võimaluste otsimiseks mootori silindritesse siseneva värske laengu hulga suurendamiseks ja dünaamiliste survesüsteemide loomiseks.

Vaatleme lühidalt dünaamilise survestamise omadusi kolb-sisepõlemismootorites. erinevaid viise... Sisselaskeprotsessi ei mõjuta mitte ainult klapi ajastus, vaid ka sisselaske- ja väljalaskekanalite konstruktsioon. Kolvi liikumine sisselasketakti ajal tekitab vasturõhulaine, kui sisselaskeklapp on avatud. Sisselaskekollektori lahtisel põlemisel kohtub see rõhulaine, põrkab sealt tagasi ja liigub koos paigalseisva välisõhu massiga tagasi sisselaskekollektorisse. Sellest tulenevat õhusamba võnkeprotsessi sisselaskekollektoris saab kasutada silindrite täituvuse suurendamiseks värske laenguga ja seeläbi suure pöördemomendi saamiseks.

Teist tüüpi dünaamilise survestamise - inertsiaalse survestamise korral on igal silindri sisselaskekanalil oma pikkuse akustikale vastav eraldi resonaatortoru, mis on ühendatud kogumiskambriga. Sellistes resonaatortorudes võivad silindrite survelained levida üksteisest sõltumatult. Kui üksikute resonaatoritorude pikkus ja läbimõõt on sobitatud klapi ajastusega, naaseb resonaatoritoru otsas peegeldunud survelaine läbi silindri avatud sisselaskeklapi, tagades seeläbi selle parema täitmise.

Resonantsvõimendus põhineb asjaolul, et sisselaskekollektori õhuvoolus tekivad teatud väntvõlli kiirusel resonantsvibratsioonid, mis on põhjustatud kolvi edasi-tagasi liikumisest. See toob sisselaskesüsteemi õige paigutusega kaasa rõhu edasise tõusu ja täiendava tõukejõu.

Samal ajal töötavad ülalnimetatud dünaamilise survestamise meetodid kitsas režiimide vahemikus, nõuavad väga keerulist ja püsivat reguleerimist, kuna mootori akustilised omadused töötamise ajal muutuvad.

Samuti võivad kogu mootori tööprotsessi gaasidünaamika andmed olla kasulikud täitmisprotsessi optimeerimiseks ning võimaluste leidmiseks mootorit läbiva õhuvoolu ja vastavalt ka selle võimsuse suurendamiseks. Sellisel juhul on suure tähtsusega sisselaskekanalis tekkiva õhuvoolu turbulentsi intensiivsus ja ulatus, samuti sisselaskeprotsessi käigus tekkivate keeriste arv.

Laengu kiire liikumine ja suuremahuline turbulents õhuvoolus tagavad hea õhu ja kütuse segunemise ning seega täieliku põlemise madala kontsentratsiooniga kahjulikud ained heitgaasides.

Üks võimalus sisselaskeprotsessis keeriste tekitamiseks on kasutada siibrit, mis jagab sisselaskekanali kaheks kanaliks, millest ühe saab sellega sulgeda, kontrollides segulaengu liikumist. Voolu liikumisele tangentsiaalse komponendi andmiseks, et korraldada sisselaskekollektoris ja mootori silindris suunatud keeriseid, on palju konstruktsioone.
... Kõigi nende lahenduste eesmärk on tekitada ja juhtida mootori silindris vertikaalpööriseid.

Laadimise kontrollimiseks on ka teisi viise. Mootoriehituses kasutatakse erineva pöörde sammuga spiraalset sisselaskekanalit, siseseina tasaseid alasid ja teravaid servi kanali väljalaskeava juures. Teine seade, mis reguleerib sisepõlemismootori silindris keeriste tekkimist, on sisselaskekanalisse paigaldatud spiraalvedru, mis on ühest otsast klapi ette jäigalt kinnitatud.

Seega võib täheldada teadlaste kalduvust tekitada sisselaskeava juures suuri erineva levimissuunaga keeriseid. Sel juhul peaks õhuvool sisaldama peamiselt suuremahulist turbulentsi. See parandab segu moodustumist ja sellele järgnevat kütuse põlemist nii bensiinis kui ka diiselmootorid... Selle tulemusena väheneb kütuse erikulu ja heitgaasidega kahjulike ainete emissioon.

Samal ajal puudub kirjanduses teave katsete kohta kontrollida keeriste tekkimist põikiprofiilide - kuju muutmise abil. ristlõige kanal ja see mõjutab teadaolevalt tugevalt voolu olemust.

Eelneva järel võime järeldada, et praeguses etapis on kirjanduses märkimisväärne puudus usaldusväärsetest ja täielik teave sisselaskeprotsessi gaasidünaamika kohta, nimelt: õhuvoolu kiiruse muutus väntvõlli pöördenurgast kogu mootori tööprotsessi jooksul väntvõlli pöörlemissageduste töövahemikus; filtri mõju sisselaskeprotsessi gaasidünaamikale; sisselaskeprotsessi ajal tekkiva turbulentsi ulatus; hüdrodünaamilise ebastabiilsuse mõju vooluhulkadele sisepõlemismootori sisselasketorus jne.

Kiireloomuline ülesanne on leida viise õhuvoolu suurendamiseks läbi mootori silindrite, tehes mootoris minimaalseid konstruktsioonimuudatusi.

Nagu eespool märgitud, saab kõige täielikumaid ja usaldusväärsemaid andmeid sisselaskeprotsessi kohta tõeliste mootorite uuringutest. See uurimissuund on aga väga keeruline ja kulukas ning paljudes küsimustes praktiliselt võimatu, seetõttu on katsetajad välja töötanud kombineeritud meetodid sisepõlemismootori protsesside uurimiseks. Mõelge laialt levinud.

Arvutuslike ja eksperimentaalsete uuringute parameetrite ja meetodite komplekti väljatöötamine on tingitud arvutustes tehtud eelduste suurest hulgast ja kolb-sisepõlemismootori sisselaskesüsteemi konstruktsiooniomaduste täieliku analüütilise kirjelduse võimatusest, protsessi dünaamika ja laengu liikumine sisselaskekanalites ja silindris.

