Procesele gazo-dinamice în sistemul de evacuare. Sisteme de evacuare ale motoarelor cu combustie internă. Procesul dinamicii și consumabilelor de gaze a motorului de combustie internă cu piston cu o suprapunere

În paralel, dezvoltarea sistemelor de evacuare devastatoare, sistemele s-au dezvoltat, denumite în mod convențional "amortizoare", dar nu sunt atât de mult pentru a reduce nivelul de zgomot al motorului de operare, cât de mult să-și schimbe caracteristicile de putere (puterea motorului sau cuplul său). În același timp, sarcina de a coase zgomotul a mers la al doilea plan, astfel de dispozitive nu sunt reduse și nu pot reduce semnificativ zgomotul de eșapament al motorului și de multe ori îl îmbunătățește.

Activitatea unor astfel de dispozitive se bazează pe procesele rezonante în cadrul "amortizoarelor" în sine, posedând, ca orice corp gol cu \u200b\u200bproprietățile lui Gameholts Resonator. În detrimentul rezonanțelor interne sistem de evacuare Două sarcini paralele sunt rezolvate simultan: curățarea cilindrului este îmbunătățită din resturile amestecului combustibil ars în tact anterior, iar umplerea cilindrului cu o porțiune proaspătă a amestecului combustibil este mărită pentru următorul tact de compresie.
Îmbunătățirea curățării cilindrului se datorează faptului că stâlpul de gaz din colectorul absolvent, care a marcat o viteză în timpul ieșirii de gaze în tact precedent, datorită inerției, ca un piston în pompă, continuă să sugă În afara rămășițelor gazelor din cilindru, chiar și după presiunea cilindrului cu presiune în colectorul de absolvent. În același timp, are loc un alt efect indirect: datorită acestei pompe minore suplimentare, presiunea din cilindru scade, ceea ce afectează în mod favorabil următorul tact de purjare - în cilindru este oarecum mai mult decât un amestec proaspăt combustibil decât ar putea obține Presiunea cilindrului a fost egală cu atmosferic.

În plus, valul invers al presiunii de evacuare, reflectat de confuzia (conul din spate al sistemului de evacuare) sau amestecul (diafragma gazo-dinamic) instalat în cavitatea amortizorului, returnându-se înapoi la fereastra de evacuare a cilindrului la momentul respectiv a închiderii sale, în plus, amestec de combustibil proaspăt în cilindru, și mai mult crește umplutura.

Aici trebuie să înțelegeți în mod clar că nu se referă la mișcarea reciprocă a gazelor în sistemul de evacuare, ci despre procesul oscilator de val în interiorul gazului în sine. Gazul se deplasează numai într-o direcție - de la fereastra de evacuare a cilindrului în direcția prizei la ieșirea sistemului de evacuare, mai întâi cu jester-uri ascuțite, frecvența este egală cu cifra de afaceri a vehiculului, apoi treptat amplitudinea acestora Jolts este redus, în limita transformării într-o mișcare uniformă laminar. Și "acolo și aici", valurile de presiune sunt mersul pe jos, al cărui natură este foarte asemănătoare cu valurile acustice din aer. Iar viteza acestor vibrații de presiune este aproape de viteza sunetului în gaz, luând în considerare proprietățile sale - în principal densitate și temperatură. Desigur, această viteză este oarecum diferită de valoarea cunoscută a vitezei de sunet în aer, în condiții normale egale cu aproximativ 330 m / s.

Strict vorbind, procesele care curg în sistemele de evacuare ale DSV nu sunt denumite corect acustice pur. Mai degrabă, ei se supun legilor folosite pentru a descrie undele de șoc, deși slabe. Și acest lucru nu mai este un gaz standard și termodinamic, care este în mod clar stivuit în cadrul proceselor izotermale și adiabatice descrise de legile și ecuațiile lui Boyya, Mariotta, Klapaireron și alții ca ei.
Am dat peste această idee câteva cazuri, mărturia căruia Eu sunt eu însumi. Esența acestora este după cum urmează: Dudges de rezonanță a motoarelor de mare viteză și de curse (Avia, Curte și Auto), care lucrează la modurile de procedură, în care motoarele sunt uneori necontrolate până la 40.000-45.000 RPM și chiar mai mari, Ei încep "navigarea" - sunt literalmente în ochi schimbați forma, "Picpoint", ca și cum nu ar fi făcut din aluminiu, dar din plasticină și chiar friptură tribă! Și se întâmplă pe vârful rezonant al "gemeni". Dar se știe că temperatura gazelor de eșapament la ieșirea ferestrei de eșapament nu depășește 600-650 ° C, în timp ce punctul de topire al aluminiului pur este ușor mai mare - aproximativ 660 ° C și aliajele sale și multe alias. În același timp (principalul lucru!), Este mai des topit și un megafon de tub neevelope este deformat, adiacent direct la fereastra de eșapament, unde ar părea cel mai mult căldură, și cea mai gravă condiție de temperatură și regiunea confuziei inverse, la care gazul de eșapament este deja redus cu o temperatură mult mai mică, care scade datorită expansiunii sale în interiorul sistemului de evacuare (amintiți-vă legile de bază ale dinamicii gazelor) și În plus, această parte a amortizorului este de obicei suflată de fluxul de aer incident, adică. A fost răcit suplimentar.

