Processi dinamici del gas nel sistema di scarico. Sistemi di scarico dei motori a combustione interni. Processo di dinamica del gas e materiali di consumo della produzione del motore a combustione interna del pistone con una sovrapposizione

In parallelo, lo sviluppo dei devastanti sistemi di scarico, i sistemi sviluppati, denominati convenzionalmente come "silenziatori", ma progettati non tanto per ridurre il livello di rumore del motore operativo, quanto modificare le sue caratteristiche di potenza (potenza del motore o la sua coppia). Allo stesso tempo, il compito del rumore di cucitura è andato al secondo piano, tali dispositivi non sono ridotti e non possono ridurre significativamente il rumore di scarico del motore, e spesso migliorarlo.

Il lavoro di tali dispositivi è basato su processi risonanti all'interno dei "silenziatori" stessi, possiedono, come qualsiasi corpo vuoto con le proprietà del risonatore del gamepholts. A scapito delle risonanze interne impianto di scarico Due attività parallele sono risolte contemporaneamente: la pulizia del cilindro è migliorata dai residui della miscela combustibile bruciata nel tatto precedente, e il riempimento del cilindro con una porzione fresca della miscela combustibile è aumentata per il successivo tatto di compressione.
Il miglioramento della pulizia del cilindro è dovuto al fatto che il pilastro del gas nel collettore laureato, che ha segnato una certa velocità durante la produzione di gas nel tatto precedente, a causa di inerzia, come un pistone nella pompa, continua a succhiare Fuori i resti dei gas dal cilindro anche dopo che la pressione del cilindro viene fornita con pressione nel collettore laureato. Allo stesso tempo, si verifica un altro effetto indiretto: a causa di questo pompaggio minore aggiuntivo, la pressione nel cilindro diminuisce, che influisce favorevolmente il successivo tatto di spurgo - nel cilindro cade un po 'più di una miscela appena combustibile di quanto possa ottenere se il La pressione del cilindro era uguale all'atmosfera.

Inoltre, l'onda inversa della pressione di scarico, riflessa dalla confusione (cono posteriore del sistema di scarico) o miscela (diaframma antigasono) installato nella cavità del silenziatore, ritornando alla finestra di scarico del cilindro al momento La sua chiusura, inoltre la miscela di combustibile fresca "rabbiante" nel cilindro, ancora più aumentando il suo ripieno.

Qui è necessario capire chiaramente che non si tratta del movimento reciproco dei gas nel sistema di scarico, ma del processo oscillatorio dell'onda all'interno del gas stesso. Il gas si sposta solo in una direzione - dalla finestra di scarico del cilindro nella direzione dell'uscita all'uscita del sistema di scarico, prima con scherzi acuti, la cui frequenza è uguale al fatturato del veicolo, quindi gradualmente l'ampiezza di questi I jolt sono ridotti, nel limite che si trasforma in un movimento laminare uniforme. E "Lì e qui" le onde di pressione stanno camminando, la cui natura è molto simile alle onde acustiche nell'aria. E la velocità di queste vibrazioni di pressione è vicina alla velocità del suono nel gas, tenendo conto delle sue proprietà - principalmente densità e temperatura. Naturalmente, questa velocità è in qualche modo diversa dal valore noto della velocità del suono nell'aria, in condizioni normali pari a circa 330 m / s.

Parlando rigorosamente, i processi che fluiscono nei sistemi di scarico di DSV non sono correttamente chiamati puri acustici. Piuttosto, obbediscono alle leggi usate per descrivere le onde d'urto, anche se deboli. E questo non è più gas standard e termodinamica, che è chiaramente impilato nel quadro dei processi isotermici e adiabatici descritti dalle leggi e dalle equazioni di Boyla, Mariotta, Klapaireer, e altri come loro.
Mi sono imbattuto in questa idea alcuni casi, la testimonianza di cui ero io stesso. L'essenza di loro è la seguente: Resonance Dudges di motori ad alta velocità e da corsa (Avia, Corte e Auto), lavorando alle modalità processate, in cui i motori sono a volte deselezionati fino a 40.000-45.000 giri / min e ancora più alti, Iniziano "navigando" - sono letteralmente negli occhi cambiando la forma, "Pinpoint", come se non è fatto di alluminio, ma dalla plastilina, e anche azzrettamente arrosto! E succede sul picco risonante del "gemello". Ma è noto che la temperatura dei gas di scarico all'uscita della finestra di scarico non supera i 600-650 ° C, mentre il punto di fusione del puro alluminio è leggermente più alto - circa 660 ° C, e le sue leghe e altro ancora. Allo stesso tempo (la cosa principale!), È più spesso sciolto e un megafono del tubo non di scarico è deformato, adiacente direttamente alla finestra di scarico, dove sembrerebbe il massimo caloree le peggiori condizioni di temperatura e la regione inversa del cono-confusione, a cui il gas di scarico sta già riducendo con una temperatura molto più piccola, che diminuisce grazie alla sua espansione all'interno del sistema di scarico (ricordare le leggi di base delle dinamiche del gas), e Inoltre, questa parte del silenziatore è solitamente soffiata dal flusso d'aria dell'incidente, cioè. Inoltre raffreddato.

Per molto tempo non riuscivo a capire e spiegare questo fenomeno. Tutto cadde in posizione dopo aver colpito accidentalmente il libro in cui sono stati descritti i processi delle onde d'urto. C'è una sezione speciale di dinamica del gas, il cui corso è letto solo su rubinetti speciali di alcune università che stanno preparando tecnici esplosivi. Qualcosa di simile avviene (e studiato) nell'aviazione, dove mezzo secolo fa, all'alba dei voli supersonici, hanno anche incontrato alcuni fatti inspiegabili di distruzione del design del aliante dell'aeromobile al momento della transizione supersonica.