Vastuvõetavaid tulemusi on võimalik saada sisselaskeprotsessi ühisel uurimisel personaalarvutis, kasutades numbrilisi simulatsioonimeetodeid ja eksperimentaalselt staatiliste puhumiste abil. Seda tehnikat kasutades on läbi viidud üsna palju erinevaid uuringuid. Sellistes töödes on näidatud kas sisepõlemismootori sisselaskesüsteemis keerlevate voolude arvulise modelleerimise võimalused koos tulemuste hilisema kontrollimisega staatilises režiimis puhumise abil mootorita paigaldises või arvutuslik matemaatiline mudel. on välja töötatud katseandmete põhjal, mis on saadud staatilistes režiimides või mootori üksikute modifikatsioonide töötamise ajal. Rõhutame, et peaaegu kõik sellised uuringud põhinevad eksperimentaalsetel andmetel, mis on saadud sisepõlemismootori sisselaskesüsteemi staatilistest puhumistest.

Kaaluge klassikalist viisi sisselaskeprotsessi uurimiseks labaanemomeetri abil. Fikseeritud klapitõstetega puhastatakse uuritav kanal erinevate teise õhuvoolukiirustega. Puhastamiseks kasutada ehtsaid metallist valatud silindripäid või nende mudeleid (kokkupandav puit, krohv, epoksiid jne) koos klappide, juhtpukside ja istmetega. Kuid nagu näitavad võrdluskatsed, annab see meetod teavet trakti kuju mõju kohta, kuid labaanemomeeter ei reageeri kogu õhuvoolu mõjule läbi lõigu, mis võib põhjustada olulise vea hindamisel. laengu liikumise intensiivsus silindris, mida kinnitatakse matemaatiliselt ja eksperimentaalselt.

Teine laialt levinud meetod täitmisprotsessi uurimiseks on meetod, mis kasutab sirgendusvõrku. See meetod erineb eelmisest selle poolest, et sisseimetud pöörlev õhuvool suunatakse läbi katte sirgenduspuuri labadele. Sel juhul sirgendatakse pöörlevat voolu ja võre labadele moodustub reaktiivmoment, mis registreeritakse mahtuvusliku anduri abil vastavalt väände pöördenurga väärtusele. Sirgendatud vool, mis on läbinud resti, voolab läbi varruka otsas oleva lahtise sektsiooni atmosfääri. See meetod võimaldab igakülgselt hinnata sisselaskekanalit energiatõhususe ja aerodünaamiliste kadude suuruse osas.

Isegi vaatamata asjaolule, et staatiliste mudelite uurimismeetodid annavad ainult kõige üldisema ettekujutuse sisselaskeprotsessi gaasidünaamilistest ja soojusvahetusomadustest, jäävad need oma lihtsuse tõttu siiski asjakohaseks. Teadlased kasutavad neid meetodeid üha enam ainult sisselaskesüsteemide väljavaadete esialgseks hindamiseks või olemasolevate peenhäälestamiseks. Need meetodid on aga ilmselgelt ebapiisavad nähtuste füüsika täielikuks ja üksikasjalikuks mõistmiseks vastuvõtuprotsessi ajal.

Üks täpsemaid ja tõhusamaid viise sisepõlemismootori sisselaskeprotsessi uurimiseks on katsed spetsiaalsetel dünaamilistel paigaldistel. Eeldades, et gaasi dünaamilised ja soojusvahetuse omadused ning laengu liikumise omadused sisselaskesüsteemis on ainult geomeetriliste parameetrite ja töötegurite funktsioonid, on uurimistöös väga kasulik kasutada dünaamilist mudelit – eksperimentaalset seadistust, mis on kõige suurem. sageli ühesilindrilise mootori täismahus mudel erinevatel kiirusrežiimidel, mis töötab väntvõlli väntamisega välisest energiaallikast ja on varustatud erinevat tüüpi anduritega. Sel juhul on võimalik hinnata teatud otsuste koguefektiivsust või nende elemendipõhist efektiivsust. Üldiselt taandub selline katse sisselaskesüsteemi erinevate elementide voolu omaduste määramisele (temperatuuri, rõhu ja kiiruse hetkeväärtused), mis varieeruvad väntvõlli pöördenurga suhtes.

Seega on kõige optimaalsem viis sisselaskeprotsessi uurimiseks, andes täielikke ja usaldusväärseid andmeid, luua kolb-sisepõlemismootori ühesilindriline dünaamiline mudel, mis käivitatakse välisest energiaallikast. Veelgi enam, see meetod võimaldab uurida kolb-sisepõlemismootori täitmisprotsessi nii gaasidünaamilisi kui ka soojusvahetusnäitajaid. Kuumtraadiga anemomeetriliste meetodite kasutamine võimaldab saada usaldusväärseid andmeid, ilma et see mõjutaks oluliselt katsemootori mudeli sisselaskesüsteemis toimuvaid protsesse.

1.3 Kolb-sisepõlemismootori sisselaskesüsteemi soojusvahetusprotsesside omadused

Kolb-sisepõlemismootorite soojusülekande uurimine sai tegelikult alguse esimeste tõhusate masinate – J. Lenoir, N. Otto ja R. Diesel – loomisest. Ja muidugi algfaasis Erilist tähelepanu maksti mootori silindri soojusülekande uuringule. Esimesele klassikalisi teoseid selles suunas võib omistada.

Kuid ainult V.I. Grinevetskyst sai kindel alus, millele osutus võimalikuks ehitada kolbmootorite soojusülekande teooria. Vaadeldav monograafia on peamiselt pühendatud sisepõlemismootoris toimuvate silindrisiseste protsesside termilisele arvutamisele. Samas leiab sealt infot ka meid huvitava sisselaskeprotsessi soojusvahetusnäitajate kohta, nimelt saab tööst statistilisi andmeid värske laengu kuumutamise hulga kohta, aga ka empiirilisi valemeid parameetrite arvutamiseks sisselaskelöögi algus ja lõpp.

Edasi hakkasid teadlased lahendama spetsiifilisemaid probleeme. Eelkõige hankis ja avaldas V. Nusselt kolbmootori silindri soojusülekandeteguri valemi. N.R. Briling täpsustas oma monograafias Nusselti valemit ja tõestas üsna selgelt, et igal konkreetsel juhul (mootoritüüp, segu moodustumise meetod, kiirus, võimendusaste) tuleks kohalikke soojusülekandekoefitsiente täpsustada otsekatsete tulemuste põhjal.