Questo articolo discute la valutazione dell'effetto del risuonatore sul riempimento del motore. Nell'esempio dell'esempio, è stato proposto un risonatore - in volume uguale al cilindro del motore. La geometria del tratto di aspirazione insieme al risonatore è stato importato nel programma di flusso. La modifica matematica è stata effettuata tenendo conto di tutte le proprietà del gas in movimento. Per stimare la portata attraverso il sistema di ingresso, stime della portata nel sistema e la relativa pressione dell'aria nella fessura della valvola, è stata effettuata la simulazione del computer, che ha mostrato l'efficacia dell'uso della capacità aggiuntiva. Una valutazione della portata attraverso il divario della valvola, è stata valutata la velocità di flusso, flusso, pressione e densità di flusso per il sistema standard, aggiornato e di aspirazione con il rexiver. Allo stesso tempo, la massa dell'aria in entrata aumenta, la portata del flusso è ridotta e la densità dell'aria che entra nel cilindro aumenta, che è favorevolmente riflessa sui televisori TV in uscita.

tratto di ingresso

risonatore

riempiendo un cilindro

modellizzazione matematica

canale aggiornato.

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La grandezza della coppia del motore è proporzionale alla massa d'aria, attribuita alla frequenza di rotazione. Aumentare il riempimento del cilindro del motore a benzina, aggiornando il percorso di aspirazione, porterà ad un aumento della pressione della fine dell'assunzione, una migliore formazione di miscelazione, un aumento degli indicatori tecnici ed economici del funzionamento del motore e di una diminuzione nella tossicità dei gas di scarico.

I requisiti di base per il percorso di ingresso sono garantire una resistenza minima all'ingresso e alla distribuzione uniforme della miscela combustibile attraverso i cilindri del motore.

Garantire che la resistenza minima all'ingresso può essere raggiunta eliminando la ruvidità delle pareti interne delle condotte, nonché i cambiamenti acuti nella direzione del flusso ed eliminano gli estremi residui ed estensioni del tratto.

Effetto significativo sul riempimento del cilindro Fornire diversi tipi supervisione. Il tipo più semplice di superiore è utilizzare la dinamica dell'aria in entrata. Un grande volume del ricevitore crea parzialmente effetti risonanti in uno specifico intervallo di velocità di rotazione, che porta a un riempimento migliorato. Tuttavia, hanno, di conseguenza, svantaggi dinamici, ad esempio, deviazioni nella composizione della miscela con un rapido cambiamento nel carico. Quasi il flusso di coppia ideale garantisce che il tubo di ingresso sia commutato, in cui, ad esempio, a seconda del carico del motore, la velocità di rotazione e la posizione dell'acceleratore sono possibili variazioni:

La lunghezza del tubo di pulsazione;

Passare tra tubi di pulsazione di diverse lunghezze o diametro;
- chiusura selettiva di un tubo separato di un cilindro in presenza di una grande quantità di loro;
- Commutazione del volume del ricevitore.

Con il gruppo superior risonante di cilindri con gli stessi intervalli flash attaccare i tubi brevi al ricevitore risonante, che attraverso tubi risonanti È collegato all'atmosfera o con un ricevitore prefabbricato che funge da risonatore di GölmGolts. È una nave sferica con un collo aperto. L'aria nel collo è la massa oscillante e il volume d'aria nella nave svolge il ruolo di un elemento elastico. Naturalmente, tale separazione è vera solo approssimativamente, poiché parte dell'aria nella cavità ha una resistenza inerziale. Tuttavia, con un valore sufficientemente ampio dell'area dell'apertura all'area della sezione trasversale della cavità, l'accuratezza di tale approssimazione è abbastanza soddisfacente. La parte principale dell'energia di oscillazione cinetica è concentrata nel collo del risonatore, dove la velocità oscillatoria delle particelle d'aria ha il maggior valore.

Il risonatore di aspirazione viene stabilito tra l'acceleratore e il cilindro. Comincia ad agire quando l'acceleratore è abbastanza coperto in modo che la sua resistenza idraulica diventi paragonabile alla resistenza del canale di risonatore. Quando il pistone si sposta verso il basso, la miscela combustibile entra nel cilindro del motore non solo da sotto la valvola a farfalla, ma anche dal serbatoio. Con una diminuzione del vuoto, il risonatore inizia a succhiare la miscela combustibile. Questo seguirà la stessa parte e abbastanza grande e investigiata.
L'articolo analizza il movimento del flusso nel canale di aspirazione del motore a benzina a 4 tempi nella frequenza di rotazione dell'albero motore nominale sull'esempio del motore VAZ-2108 nella velocità di rotazione dell'albero motore n \u003d 5600min-1.

Questo compito di ricerca è stato risolto dal modo matematico utilizzando il pacchetto software per la modellazione dei processi idraulici del gas. La simulazione è stata effettuata utilizzando il pacchetto software di flusso. A tal fine, la geometria è stata ottenuta e importata (in geometria significa volumi di motori interni - pipeline di aspirazione e scarico, un volume Atricabile del cilindro) utilizzando vari formati standard File. Ciò consente a Sapr SolidWorks di creare un'area di insediamento.

Sotto l'area di calcolo indica il volume in cui sono definite le equazioni modello matematico, e il bordo del volume su cui sono definite le condizioni del contorno, quindi mantengono la geometria risultante nel formato supportato dalla flowvision e utilizzarlo durante la creazione di una nuova opzione calcolata.

Questa attività ha utilizzato ASCII, formato binario, nell'estensione STL, digitare stereolitografiaFormat con una tolleranza angolare di 4,0 gradi e una deviazione di 0,025 metri per migliorare l'accuratezza dei risultati della modellazione risultanti.

Dopo aver ricevuto il modello tridimensionale dell'area di liquidazione, è impostato un modello matematico (un insieme di leggi di cambiamenti nei parametri fisici del gas per questo problema).

In questo caso, un flusso di gas sostanzialmente subsonico è preso a piccoli numeri di Reynolds, che è descritto dal modello del flusso turbolento di gas completamente comprimibile usando k-E standard Modelli di turbolenza. Questo modello matematico è descritto da un sistema costituito da sette equazioni: due equazioni di stoccaggio, le equazioni di continuità, energia, lo stato del gas ideale, il trasferimento di massa e l'equazione per l'energia cinetica di increspature turbolenti.

(2)

Equazione energetica (completa entalpia)

L'equazione dello stato del gas ideale:

I componenti turbolenti sono associati alle variabili rimanenti attraverso il turbolento valore di viscosità, calcolato in conformità con il modello K-ε standard della turbolenza.

Equazioni per K e ε

viscosità turbolenta:

costanti, parametri e fonti:

(9)

(10)

σk \u003d 1; σε \u003d 1.3; Cμ \u003d 0,09; Cε1 \u003d 1.44; Cε2 \u003d 1.92.

La sostanza di lavoro nel processo di ingresso è aria, in questo caso, considerata come il gas perfetto. I valori iniziali dei parametri sono impostati per l'intera area di regolamento: temperatura, concentrazione, pressione e velocità. Per la pressione e la temperatura, i parametri iniziali sono uguali al riferimento. La velocità all'interno della regione calcolata in direzioni x, y, z è zero. La temperatura variabile e la pressione in flowvision sono rappresentate da valori relativi, i cui valori assoluti sono calcolati dalla formula:

fA \u003d F + FREF, (11)

quando la FA è il valore assoluto della variabile, F è il valore relativo calcolato della variabile, Fref - il valore di riferimento.

Le condizioni del contorno sono specificate per ciascuna delle superfici calcolate. Secondo le condizioni del contorno è necessario comprendere la combinazione di equazioni e leggi caratteristiche delle superfici della geometria calcolata. Le condizioni del contorno sono necessarie per determinare l'interazione dell'area di insediamento e il modello matematico. Nella pagina per ogni superficie indica un tipo specifico di condizioni di confine. Il tipo di condizione del contorno è installato sul canale di ingresso ingresso Windows - ingresso gratuito. Gli elementi rimanenti - il muro, che non lascia e non trasmette i parametri calcolati dell'area corrente. Oltre a tutte le condizioni del contorno sopra riportate, è necessario tenere conto delle condizioni del contorno sugli elementi mobili inclusi nel modello matematico selezionato.

Le parti mobili includono l'ingresso e la valvola di scarico, il pistone. Ai confini degli elementi mobili, determiniamo il tipo di condizione del contorno del muro.

Per ciascuno dei corpi mobili, è impostata la legge del movimento. La modifica del tasso del pistone è determinato dalla formula. Per determinare le leggi del movimento della valvola, le curve di sollevamento della valvola sono state rimosse in 0,50 con una precisione di 0,001 mm. Quindi è stata calcolata la velocità e l'accelerazione del movimento della valvola. I dati ottenuti vengono convertiti in librerie dinamiche (velocità di tempo).

La fase successiva del processo di simulazione è la generazione della griglia computazionale. FlowVision utilizza una rete computazionale adattiva localmente. Inizialmente, viene creata una griglia computazionale iniziale, e quindi i criteri per la griglia di rettifica sono specificati, in base alle quali flowvision interrompe le celle della griglia iniziale al grado desiderato. L'adattamento è realizzato sia nel volume dei canali dei canali e delle pareti del cilindro. In luoghi con una possibile velocità massima, l'adattamento con rettifica aggiuntiva della griglia computazionale viene creata. In volume, la macinazione è stata effettuata fino a 2 livelli nella camera di combustione e fino a 5 livelli in slot valvola, lungo le pareti del cilindro, l'adattamento è stato realizzato fino a 1 livello. Questo è necessario per aumentare la fase di integrazione del tempo con un metodo di calcolo implicito. Ciò è dovuto al fatto che il passaggio del tempo è definito come il rapporto tra le dimensioni della cella alla massima velocità.

Prima di iniziare a calcolare l'opzione creata, è necessario specificare i parametri di modellazione numerica. Allo stesso tempo, il tempo per continuare il calcolo è uguale a un ciclo completo di funzionamento del motore, 7200 PK., Il numero di iterazioni e la frequenza di salvataggio di queste opzioni di calcolo. Per l'elaborazione successiva, vengono conservate alcune fasi di calcolo. Impostare l'ora e le opzioni per il processo di calcolo. Questa attività richiede un'impostazione passo passo - un metodo di scelta: uno schema implicito con un punto massimo 5E-004C, numero esplicito di CFL - 1. Ciò significa che il passo temporale determina il programma stesso, a seconda della convergenza delle equazioni di pressione si.

Il postProcessore è configurato e i parametri della visualizzazione dei risultati sono interessati a. La simulazione consente di ottenere gli strati di visualizzazione richiesti dopo il completamento del calcolo principale, in base alle fasi di calcolo rimasta con una determinata frequenza. Inoltre, il PostProcessore consente di trasmettere i valori numerici risultanti dei parametri del processo in studio sotto forma di un file di informazione in editor di tabelle elettronici esterni e ottenere la dipendenza dal tempo di tali parametri come velocità, consumo, pressione , eccetera.