Teine suund kolbmootorite uurimisel on soojusülekande uurimine heitgaaside voolus, eelkõige andmete saamine soojusülekande kohta turbulentsel gaasivoolul väljalasketorus. Nende probleemide lahendamisele on pühendatud suur hulk kirjandust. Seda suunda on küllaltki hästi uuritud nii staatilistes puhumistingimustes kui ka hüdrodünaamilise ebastabiilsuse tingimustes. Seda eelkõige tänu sellele, et väljalaskesüsteemi täiustamisega on võimalik oluliselt tõsta kolb-sisepõlemismootori tehnilisi ja majandusnäitajaid. Selle suuna arendamise käigus viidi läbi palju teoreetilisi töid, sealhulgas analüütilisi lahendusi ja matemaatilist modelleerimist, samuti palju eksperimentaalseid uuringuid. Sellise põhjaliku väljalaskeprotsessi uuringu tulemusena pakuti välja suur hulk väljalaskeprotsessi iseloomustavaid näitajaid, mille abil saab hinnata väljalaskesüsteemi projekteerimise kvaliteeti.

Siiani ei pöörata piisavalt tähelepanu sisselaskeprotsessi soojusülekande uurimisele. See on seletatav asjaoluga, et silindri ja väljalasketoru soojusülekande optimeerimise alased uuringud olid kolb-sisepõlemismootorite konkurentsivõime parandamise seisukohalt algselt tõhusamad. Praeguseks on aga mootoriehituse areng jõudnud nii kaugele, et mistahes mootorinäitaja tõusu vähemalt mõne kümnendiku protsendi võrra peetakse teadlaste ja inseneride jaoks tõsiseks saavutuseks. Seetõttu, võttes arvesse asjaolu, et nende süsteemide täiustamise suunad on põhimõtteliselt ammendatud, otsib nüüd üha rohkem spetsialiste uusi võimalusi kolbmootorite tööprotsesside täiustamiseks. Ja üks neist valdkondadest on soojusülekande uurimine sisepõlemismootorisse sisenemise protsessis.

Sisselaskeprotsessi ajal soojusülekannet käsitlevas kirjanduses võib välja tuua töid, mis on pühendatud laengu keerisliikumise intensiivsuse mõju uurimisele sisselaske juures mootoriosade (silindripea, sisselaske ja väljalaskeava) termilisele seisundile. klapid, silindrite pinnad). Need tööd on suure teoreetilise iseloomuga; põhinevad mittelineaarsete Navier-Stokesi ja Fourier-Ostrogradsky võrrandite lahendamisel, aga ka neid võrrandeid kasutaval matemaatilisel modelleerimisel. Võttes arvesse suurt hulka eeldusi, saab tulemusi võtta eksperimentaalsete uuringute aluseks ja/või hinnangulisteks tehnilistes arvutustes. Samuti sisaldavad need tööd eksperimentaalsete uuringute andmeid, et määrata kindlaks lokaalsed ebastabiilsed soojusvood diiselmootori põlemiskambris sisselaskeõhu keerise intensiivsuse laias muutumises.

Eelnimetatud töö soojusvahetusega sisselaskeprotsessi ajal ei käsitle enamasti gaasidünaamika mõju küsimust soojusülekande kohalikule intensiivsusele, mis määrab värske laengu kuumenemise ja sisselaskekollektori temperatuuripinged ( toru). Kuid nagu teate, mõjutab värske laengu kuumutamise määr oluliselt värske laengu massivoolukiirust läbi mootori silindrite ja vastavalt ka selle võimsust. Samuti võib soojusülekande dünaamilise intensiivsuse vähenemine kolb-sisepõlemismootori sisselasketorus vähendada selle temperatuuripingeid ja seeläbi suurendada selle elemendi ressurssi. Seetõttu on nende probleemide uurimine ja lahendamine kiireloomuline ülesanne mootoriehituse arendamiseks.

Tuleb märkida, et praegu kasutatakse tehnilistes arvutustes staatiliste puhumiste andmeid, mis ei ole õiged, kuna mittestatsionaarsus (voolupulsatsioonid) mõjutab tugevalt soojusülekannet kanalites. Eksperimentaalsed ja teoreetilised uuringud näitavad olulist erinevust soojusülekandeteguri vahel mittestatsionaarsetes tingimustes ja statsionaarsel juhul. See võib ulatuda 3-4-kordse väärtuseni. Selle erinevuse peamine põhjus on turbulentse voolu struktuuri spetsiifiline ümberstruktureerimine, nagu on näidatud joonisel.

Leiti, et dünaamilise mittestatsionaarsuse (voolu kiirenemise) voolule avaldatava mõju tulemusena toimub selles kinemaatilise struktuuri ümberstruktureerimine, mis viib soojusülekandeprotsesside intensiivsuse vähenemiseni. Samuti leiti töös, et voolu kiirenemine toob kaasa seina nihkepingete 2-3-kordse suurenemise ja sellele järgneva lokaalsete soojusülekandetegurite vähenemise umbes sama palju.

Seega on värske laengu kuumutamise koguse arvutamiseks ja sisselaskekollektori (toru) temperatuuripingete määramiseks vaja andmeid hetkelise lokaalse soojusülekande kohta selles kanalis, kuna staatiliste puhumiste tulemused võivad põhjustada tõsiseid vigu ( rohkem kui 50%) soojusülekandeteguri määramisel sisselasketorus , mis on vastuvõetamatu isegi tehniliste arvutuste jaoks.

1.4 Järeldused ja uurimiseesmärkide sõnastamine

Eeltoodu põhjal saab teha järgmised järeldused. Tehnoloogilised omadused Sisepõlemismootori määrab suuresti sisselasketoru kui terviku ja üksikute elementide aerodünaamiline kvaliteet: sisselaskekollektor (sisselasketoru), silindripeas olev kanal, selle kael ja klapiketas ning põlemiskamber. kolvi kroon.

Praegu pööratakse aga põhitähelepanu silindripea kanalite konstruktsiooni optimeerimisele ning keerulistele ja kulukatele süsteemidele ballooni täitumise kontrollimiseks värske laenguga, samas võib eeldada, et ainult profileerimisega sisselaskekollektor on võimalik mõjutada mootori gaasidünaamilisi, soojusvahetus- ja tarbimisomadusi.

Praegu on mootoris sisselaskeprotsessi dünaamiliseks uurimiseks palju erinevaid mõõtmisvahendeid ja -meetodeid ning peamine metodoloogiline raskus seisneb nendes. õige valik ja kasutada.

Eeltoodud kirjanduse andmete analüüsi põhjal saab sõnastada järgmised lõputöö ülesanded.

1. Teha kindlaks sisselaskekollektori konfiguratsiooni ja filtrielemendi olemasolu mõju kolb-sisepõlemismootori gaasi dünaamikale ja vooluomadustele, samuti teha kindlaks pulseeriva voolu soojusvahetuse hüdrodünaamilised tegurid. sisselaskekanali seinad.

2. Töötada välja viis kolb-sisepõlemismootori sisselaskesüsteemi läbiva õhuvoolu suurendamiseks.

3. Leida kolb-sisepõlemismootori sisselasketorus toimuva lokaalse soojusülekande muutuste peamised seaduspärasused hüdrodünaamilise ebastabiilsuse tingimustes klassikalises silindrilises kanalis, samuti välja selgitada sisselaskesüsteemi konfiguratsiooni mõju (profileeritud lisab ja õhufiltrid) selle protsessi jaoks.

4. Üldistada katseandmed hetkelise lokaalse soojusülekandeteguri kohta kolb-sisepõlemismootori sisselaskekollektoris.

Püstitatud ülesannete lahendamiseks töötada välja vajalikud võtted ja luua eksperimentaalne seadistus kolb-sisepõlemismootori täismõõdulise mudeli näol, mis on varustatud automaatse andmekogumise ja töötlemisega juhtimis- ja mõõtesüsteemiga.

2. Eksperimentaalse seadistuse ja mõõtmismeetodite kirjeldus

2.1 Eksperimentaalne seadistus sisselaskeprotsessi uurimiseks kolb-sisepõlemismootoris

Uuritud sisselaskeprotsesside iseloomulikud tunnused on nende dünaamilisus ja perioodilisus, mis on tingitud mootori väntvõlli pöörlemiskiiruse laiast vahemikust, ning selle perioodi harmoonilisuse rikkumine, mis on seotud kolvi ebaühtlase liikumise ja konfiguratsiooni muutumisega. tsooni sisselasketrakt klapikomplekt... Kaks viimast tegurit on omavahel seotud gaasijaotusmehhanismi tegevusega. Selliseid tingimusi saab piisava täpsusega reprodutseerida ainult täismahus mudeli abil.

Kuna gaasidünaamilised karakteristikud on geomeetriliste parameetrite ja töötegurite funktsioonid, siis dünaamiline mudel peab vastama teatud mõõtmega mootorile ja töötama talle iseloomulikel kiiretel väntvõlli väntamisrežiimidel, kuid juba välisest energiaallikast. Nende andmete põhjal on võimalik välja töötada ja hinnata teatud lahenduste koguefektiivsust, mille eesmärk on parandada sisselaskekanalit tervikuna, aga ka eraldi erinevate tegurite (konstruktiivse või režiimi) osas.

Kolb-sisepõlemismootori sisselaskeprotsessi gaasidünaamika ja soojusvahetuse uurimiseks kavandati ja valmistati katseseade. See töötati välja VAZ - OKA auto mudeli 11113 mootori põhjal. Paigalduse loomisel kasutati prototüübi osi, nimelt: keps, kolvitihvt, kolb (revisjoniga), gaasijaotusmehhanism (revisjoniga), väntvõlli rihmaratas. Joonis 2.1 näitab katseseadistuse pikisuunalist lõiget ja joonis 2.2 selle ristlõiget.

Riis. 2.1. Eksperimentaalse seadistuse pikisuunaline läbilõige:

1 - elastne sidur; 2 - kummist sõrmed; 3 - ühendusvarda kael; 4 - juurekael; 5 - põsk; 6 - mutter М16; 7 - vastukaal; 8 - mutter М18; 9 - peamised laagrid; 10 - toed; 11 - ühendusvarda laagrid; 12 - ühendusvarras; 13 - kolvi tihvt; 14 - kolb; 15 - silindri vooder; 16 - silinder; 17 - silindri alus; 18 - silindri tugi; 19 - fluoroplastiline tsükkel; 20 - alusplaat; 21 - kuusnurk; 22 - tihend; 23 - sisselaskeventiil; 24 - väljalaskeklapp; 25 - nukkvõll; 26 - rihmaratas nukkvõll; 27 - väntvõlli rihmaratas; 28 - hammasrihm; 29 - rull; 30 - pinguti hammas; 31 - pinguti polt; 32 - õlitaja; 35 - asünkroonmootor

Riis. 2.2. Katse seadistuse ristlõige:

3 - ühendusvarda kael; 4 - juurekael; 5 - põsk; 7 - vastukaal; 10 - toed; 11 - ühendusvarda laagrid; 12 - ühendusvarras; 13 - kolvi tihvt; 14 - kolb; 15 - silindri vooder; 16 - silinder; 17 - silindri alus; 18 - silindri tugi; 19 - fluoroplastiline tsükkel; 20 - alusplaat; 21 - kuusnurk; 22 - tihend; 23 - sisselaskeventiil; 25 - nukkvõll; 26 - nukkvõlli rihmaratas; 28 - hammasrihm; 29 - rull; 30 - pinguti hammas; 31 - pinguti polt; 32 - õlitaja; 33 - profileeritud sisestus; 34 - mõõtekanal; 35 - asünkroonmootor

Nagu nendelt piltidelt näha, on installatsiooniks ühesilindrilise sisepõlemismootori täismahus mudel mõõtmetega 7,1 / 8,2. Pöördemoment koos asünkroonne mootor edastatakse läbi elastse siduri 1 koos kuue kummitihvtiga 2 algse disainiga väntvõllile. Rakendatud sidur suudab suures osas kompenseerida asünkroonmootori võllide ja paigaldise väntvõlli vahelise ühenduse ebaühtlust, samuti vähendada dünaamilisi koormusi, eriti seadme käivitamisel ja seiskamisel. Väntvõll koosneb omakorda ühendusvarda tihvtist 3 ja kahest peamisest tihvtist 4, mis on omavahel ühendatud põskede 5 abil. Ühendusvarda tihvt surutakse põskede vahele ja kinnitatakse mutriga 6. vibratsiooni vähendamiseks, põskedele kinnitatakse poltide abil vastukaalud 7 Väntvõlli aksiaalset liikumist takistab mutter 8. Väntvõll pöörleb kinnistes rull-laagrites 9, mis on kinnitatud tugedesse 10. Ühendusvarda tihvtile on paigaldatud kaks kinnist veerelaagrit 11, millele on kinnitatud ühendusvarras 12. Kahe laagri kasutamine on sel juhul seotud ühendusvarda maandumismõõtmega ... Kolb 14 kinnitatakse ühendusvarda külge kolvitihvti 13 abil, mis liigub järk-järgult mööda terassilindrisse 16 surutud malmhülsi 15. Silinder on paigaldatud alusele 17, mis asub silindril. toed 18. Kolvile on paigaldatud üks lai fluoroplastist rõngas 19, kolme standardse terasest rõnga asemel. Malmist vooderdise ja PTFE-rõnga kasutamine vähendab järsult hõõrdumist kolvi-vooderdise ja kolvirõngaste-vooderdise paarides. Seetõttu on eksperimentaalne seadistus võimeline töötama lühikest aega (kuni 7 minutit) ilma määrimissüsteemi ja jahutussüsteemita väntvõlli töökiirustel.