La figura 1 mostra l'installazione del ricevitore sul canale di ingresso dei DVS. Il volume del ricevitore è uguale al volume di un cilindro del motore. Il ricevitore è impostato il più vicino possibile al canale di ingresso.

La propria frequenza del risonatore Helmholtz è:

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dove f è la frequenza, Hz; C0 - Velocità del suono nell'aria (340 m / s); S - Sezione trasversale del foro, M2; L è la lunghezza del tubo, m; V è il volume del risonatore, M3.

Per il nostro esempio, abbiamo i seguenti valori:

d \u003d 0,032 m, s \u003d 0,00080384 m2, v \u003d 0,000422267 m3, l \u003d 0,04 m.

Dopo aver calcolato F \u003d 374 Hz, che corrisponde alla velocità di rotazione dell'albero motore N \u003d 5600min-1.

Dopo aver impostato l'opzione calcolata e, dopo aver impostato i parametri di simulazione numerica, sono stati ottenuti i seguenti dati: portata, velocità, densità, pressione, temperatura del flusso del gas nel canale di ingresso dell'intensità della rotazione dell'albero motore.

Dal grafico presentato (Fig. 2), in termini di flusso del flusso nella fessura della valvola, è chiaro che il canale aggiornato con il ricevitore ha i materiali di consumo massimo. Il valore del consumo è superiore a 200 g / s. L'aumento è osservato per 60 G.P.K.V.

Dal momento che l'apertura della valvola di ingresso (348 G.K.V.) La portata (Fig. 3) inizia a crescere da 0 a 170 m / s (al canale di aspirazione modernizzato 210 m / s, con i ricevitori -190M / s) nell'intervallo Fino a 440-450 GKV Nel canale con il ricevitore, il valore della velocità è superiore a quello standard di circa 20 m / s a \u200b\u200bpartire da 430-440. P.K.V. Il valore numerico del canale nel canale con il ricevitore è significativamente più anche rispetto al canale di ingresso aggiornato, durante l'apertura della valvola di ingresso. Successivamente, c'è una significativa riduzione della portata, fino alla chiusura della valvola di ingresso.

Dei grafici di pressione relativi (figura 4) (pressione atmosferica, P \u003d 101000 PA è ricevuto per zero), ne consegue che il valore di pressione nel canale aggiornato è superiore a quello standard, da 20 kPa a 460-480 GP. Kv. (associato a un grande valore di portata). A partire da 520 G.K.V. Il valore di pressione è allineato, che non può essere detto sul canale con il ricevitore. Il valore di pressione è superiore a quello standard, da 25 kPa, a partire da 420-440 gp.k.v. fino alla chiusura della valvola di ingresso.

La densità di flusso nell'area del gap valvola è mostrata in Fig. cinque.

Nel canale aggiornato con il ricevitore, il valore della densità è inferiore a 0,2 kg / m3 a partire da 440 G.K.V. Rispetto a un canale standard. Questo è associato ad alta pressione e portate di gas.

Dall'analisi dei grafici, è possibile disegnare la seguente conclusione: il canale del modulo migliorato fornisce un migliore riempimento del cilindro con una nuova tassa a causa di una diminuzione della resistenza idraulica del canale di ingresso. Con l'aumento della velocità del pistone al momento dell'apertura della valvola di ingresso, il modulo del canale non influisce in modo significativo della velocità, della densità e della pressione all'interno del canale di aspirazione, è spiegato dal fatto che durante questo periodo gli indicatori di processo di ingresso sono principalmente A seconda della velocità del pistone e della slot della valvola (solo la forma del canale di aspirazione è cambiato in questo calcolo), ma tutto cambia drammaticamente al momento della rallentamento del movimento del pistone. La carica nel canale standard è meno inerte e più forte "stretch" lungo la lunghezza del canale, che nell'aggregato dà meno riempimento del cilindro al momento della riduzione della velocità del movimento del pistone. Fino alla chiusura della valvola, il processo scorre sotto il denominatore della portata già ottenuto (il pistone dà la portata iniziale del volume memorizzato nella cache, con una diminuzione della velocità del pistone, il componente inerzia del flusso di gas ha un ruolo significativo sul riempimento. Questo è confermato da indicatori di velocità più elevati, pressione.

Nel canale di ingresso con il ricevitore, a causa di costi aggiuntivi e fenomeni risonanti, nel cilindro dei DV è una massa significativamente grande della miscela di gas, che fornisce indicatori tecnici più elevati dell'operazione DVS. L'aumento della crescita della fine dell'ingresso avrà un impatto significativo sull'aumento delle prestazioni tecniche ed economiche e ambientali del lavoro DVS.

Revisori:

Gots Alexander Nikolaevich, Dottore della Tecnica Università Tecnica, Professore del Dipartimento dei Motori di calore e Impianti energetici della Vladimir State University del Ministero dell'istruzione e della Scienza, Vladimir.

Kulchitsky Aleksey Ramovich, D.N., Professore, Deputato capo Designer LLC VMTZ, Vladimir.

Riferimento bibliografico

La supervisione del gas-dinamica include i metodi per aumentare la densità di carica all'ingresso utilizzando:

· L'energia cinetica dell'aria che si muove sul dispositivo ricevente in cui viene convertito alla potenziale pressione della pressione durante la frenata del flusso - supervisione ad alta velocità;

· Processi d'onda nelle condotte di aspirazione -.

Nel ciclo termodinamico del motore senza aumentare l'inizio del processo di compressione avviene alla pressione p. 0, (uguale atmosferico). Nel ciclo termodinamico del motore del pistone con una supervisione del gas-dinamico, l'inizio del processo di compressione avviene alla pressione p K. , a causa dell'aumento della pressione del fluido di lavoro al di fuori del cilindro da p. 0 BE. p K.. Ciò è dovuto alla trasformazione dell'energia cinetica e all'energia dei processi d'onda al di fuori del cilindro nella potenziale energia della pressione.