Kõik katseseadistuse peamised statsionaarsed elemendid on kinnitatud alusplaadile 20, mis kinnitatakse kahe kuusnurga 21 abil laborilaua külge. Vibratsiooni vähendamiseks paigaldatakse kuusnurga ja alusplaadi vahele kummitihend 22.

Katsepaigaldise gaasijaotusmehhanism on laenatud autolt VAZ 11113: plokipead kasutatakse koostuna koos mõningate muudatustega. Süsteem koosneb sisselaskeklapist 23 ja väljalaskeklapist 24, mida juhib nukkvõll 25 koos rihmarattaga 26. Nukkvõlli rihmaratas on ühendatud väntvõlli rihmarattaga 27 hammasrihma 28 abil. väntvõll Paigaldusel on kaks rihmaratast, mis lihtsustavad nukkvõlli veorihma pingutussüsteemi. Rihma pinget reguleerib rull 29, mis on paigaldatud postile 30, ja pinguti polt 31. Nukkvõlli laagrite määrimiseks paigaldati 32 määrdekinnitust, millest õli voolab raskusjõu mõjul nukkvõlli liugelaagritele.

Sarnased dokumendid

Tegeliku tsükli sisselaskeprotsessi omadused. Erinevate tegurite mõju mootorite täitmisele. Rõhk ja temperatuur sisselaskeava lõpus. Jääkgaasi koefitsient ja selle väärtust määravad tegurid. Sisselaskeava kolvi liikumise kiirendamisel.

loeng lisatud 30.05.2014


Avade suurused neeludes, sisselaskeklappide nukid. Konarusteta nuki profileerimine, mis juhib ühte sisselaskeklappi. Tõukuri kiirus nuki pöördenurgas. Klapi vedru ja nukkvõlli arvutamine.

kursusetöö, lisatud 28.03.2014


Üldine informatsioon sisepõlemismootorist, selle ehitusest ja töö omadustest, eelistest ja puudustest. Mootori tööprotsess, kütuse süütemeetodid. Otsige võimalusi sisepõlemismootori konstruktsiooni täiustamiseks.

abstraktne, lisatud 21.06.2012


Lennuki kolbmootori täitmis-, surve-, põlemis- ja paisumisprotsesside arvutamine, indikaatori, efektiivsete ja geomeetriliste parameetrite määramine. Väntmehhanismi dünaamiline arvutus ja väntvõlli tugevuse arvutamine.

kursusetöö, lisatud 17.01.2011


Sisepõlemismootori tööprotsessi otseselt mõjutavate täitmis-, kokkusurumis-, põlemis- ja paisumisprotsessi iseärasuste uurimine. Indikaatori ja efektiivsete näitajate analüüs. Töövoo indikaatorskeemide koostamine.

kursusetöö, lisatud 30.10.2013


Kolbpumba toite koefitsiendi ja ebatasasuse astme arvutamise meetod etteantud parameetritega, sobiva ajakava koostamine. Kolbpumba imemistingimused. Paigalduse hüdrauliline arvutus, selle peamised parameetrid ja funktsioonid.

test, lisatud 03.07.2015


4-silindrilise V-kujulise kolbkompressori projekti väljatöötamine. Külmutusmasina kompressoripaigaldise soojusarvutus ja selle gaasitee määramine. Seadme näidiku ja võimsusskeemi ehitus. Kolviosade tugevusarvutus.

Kursitöö lisatud 25.01.2013


üldised omadused kaldsilindrite ploki ja kettaga aksiaalkolbpumba diagrammid. Kaldseadmega aksiaalkolbpumba arvutamise ja projekteerimise põhietappide analüüs. Universaalse kiirusregulaatori konstruktsiooni arvestamine.

Kursitöö lisatud 10.01.2014


Seadme projekteerimine puurimiseks ja freesimiseks. Töödeldava detaili saamise meetod. Aksiaalkolbpumba konstruktsioon, põhimõte ja töötingimused. Mõõteriista vea arvutamine. Tehnoloogia süsteem tõstemehhanismi kokkupanek.

lõputöö, lisatud 26.05.2014


Konstantse mahu ja rõhu juures soojusvarustusega sisepõlemismootorite termodünaamiliste tsüklite arvestamine. Mootori D-240 soojusarvutus. Sissevõtu, kokkusurumise, põlemise, paisumise protsesside arvutamine. Tõhusad näitajad ICE operatsioon.

Gaasi dünaamiline survestamine hõlmab meetodeid laengutiheduse suurendamiseks sisselaskeava juures, kasutades:

Vastuvõtva seadme suhtes liikuva õhu kineetiline energia, milles voolu aeglustamisel muundatakse see potentsiaalseks rõhuenergiaks - kiire tõuge;

· Laineprotsessid sisselasketorustikes -.

Sissehingava mootori termodünaamilises tsüklis toimub kokkusurumisprotsessi algus rõhu all lk 0, (võrdne atmosfääriga). Gaasi dünaamilise ülelaadimisega kolbmootori termodünaamilises tsüklis toimub kokkusurumisprotsessi algus rõhul p k, mis on tingitud töövedeliku rõhu tõusust väljaspool silindrit lk 0 kuni p k... See on tingitud kineetilise energia ja silindrist väljaspool toimuvate laineprotsesside energia muutumisest potentsiaalseks rõhuenergiaks.

Üheks energiaallikaks surve suurendamiseks kompressiooni alguses võib olla vastutuleva õhuvoolu energia, mis tekib lennuki, auto ja muude vahendite liikumisel. Seetõttu nimetatakse nendel juhtudel hoogu suureks kiiruseks.

Kiire survestamine põhineb aerodünaamilistel seadustel, mis muudavad õhuvoolu kiiruspea staatiliseks rõhuks. Struktuurselt on see rakendatud difuusori õhu sisselasketoru kujul, mis on suunatud sõiduki liikumise ajal õhuvoolu poole. Teoreetiline rõhu tõus Δ p k=p k - lk 0 sõltub kiirusest c n ja sissetuleva (liikuva) õhuvoolu tihedus ρ 0

Kiiret ülelaadimist kasutatakse peamiselt kolbmootoriga lennukitel ja sportautod, kus kiirus on üle 200 km/h (56 m/s).

Järgmised gaasidünaamilise mootori survestamise tüübid põhinevad inertsiaalsete ja laineliste protsesside kasutamisel mootori sisselaskesüsteemis.

Inertsiaalne või dünaamiline võimendus toimub torujuhtmes oleva värske laengu suhteliselt suurel liikumiskiirusel c tr. Sel juhul võtab võrrand (2.1) kuju

kus ξ t on koefitsient, mis võtab arvesse takistust gaasi liikumisele piki pikkust ja kohalikke.

Tõeline kiirus c Gaasivoolu tr sisselasketorustikes, et vältida suurenenud aerodünaamilisi kadusid ja silindrite täitmise halvenemist värske laenguga, ei tohiks ületada 30 ... 50 m / s.

Kolbmootorite silindrites toimuvate protsesside perioodilisus on gaasi-õhu teedel võnkuvate dünaamiliste nähtuste põhjus. Neid nähtusi saab kasutada mootorite põhinäitajate (liitri võimsus ja efektiivsus) oluliseks parandamiseks.

Inertsiaalsete protsessidega kaasnevad alati lainelised protsessid (rõhu kõikumised), mis tulenevad gaasivahetussüsteemi sisselaskeklappide perioodilisest avanemisest ja sulgemisest, samuti kolbide edasi-tagasi liikumisest.

Sisselaske algfaasis tekib klapi ees olevasse sisselaskekollektorisse vaakum ja vastav vaakumlaine, mis jõuab individuaalse sisselaskekollektori vastasotsa, peegeldub survelaine poolt. Valides üksiku torujuhtme pikkuse ja vooluala, on võimalik saavutada selle laine jõudmine silindrisse kõige soodsamal hetkel enne klapi sulgemist, mis suurendab oluliselt täitetegurit ja sellest tulenevalt pöördemoment M e mootor.

Joonisel fig. 2.1. on näidatud häälestatud sisselaskesüsteemi skeem. Läbi sisendtorustiku, möödaminnes gaasihoob, õhk siseneb vastuvõtvasse vastuvõtjasse ja sealt reguleeritud pikkusega sisselasketorud igasse nelja silindrisse.

Praktikas kasutatakse seda nähtust välismaistes mootorites (joonis 2.2), samuti kodumaistes mootorites sõiduautod kohandatud individuaalsete sisselasketorudega (nt. mootorid ZMZ), samuti statsionaarse elektrigeneraatori 2Ch8,5 / 11 diiselmootoril, millel on üks häälestatud torustik kahe silindri jaoks.

Gaasi dünaamilise survestamise kõrgeim efektiivsus toimub pikkade üksikute torustike puhul. Ülelaadimise rõhk sõltub mootori pöörlemiskiiruse sobivusest n, torujuhtme pikkus L tr ja nurk

sisselaskeklapi (kere) sulgemise viivitus φ a... Need valikud on seotud sõltuvusega

kus on kohalik helikiirus; k= 1,4 - adiabaatiline astendaja; R= 0,287 kJ / (kg ∙ kraadi); T Kas gaasi keskmine temperatuur võimendusperioodil.

Laine- ja inertsiaalsed protsessid võivad anda silindri laengu märgatava suurenemise suurte klapiavade korral või survetakti lisalaengu suurenemise näol. Tõhusa gaasidünaamilise võimenduse rakendamine on võimalik ainult kitsa mootori pöörlemissageduse vahemikus. Klapi ajastuse ja sisselaskekollektori pikkuse kombinatsioon peaks tagama kõrgeima täiteastme. Sellist parameetrite valikut nimetatakse sisselaskesüsteemi häälestamine. See võimaldab teil suurendada mootori võimsust 25 ... 30%. Gaasi dünaamilise võimenduse efektiivsuse säilitamiseks laiemal väntvõlli pöörlemiskiiruste vahemikus, erinevaid viise, eriti:

Muutuva pikkusega torujuhtme rakendamine l tr (näiteks teleskoop);

· Lühikese torujuhtme vahetamine pikale;

Klapi ajastuse automaatne juhtimine jne.

Gaasi dünaamilise survestamise kasutamine mootori võimendamiseks on aga seotud teatud probleemidega. Esiteks ei ole alati võimalik ratsionaalselt korraldada piisavalt pikki häälestatud sisendtorustikke. See on eriti keeruline madala kiirusega mootorite puhul, kuna häälestatud torujuhtmete pikkus suureneb kiiruse vähenemisega. Teiseks annab torujuhtmete fikseeritud geomeetria dünaamilist reguleerimist ainult teatud, üsna kindlas vahemikus. kiirusrežiim tööd.

Efekti tagamiseks laias vahemikus kasutatakse ühelt kiirusrežiimilt teisele üleminekul häälestatud tee pikkuse sujuvat või astmelist reguleerimist. Eriventiilide või liblikklappide abil astmelist juhtimist peetakse usaldusväärsemaks ja seda kasutatakse edukalt autode mootorid paljud välisfirmad. Kõige sagedamini kasutatakse reguleerimist ümberlülitamisega kahele seadistatud torupikkusele (joonis 2.3).

Režiimile kuni 4000 min -1 vastavas suletud siibri asendis toimub õhu juurdevool süsteemi sisselaskevastuvõtjast mööda pikka teed (vt joonis 2.3). Selle tulemusena (võrreldes ilma gaasidünaamilise surveta mootori põhiversiooniga) on pöördemomendi kõver piki välist kiiruse tunnusjoon(mõnel sagedusel 2500 kuni 3500 min -1, suureneb pöördemoment keskmiselt 10 ... 12%). Kiiruse n> 4000 min -1 suurenemisel lülitub etteanne lühikesele teele ja see võimaldab teil võimsust suurendada N e nominaalrežiimil 10%.