Una delle fonti energetiche per aumentare la pressione all'inizio della compressione può essere l'energia del flusso d'aria dell'incidente, che avviene quando l'aeromobile, l'auto, ecc. Di conseguenza, l'aggiunta in questi casi è chiamato alta velocità.

Supervisione ad alta velocità Basato su modelli aerodinamici di trasformazione del flusso d'aria ad alta velocità nella pressione statica. Strutturalmente, è realizzato come ugello di aspirazione dell'aria diffusore, finalizzato al flusso d'aria di rimorchio durante la guida veicolo. Aumentare teoricamente la pressione Δ p K.=p K. - p. 0 dipende dalla velocità c. H e densità ρ 0 incidente (spostamento) flusso d'aria

Le supervision ad alta velocità trovano utilizzare principalmente aeromobili con motori a pistone e auto sportivedove le velocità di velocità sono più di 200 km / h (56 m / s).

Le seguenti varietà di supervisione del gas dinamico dei motori si basano sull'uso di processi inerziali e ondulati nel sistema di ingresso del motore.

Riduzione inerziale o dinamica si svolge a velocità relativamente elevata di movimentare la carica fresca nella tubazione c. Tr. In questo caso, l'equazione (2.1) prende

dove ξ T è un coefficiente che tiene conto della resistenza al movimento del gas di lunghezza e locale.

Velocità reale c. Il flusso di gas di gas in gasdotti di aspirazione, al fine di evitare innalzamenti aerodinamici e deterioramento nel riempimento di cilindri con carica fresca, non deve superare i 30 ... 50 m / s.

La frequenza dei processi nei cilindri motori a pistone È la causa dei fenomeni dinamici oscillanti nei percorsi del gas-aria. Questi fenomeni possono essere utilizzati per migliorare sostanzialmente gli indicatori principali dei motori (potenza e economia del litro.

I processi inerziali sono sempre accompagnati da processi d'onda (fluttuazioni in pressione) derivanti dall'apertura e alla chiusura periodica delle valvole di ingresso del sistema di scambio del gas, nonché il movimento di transito di ritorno dei pistoni.

Nella fase iniziale dell'ingresso nell'ugello di ingresso prima della valvola, viene creato un vuoto, e l'ondata corrispondente di versamento, raggiungendo l'estremità opposta della pipeline di ingresso individuale, riflette l'onda di compressione. Selezionando la lunghezza e la sezione di passaggio della singola pipeline, è possibile ottenere l'arrivo di questa onda al cilindro al momento più favorevole prima di chiudere la valvola, che aumenterà in modo significativo il fattore di riempimento, e quindi la coppia ME. Motore.

In fig. 2.1. Viene mostrato un diagramma di un sistema di aspirazione sintonizzato. Attraverso il tubo di ingresso, bypassing valvola a farfallaL'aria entra nel ricevitore ricevente e le condotte di ingresso della lunghezza configurata a ciascuno dei quattro cilindri da esso.

In pratica, questo fenomeno è utilizzato nei motori estranei (figura 2.2), oltre a motori domestici per autovetture con condotte individuali personalizzate (ad esempio, motori ZMZ.), così come su un motore diesel 2H8.5 / 11, un generatore elettrico stazionario con una pipeline sintonizzata in due cilindri.

La più grande efficienza della supervisione gas-dinamica avviene con lunghe condotte individuali. La pressione anticipata dipende dal coordinamento della frequenza di rotazione del motore n., lunghezze del gasdotto L. Tr and angoli

piegare la chiusura della valvola di aspirazione (organo) φ UN.. Questi parametri sono relativi dipendenti

dov'è la velocità del suono locale; k. \u003d 1.4 - L'indice Adiabatico; R. \u003d 0,287 kJ / (kg ∙ grandine.); T. - Temperatura media del gas per il periodo di pressione.

I processi onduli e inerziali possono fornire un notevole aumento responsabile in un cilindro a grandi scoperte della valvola o sotto forma di ricarica crescente nel tatto di compressione. L'implementazione di un'efficace supervisione gas-dinamica è possibile solo per una gamma ristretta di frequenza di rotazione del motore. La combinazione delle fasi della distribuzione del gas e la lunghezza della pipeline di aspirazione deve fornire il più grande coefficiente di riempimento. Tale selezione dei parametri è chiamata impostazione del sistema di ingresso.Ti consente di aumentare la potenza del motore di 25 ... 30%. Per preservare l'efficacia della supervisione gas-dinamica in una gamma più ampia di frequenza rotazionale dell'albero motore può essere utilizzata vari metodi, in particolare:

· Applicazione di una pipeline con una lunghezza variabile l. Tr (ad esempio, telescopico);

· Passaggio da una corta pipeline a lungo;

· Regolazione automatica delle fasi di distribuzione del gas, ecc.

Tuttavia, l'uso della supervisione del gas dinamico per il boost del motore è associato a determinati problemi. Innanzitutto, non è sempre possibile rispettare razionalmente con condutture di aspirazione sufficientemente estese. È particolarmente difficile da fare per i motori a bassa velocità, poiché con una diminuzione della velocità di rotazione, la lunghezza delle condotte regolate aumenta. In secondo luogo, la geometria fissa della pipeline dà un'impostazione dinamica solo in un intervallo abbastanza definito regime di velocità Lavoro.