On ka keerulisemaid kõigi režiimide süsteeme. Näiteks torujuhtmetega konstruktsioonid, mis katavad silindrilist vastuvõtjat koos pöörleva trumliga, millel on torujuhtmetega suhtlemiseks aknad (joonis 2.4). Silindrilise vastuvõtja 1 vastupäeva pööramisel torujuhtme pikkus suureneb ja vastupidi, päripäeva keerates see väheneb. Kuid nende meetodite rakendamine muudab mootori konstruktsiooni oluliselt keerulisemaks ja vähendab selle töökindlust.

Tavaliste torujuhtmetega mitmesilindrilistes mootorites väheneb gaasidünaamilise võimenduse efektiivsus, mis on tingitud erinevates silindrites toimuvate sisselaskeprotsesside vastastikusest mõjust. Automootorites on sisselaskesüsteemid tavaliselt "häälestatud" maksimaalse pöördemomendi režiimile, et suurendada selle reservi.

Gaasi dünaamilise võimenduse efekti saab saavutada ka väljalaskesüsteemi vastava "häälestusega". Seda meetodit kasutatakse kahetaktiliste mootorite puhul.

Pikkuse määramiseks L tr ja siseläbimõõt d(või vooluala) häälestatud torujuhtme jaoks on vaja teha arvutused ebastabiilset voolu kirjeldavate numbriliste gaasidünaamika meetoditega koos ballooni tööprotsessi arvutamisega. Selle kriteeriumiks on võimsuse suurenemine,

pöördemoment või kütuse erikulu vähendamine. Need arvutused on üsna keerulised. Rohkem lihtsad meetodid määratlused L kolm d eksperimentaalsete uuringute tulemuste põhjal.

Suure hulga katseandmete töötlemise tulemusena sisediameetri valimiseks d kohandatud konveieri puhul pakutakse välja järgmine sõltuvus:

kus (μ F y) max - sisselaskeklapi pilu efektiivse vooluala suurim väärtus. Pikkus L Häälestatud torujuhtme tr saab määrata järgmise valemiga:

Pange tähele, et hargnenud häälestatud süsteemide, näiteks ühise toru - vastuvõtja - üksikute torude kasutamine osutus turboülelaaduriga kombineerituna väga tõhusaks.

Paralleelselt summutite väljalaskesüsteemide arendamisega töötati välja ka süsteeme, mida tavapäraselt nimetatakse "summutiteks", kuid mille eesmärk oli mitte niivõrd vähendada töötava mootori mürataset, vaid muuta selle võimsusomadusi (mootori võimsust või pöördemomenti). ). Samal ajal jäi mürasummutusfunktsioon taustale, sellised seadmed ei vähenda ega suuda oluliselt vähendada väljalaske müra mootorit ja sageli seda täiustada.

Selliste seadmete töö põhineb resonantsprotsessidel "summutite" endi sees, millel on nagu igal õõneskehal Heimholtzi resonaatori omadused. Heitgaasisüsteemi sisemiste resonantside tõttu lahendatakse korraga kaks paralleelset ülesannet: parandatakse silindri puhastamist eelmisel käigul läbipõlenud põlevsegu jääkidest ja silindri täitmist värske portsjoniga. põlev segu järgmiseks survetaktiks suureneb.
Silindri puhastamise paranemine on tingitud asjaolust, et väljalaskekollektoris olev gaasikolonn, mis eelmisel käigul gaaside väljalaskmisel tõusis, jätkab inertsi mõjul, nagu kolb pumbas, jääkgaase välja imemist. silinder isegi pärast seda, kui rõhk silindris on võrdne rõhuga väljalaskekollektoris. Sel juhul tekib teine, kaudne mõju: selle täiendava ebaolulise väljapumpamise tõttu rõhk silindris langeb, mis mõjub soodsalt järgmisele puhumiskäigule - silindrisse satub veidi rohkem värsket põlevat segu, kui oleks võinud. saab, kui rõhk silindris oli võrdne atmosfäärirõhuga ...

Lisaks summuti õõnsusse paigaldatud segajalt (väljalaskesüsteemi tagumine koonus) või kapotilt (gaasidünaamiline diafragma) peegeldunud heitgaasi rõhu tagurpidi laine, mis naaseb silindri väljalaskeaknasse tagasilöögi hetkel. selle sulgemine, lisaks "pressib" kokku värske põleva segu silindris, suurendades veelgi selle täitumist.

Siin peate väga selgelt aru saama, et me ei räägi gaaside edasi-tagasi liikumisest väljalaskesüsteemis, vaid gaasi enda sees toimuvast lainelise võnkeprotsessist. Gaas liigub ainult ühes suunas - silindri väljalaskeaknast väljalaskesüsteemi väljalaskeava väljalaskeava suunas, kõigepealt - teravate tõmblustega, mille sagedus on võrdne HF pöörete arvuga, seejärel järk-järgult nende tõmbluste amplituud. väheneb, muutudes piiris ühtlaseks laminaarseks liikumiseks. Ja "siin-seal" kõnnivad rõhulained, mis oma olemuselt on väga sarnased akustiliste õhulainetega. Ja nende rõhukõikumiste kiirus on lähedane heli kiirusele gaasis, võttes arvesse selle omadusi - eelkõige tihedust ja temperatuuri. Muidugi erineb see kiirus mõnevõrra teadaolevast helikiiruse väärtusest õhus, mis tavatingimustes võrdub umbes 330 m / s.

Rangelt võttes ei ole täiesti õige nimetada DSV väljalaskesüsteemides toimuvaid protsesse puhtalt akustilisteks. Pigem järgivad nad seadusi, mida kasutatakse lööklainete kirjeldamiseks, olgu need nõrgad. Ja see pole enam standardne gaasi- ja termodünaamika, mis sobib selgelt Boyle'i, Mariotte'i, Clapeyroni ja teiste sarnaste seaduste ja võrranditega kirjeldatud isotermiliste ja adiabaatiliste protsesside raamistikku.
Seda mõtet ajendasid mitmed juhtumid, mille pealtnägija ma ise olin. Nende olemus on järgmine: ülikiirete ja võidusõidumootorite (õhk-, laev- ja auto) resonantssarved, mis töötavad üüratutel režiimidel, kus mootorid pöörlevad mõnikord kuni 40 000-45 000 p / min või isegi kõrgemal, hakkavad "ujuma". - nad sõna otseses mõttes muudavad meie silme all oma kuju, "tõmbuvad kokku", nagu poleks need valmistatud mitte alumiiniumist, vaid plastiliinist ja isegi maisi põlevad läbi! Ja see juhtub täpselt "toru" resonantsi tipus. Kuid on teada, et heitgaaside temperatuur heitgaaside aknast väljumisel ei ületa 600–650 ° C, samas kui puhta alumiiniumi sulamistemperatuur on veidi kõrgem - umbes 660 ° C ja selle sulamite puhul veelgi rohkem. Samal ajal (peaasi!) See ei ole väljalasketoru-megafon, mis külgneb otse väljalaskeaknaga, kus tundub olevat kõige rohkem soojust, ja halvimad temperatuuritingimused ning vastupidise koonuse segaja pindala, milleni heitgaasid tuleb juba palju madalama temperatuuriga, mis väheneb tänu selle paisumisele väljalaskesüsteemi sees (meenutagem gaasi dünaamika põhiseadusi) ja pealegi puhub see summuti osa tavaliselt vastutulevast õhuvoolust, st. täiendavalt jahutatud.

Pikka aega ei saanud ma sellest nähtusest aru ega seletada. Kõik loksus paika pärast seda, kui kogemata sain kätte lööklainete protsesse kirjeldava raamatu. Seal on selline gaasidünaamika spetsiaalne sektsioon, mille kursust õpetatakse ainult mõne ülikooli eriosakondades, mis koolitavad lõhkeainete spetsialiste. Midagi sarnast toimub (ja seda uuritakse) ka lennunduses, kus pool sajandit tagasi, ülehelikiirusel lendude koidikul, puututi kokku ka seletamatute faktidega lennukikere struktuuri hävimisest ülehelikiiruse ülemineku ajal.

Kasutades resonantsi väljalasketorud kõigi klasside mootorimudelitel võib see järsult tõsta võistluste sportlikke tulemusi. Torude geomeetrilised parameetrid määratakse aga reeglina katse-eksituse meetodil, kuna siiani puudub nendes gaasidünaamilistes seadmetes toimuvate protsesside selge arusaam ja selge tõlgendus. Ja vähestes selleteemalistes teabeallikates on tehtud vastuolulisi järeldusi, millel on meelevaldne tõlgendus.

Häälestatud väljalasketorudes toimuvate protsesside üksikasjalikuks uurimiseks loodi spetsiaalne paigaldus. See koosneb mootorite käivitamise alusest, mootoritoru adapterist koos liitmikega staatilise ja dünaamilise rõhu proovivõtmiseks, kahest piesoelektrilisest andurist, kahekiirelisest ostsilloskoobist C1-99, kaamerast, R-15 mootori resonantsväljalasketorust. "teleskoop" ja isetehtud toru mustava pinna ja täiendava soojusisolatsiooniga.

Rõhk väljalaskepiirkonnas asuvates torudes määrati järgmiselt: mootor viidi resonantskiirusele (26000 p/min), rõhuvõtu liitmikega ühendatud piesoelektriliste andurite andmed kuvati ostsilloskoobis, pühkimissagedus mis sünkroniseeriti mootori pöörlemiskiirusega ja ostsillogramm salvestati fotofilmile.

Pärast filmi ilmutamist kontrastainega ilmutis kanti pilt jäljepaberile ostsilloskoobi ekraani skaala järgi. R-15 mootori toru tulemused on näidatud joonisel 1 ja omatehtud toru puhul, millel on mustus ja täiendav soojusisolatsioon - joonisel 2.

Graafikutel:

R dyn - dünaamiline rõhk, P st - staatiline rõhk. OBO - väljalaskeakna avamine, BDC - alumine surnud koht, ZVO - väljalaskeakna sulgemine.

Kõverate analüüs näitab rõhu jaotust resonantstoru sisselaskeava juures väntvõlli pöörlemisfaasi funktsioonina. Dünaamilise rõhu suurenemine alates hetkest, kui 5 mm väljalasketoru läbimõõduga väljalaskeaken avaneb, toimub R-15 puhul kuni ligikaudu 80 °. Ja selle miinimum on maksimaalse puhumise korral alumisest surnud punktist vahemikus 50–60 °. Rõhu tõus peegeldunud laines (minimaalsest) väljalaskeakna sulgemise hetkel on umbes 20% P maksimaalsest väärtusest. Heitgaaside peegeldunud laine toime viivitus on 80 kuni 90 ° . Staatilist rõhku iseloomustab tõus vahemikus 22 ° graafiku "platoolt" kuni 62 ° alates väljalaskeava avamisest, kusjuures minimaalne asukoht on 3 ° alumise surnud punkti hetkest. Ilmselgelt tekivad sarnase väljalasketoru kasutamise korral tühjendusvõnked 3 ° ... 20 ° pärast alumist surnud punkti ja mitte mingil juhul 30 ° pärast väljalaskeakna avamist, nagu varem arvati.

Isetegija toru uurimisandmed erinevad R-15 andmetest. Dünaamilise rõhu tõus 65 °-ni alates väljalaskeava avamise hetkest kaasneb miinimumiga, mis asub 66 ° pärast alumist surnud punkti. Sel juhul on peegeldunud laine rõhu tõus miinimumist umbes 23%. Heitgaaside toime viivitus on väiksem, mis on tõenäoliselt seotud soojusisolatsioonisüsteemi temperatuuri tõusuga, ja on umbes 54 °. Puhumise kõikumised on täheldatud 10 ° pärast alumist surnud punkti.

Graafikuid võrreldes on näha, et staatiline rõhk soojusisolatsiooniga torus on väljalaskeakna sulgemise hetkel väiksem kui R-15-l. Kuid dünaamilise rõhu maksimaalne peegeldus pärast väljalaskeakna sulgemist on 54 ° ja R-15 puhul nihutatakse seda maksimumi koguni 90 "! Erinevused on seotud väljalasketorude läbimõõtude erinevusega: R-15-l, nagu juba mainitud, on läbimõõt 5 mm ja soojusisolatsiooniga - 6,5 mm. Lisaks on R-15 toru täiuslikuma geomeetria tõttu sellel kõrgem staatilise rõhu taastamise tegur.

Koefitsient kasulik tegevus resonantne väljalasketoru sõltub suuresti toru enda geomeetrilistest parameetritest, mootori väljalasketoru lõigust, temperatuurist ja klapi ajastusest.

Vastusuunajate kasutamine ja resonantsväljalasketoru temperatuurirežiimi valimine võimaldab peegeldunud heitgaasilaine maksimaalset rõhku nihutada väljalaskeakna sulgemise hetkeni ja seeläbi järsult suurendada selle tegevuse efektiivsust.