Per garantire l'effetto in una vasta gamma, viene utilizzata una regolazione regolare o fase della lunghezza del percorso configurato quando si sposta da una modalità di velocità all'altra. Il controllo passo con valvole speciali o smorzatori di rotazione è considerata più affidabile e applicata con successo in motori automobilistici Molte imprese straniere. Molto spesso utilizzare il controllo con la commutazione in due lunghezze personalizzate conduttura (figura 2.3).

Nella posizione del lembo chiuso, la modalità corrispondente fino a 4000 min -1, l'alimentazione dell'aria dai ricevitori di aspirazione del sistema viene eseguita lungo un lungo percorso (vedere Fig. 2.3). Di conseguenza (rispetto alla versione di base del motore senza supervisione dinamica del gas), il flusso della curva di coppia è migliorato su una caratteristica di velocità esterna (ad alcune frequenze da 2500 a 3500 min -1, la coppia aumenta in media di 10 ... 12%). Con aumento della velocità di rotazione N\u003e 4000 min -1 interruttori di alimentazione a un percorso corto e questo consente di aumentare la potenza N e. sulla modalità nominale del 10%.

Ci sono anche sistemi All-Life più complessi. Ad esempio, disegni con condutture che coprono un ricevitore cilindrico con un tamburo rotante con finestre per messaggi con condotte (figura 2.4). Quando il ricevitore cilindrico viene ruotato, la lunghezza della tubazione è aumentata e viceversa, quando si gira in senso orario, diminuisce. Tuttavia, l'implementazione di questi metodi complica in modo significativo il design del motore e riduce la sua affidabilità.

Nei motori multi-cilindri con condutture convenzionali, l'efficienza della supervisione del gas dinamico è ridotta, che è dovuta all'influenza reciproca dei processi di aspirazione in vari cilindri. Nei motori automobilistici, sistemi di aspirazione "Impostazione" di solito sulla modalità di coppia massima per aumentare il suo stock.

L'effetto del superior gas dinamico può essere ottenuto anche dalla corrispondente "impostazione" del sistema di scarico. Questo metodo trova l'uso su motori a due tempi.

Per determinare la lunghezza L. Tr e diametro interno d. (o sezione di passaggio) della pipeline regolabile È necessario eseguire calcoli utilizzando metodi numerici di dinamica del gas che descrivono il flusso non stazionario, insieme al calcolo del flusso di lavoro nel cilindro. Il criterio è l'aumento del potere,

coppia o riduzione del consumo specifico del carburante. Questi calcoli sono molto complessi. Di più metodi semplici Definizioni L. tre d. In base ai risultati degli studi sperimentali.

Come risultato dell'elaborazione di un gran numero di dati sperimentali per selezionare il diametro interno d. La pipeline regolabile è proposta come segue:

dove (μ. F. Y) Max è l'area più efficace dello slot della valvola di ingresso. Lunghezza L. La pipeline per bambini può essere determinata dalla formula:

Si noti che l'uso di sistemi sintonizzati ramificati come un tubo comune - ricevitore - singoli tubi si sono rivelati molto efficaci in combinazione con il turbocomprensivo.

UDC 621.436.

Effetto della resistenza aerodinamica dei sistemi di aspirazione e di scarico dei motori automobilistici sui processi di scambio di gas

L.v. Carpentieri, BP. Zhilkin, yu.m. Brodov, n.i. Grigoriev.

Il documento presenta i risultati di uno studio sperimentale dell'influenza della resistenza aerodinamica dei sistemi di aspirazione e scarico dei motori a pistone ai processi di scambio di gas. Gli esperimenti sono stati effettuati sui modelli on-line del motore a cilindro singolo. Sono descritti installazioni e metodi per condurre esperimenti. Le dipendenze del cambiamento nella velocità istantanea e alla pressione del flusso nei percorsi del gas-aria del motore dall'angolo della rotazione dell'albero motore sono presentate. I dati sono stati ottenuti a diversi coefficienti di resistenza all'assunzione e sistemi di laurea e diverse frequenze di rotazione dell'albero motore. Sulla base dei dati ottenuti, sono state effettuate conclusioni delle caratteristiche dinamiche dei processi di cambio del gas nel motore a diverse condizioni. Viene mostrato che l'uso del silenziatore del rumore leviga l'increspatura del flusso e modifica le caratteristiche di flusso.

Parole chiave: motore del pistone, processi di scambio di gas, dinamiche di processo, pulsazione di velocità e pressione di flusso, silenziatore del rumore.

introduzione

Vengono compiuti un numero di requisiti per l'assunzione e i risultati dei motori del pistone della combustione interna, tra cui la diminuzione principale del rumore aerodinamico e della resistenza aerodinamica minimale sono i principali. Entrambi questi indicatori sono determinati nell'interconnessione del design dell'elemento filtrante, dei silenziatori di ingresso e del rilascio, dei neutralizzatori catalitici, della presenza di un superiore (compressore e / o del turbocompressore), nonché la configurazione delle condotte di aspirazione e di scarico e la natura del flusso in loro. Allo stesso tempo, non ci sono praticamente dati sull'influenza di elementi aggiuntivi di sistemi di aspirazione e scarico (filtri, silenziatori, turbocompressore) sulle dinamiche del gas in essi.

Questo articolo presenta i risultati di uno studio sull'effetto della resistenza aerodinamica dei sistemi di aspirazione e di scarico sui processi di scambio di gas in relazione al motore del pistone della dimensione 8.2 / 7.1.

Piante sperimentali

e sistema di raccolta dati

Gli studi sull'effetto della resistenza aerodinamica dei sistemi a gas-aria sui processi di scambio di gas negli ingegneri del pistone sono stati effettuati sul modello di simulazione della dimensione 4.2 / 7.1, guidato dalla rotazione motore asincronoLa frequenza di rotazione dell'albero motore è stato regolato nell'intervallo n \u003d 600-3000 min1 con una precisione di ± 0,1%. Un'installazione sperimentale è descritta più dettagliatamente.

In fig. 1 e 2 Mostra le configurazioni e le dimensioni geometriche del percorso di aspirazione e di scarico dell'installazione sperimentale, nonché il percorso di installazione per la misurazione dell'istantaneo

i valori della velocità media e della pressione del flusso dell'aria.

Per le misurazioni dei valori di pressione istantanea nel flusso (statico) nel canale del PC, il sensore di pressione £ -10 è stato utilizzato da Wika, la cui velocità è inferiore a 1 ms. L'errore di misurazione della pressione media-medio media-medio massima era ± 0,25%.

Per determinare il mezzo istantaneo nella sezione del canale di flusso d'aria, i termoemometri della temperatura costante del design originale, il cui elemento sensibile era il filo nichrome con un diametro di 5 μm e una lunghezza di 5 mm. Il massimo errore medio relativo medio-medio di misurazione della velocità WX era ± 2,9%.

La misurazione della frequenza di rotazione dell'albero motore è stata effettuata utilizzando un misuratore tachimetrico costituito da un disco dentato fissato albero a gomito Vale.e sensore induttivo. Il sensore ha formato un impulso di tensione a una frequenza proporzionale alla velocità di rotazione dell'albero. Secondo questi impulsi, è stata registrata la frequenza di rotazione, è stata determinata la posizione dell'albero motore (angolo f) e il momento di passaggio del pistone di VMT e NMT.

I segnali da tutti i sensori hanno inserito un convertitore analogico-digitale e trasmesso a un personal computer per un'ulteriore elaborazione.

Prima di effettuare esperimenti, un targeting statico e dinamico del sistema di misurazione è stato effettuato in generale, che ha mostrato la velocità necessaria per studiare le dinamiche dei processi dinamici del gas nei sistemi di scarico e di scarico dei motori del pistone. L'errore medio medio medio totale degli esperimenti sull'effetto della resistenza aerodinamica dell'aria a gas sistemi di DVS. I processi di scambio di gas erano ± 3,4%.

Fico. 1. Configurazione e dimensioni geometriche del percorso di aspirazione dell'installazione sperimentale: 1 - Testa del cilindro; Tubo a 2 bollenti; 3 - Tubo di misurazione; 4 - Sensori di termoanemometro per misurare la portata dell'aria; 5 - Sensori di pressione

Fico. 2. Dimensioni della configurazione e geometriche del percorso di scarico dell'installazione sperimentale: 1 - Testa del cilindro; 2 - Trama di lavoro - tubo di laurea; 3 - sensori di pressione; 4 - Sensori di termoemomote

L'effetto di elementi aggiuntivi sulla dinamica del gas dei processi di aspirazione e rilascio è stato studiato con diversi coefficienti di resistenza al sistema. La resistenza è stata creata utilizzando vari filtri di aspirazione e rilascio. Quindi, come uno di loro, un filtro Air Air Air standard è stato utilizzato con un coefficiente di resistenza di 7.5. Un filtro del tessuto con un coefficiente di resistenza 32 è stato scelto come un altro elemento filtrante. Il coefficiente di resistenza è stato determinato sperimentalmente attraverso la purga statica in condizioni di laboratorio. Studi sono stati anche condotti senza filtri.

Effetto della resistenza aerodinamica sul processo di ingresso

In fig. 3 e 4 mostrano le dipendenze della portata d'aria e la pressione del PC nella lattina di ingresso

lE dall'angolo di rotazione dell'albero motore F in diverse frequenze di rotazione e quando si utilizzano vari filtri di aspirazione.

È stato stabilito che in entrambi i casi (con un silenziatore e senza) la pulsazione di pressione e portata d'aria sono più espresse ad alta velocità di rotazione dell'albero motore. Allo stesso tempo, nel canale di ingresso con un silenziatore di rumore, i valori della portata dell'aria massima, come previsto, meno che nel canale senza di esso. Maggior parte

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Fico. 3. La dipendenza della velocità dell'aria wx nel canale di aspirazione dall'angolo di rotazione dell'albero dell'albero motore a frequenze diverse della rotazione dell'albero motore e degli elementi di filtraggio diversi: A - n \u003d 1500 min-1; B - 3000 min-1. 1 - senza un filtro; 2 - Filtro aria standard; 3 - Filtro in tessuto

Fico. 4. La dipendenza della pressione del PC nel canale di ingresso dall'angolo di rotazione dell'albero motore F a diverse frequenze di rotazione dell'albero motore e di diversi elementi di filtraggio: A - N \u003d 1500 min-1; B - 3000 min-1. 1 - senza un filtro; 2 - Filtro aria standard; 3 - Filtro in tessuto

era vivacemente manifestato con elevate frequenze di rotazione dell'albero motore.

Dopo aver chiuso la valvola di aspirazione, la pressione e la velocità del flusso d'aria nel canale in tutte le condizioni non diventano uguali a zero, e alcune delle loro fluttuazioni sono osservate (vedere Fig. 3 e 4), che è anche caratteristica del rilascio processo (vedi sotto). Allo stesso tempo, l'installazione del silenziatore del rumore di ingresso porta a una diminuzione delle pulsazioni di pressione e delle portate d'aria in tutte le condizioni sia durante il processo di aspirazione e dopo che la valvola di aspirazione è chiusa.

Effetto dell'Aerodinamico

resistenza al processo di rilascio

In fig. 5 e 6 mostrano le dipendenze della portata d'aria del WX e il PC di pressione nella presa dall'angolo di rotazione del modulo dell'albero motore a diverse frequenze di rotazione e quando si utilizzano vari filtri di rilascio.

Gli studi sono stati effettuati per varie frequenze di rotazione dell'albero motore (da 600 a 3000 min1) a diverse sovrapressioni sul rilascio di PI (da 0,5 a 2.0 bar) senza rumore silenzioso e se è presentato.

È stato stabilito che in entrambi i casi (con il silenziatore e senza) pulsazione della portata d'aria, la più luminosa manifestata a basse frequenze della rotazione dell'albero motore. In questo caso, i valori della portata dell'aria massima rimangono nel canale di scarico con il silenziatore del rumore

merilly lo stesso di senza di esso. Dopo aver chiuso la valvola di scarico, la portata dell'aria nel canale in tutte le condizioni non diventa zero, e vengono osservate alcune fluttuazioni di velocità (vedere Fig. 5), che è caratteristica del processo di ingresso (vedi sopra). Allo stesso tempo, l'installazione del silenziatore del rumore sul rilascio porta ad un aumento significativo delle pulsazioni della portata d'aria in tutte le condizioni (specialmente a RY \u003d 2.0 bar) sia durante il processo di rilascio che dopo la valvola di scarico è chiusa .

Va notato l'effetto opposto della resistenza aerodinamica sulle caratteristiche del processo di ingresso nel motore, dove filtro dell'aria Gli effetti di pulsazione nel processo di aspirazione e dopo aver chiuso la valvola di ingresso erano presenti, ma erano chiaramente più veloci che senza di essa. In questo caso, la presenza di un filtro nel sistema di ingresso ha portato a una diminuzione della portata dell'aria massima e indebolendo le dinamiche del processo, che è coerente bene con risultati precedentemente ottenuti nel lavoro.

Un aumento della resistenza aerodinamica del sistema di scarico porta ad un certo aumento delle pressioni massime nel processo di rilascio, nonché dello spostamento dei picchi per NMT. In questo caso, si può notare che l'installazione del silenziatore del rumore dell'uscita porta a una diminuzione delle pulsazioni della pressione del flusso d'aria in tutte le condizioni sia durante il processo di produzione che dopo la chiusura della valvola di scarico.

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Fico. 5. La dipendenza della velocità dell'aria wx nell'uscita dall'angolo di rotazione dell'albero albero motore a frequenze diverse della rotazione dell'albero motore e degli elementi di filtraggio diversi: A - n \u003d 1500 min-1; B - 3000 min-1. 1 - senza un filtro; 2 - Filtro aria standard; 3 - Filtro in tessuto

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Fico. 6. La dipendenza del PC di pressione nella presa dall'angolo di rotazione dell'albero motore F a frequenze diverse di rotazione dell'albero motore e di diversi elementi di filtraggio: A - N \u003d 1500 min-1; B - 3000 min-1. 1 - senza un filtro; 2 - Filtro aria standard; 3 - Filtro in tessuto

Sulla base del trattamento delle variazioni di dipendenza nella portata per il tatto separato, una variazione relativa nel flusso del volume dell'aria Q è stata calcolata attraverso il canale di scarico quando viene posizionata il silenziatore. È stato stabilito che con bassa sovrapressione sulla versione (0.1 MPa), il consumo Q nel sistema di scarico con un silenziatore è inferiore rispetto al sistema senza di esso. Allo stesso tempo, se alla frequenza di rotazione dell'albero motore 600 min-1, questa differenza era di circa l'1,5% (che si trova all'interno dell'errore), quindi con N \u003d 3000 min4 questa differenza ha raggiunto il 23%. È dimostrato che per la sovrapressione elevata di 0,2 MPa, è stata osservata la tendenza opposta. Il flusso del volume dell'aria attraverso il canale di scarico con il silenziatore era maggiore rispetto al sistema senza di esso. Allo stesso tempo, a basse frequenze di rotazione dell'albero motore, questo superato era del 20% e con N \u003d 3000 min1 - 5%. Secondo gli autori, tale effetto può essere spiegato da un po 'di levigatura delle pulsazioni della portata d'aria nel sistema di scarico in presenza di un rumore silenzioso.

Conclusione

Lo studio condotto ha dimostrato che il motore di ingresso della combustione interna è significativamente influenzato dalla resistenza aerodinamica del percorso di aspirazione:

L'aumento della resistenza dell'elemento filtrante leviga le dinamiche del processo di riempimento, ma allo stesso tempo riduce la portata dell'aria, che corrisponde al coefficiente di riempimento;

L'effetto del filtro è migliorato con la crescente frequenza di rotazione dell'albero motore;

Il valore di soglia del coefficiente di resistenza del filtro (circa 50-55), dopodiché il suo valore non influisce sulla portata.

È stato dimostrato che la resistenza aerodinamica del sistema di scarico influisce in modo significativo in modo significativo il gas-dinamico e i materiali di consumo del processo di rilascio:

Aumentare la resistenza idraulica del sistema di scarico nel pistone DVS porta ad un aumento delle pulsazioni della portata d'aria nel canale di scarico;

Con la basse sovrappressione sul rilascio nel sistema con un rumore silenzioso, vi è una diminuzione del flusso volumetrico attraverso il canale di scarico, mentre ad alta RY - al contrario, aumenta rispetto al sistema di scarico senza un silenziatore.

Pertanto, i risultati ottenuti possono essere utilizzati nella pratica ingegneristica per scegliere in modo ottimale le caratteristiche dei silenziatori di ingresso e annessificazione, che possono fornire

l'influenza sul riempimento del cilindro della carica fresca (coefficiente di riempimento) e la qualità della pulizia del cilindro del motore dai gas di scarico (il coefficiente di gas residuo) su determinate modalità ad alta velocità del lavoro del motore del pistone.

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