De mult timp nu am putut înțelege și explica acest fenomen. Totul a căzut în loc după ce am lovit accidental cartea în care au fost descrise procesele de valuri de șoc. Există o astfel de secțiune specială a dinamicii gazelor, a căror curs este citit numai pe robinete speciale ale unor universități care pregătesc tehnicieni explozivi. Ceva similar se întâmplă (și studiat) în aviație, unde în urmă cu o jumătate de secol, la zorii zborurilor supersonice, au întâmpinat, de asemenea, unele fapte inexplicabile de distrugere a designului aeronavei Glider în momentul tranziției supersonice.

Acest articol discută evaluarea efectului rezonatorului asupra umplerii motorului. În exemplul exemplarului, a fost propus un rezonator - în volum egal cu cilindrul motorului. Geometria tractului de admisie împreună cu rezonatorul a fost importată în programul FlowVision. Modificarea matematică a fost efectuată ținând cont de toate proprietățile gazului în mișcare. Pentru a estima cursul debitului prin sistemul de admisie, a fost efectuată estimări ale debitului în sistem și a presiunii relative a aerului în fâșia supapei, simularea pe calculator, ceea ce a arătat eficacitatea utilizării capacității suplimentare. O evaluare a debitului prin decalajul supapei, viteza de curgere, debit, de presiune și densitatea fluxului pentru sistemul standard, modernizat și de admisie cu Rexiver a fost evaluat. În același timp, masa aerului crește, viteza de debit a debitului este redusă și densitatea aerului care intră în cilindri crește, ceea ce este reflectat favorabil asupra TV-Televii de ieșire.

tract de intrare

rezonator

umplerea unui cilindru

modelarea matematică

canal modernizat.

1. Jolobov L. A., Dydykin A. M. Modelarea matematică Procesele de schimb de gaz DVS: monografia. N.N.: NGSHA, 2007.

2. Dydyskin A. M., Zholobov L. A. Studii gazodinamice ale Metodelor DVS de modelare numerică // Tractoare și mașini agricole. 2008. № 4. P. 29-31.

3. Pritr D. M., Turcă V. A. Aeromecanică. M.: Oborongiz, 1960.

4. Heilov M. A. Ecuația de fluctuație a presiunii calculate în motorul de absorbție a țevii combustie interna // tr. Cyam. 1984. Nr. 152. P.64.

5. Sonkin V. I. Studiul fluxului de aer prin decalajul supapei // tr. S.U.A. 1974. Problema 149. P.21-38.

6. Samsky A. A., Popov Yu. P. Metode de diferență pentru rezolvarea problemelor dinamicii gazelor. M.: Science, 1980. P.352.

7. Rudoy B. P. Dynamica gazelor nontationare aplicate: Tutorial. UFA: UFA Aviation Institute, 1988. P.184.

8. Malivanov M. V., Khmelev R. N. la problema dezvoltării matematicii și software. Calcularea proceselor gazo-dinamice în DVS: Materialele Conferinței științifice și practice internaționale IX. Vladimir, 2003. P. 213-216.

Mărimea cupșului motorului este proporțională cu masa aerului atribuită frecvenței rotației. Creșterea umplerii cilindrului motorului pe benzină, prin modernizarea căii de admisie, va duce la o creștere a presiunii de la sfârșitul aportului, o formare îmbunătățită a amestecării, o creștere a indicatorilor tehnici și economici ai operațiunii motorului și o scădere în toxicitatea gazelor de eșapament.

Cerințele de bază pentru calea de intrare sunt pentru a asigura o rezistență minimă la orificiul de admisie și distribuția uniformă a amestecului combustibil prin cilindrii motorului.

Asigurarea rezistenței minime la admisie poate fi realizată prin eliminarea rugozității pereților interiori ai conductelor, precum și modificări ascuțite în direcția fluxului și elimină restrângerile și extensiile bruște ale tractului.

Efectul semnificativ asupra umplerii cilindrului tipuri diferite supraveghere. Cel mai simplu tip de superior este de a folosi dinamica aerului de intrare. Un volum mare al receptorului creează parțial efecte rezonante într-un domeniu specific de viteză de rotație, ceea ce duce la umplutura îmbunătățită. Cu toate acestea, ele au, ca rezultat, dezavantaje dinamice, de exemplu, abateri în compoziția amestecului cu o schimbare rapidă a încărcăturii. Aproape fluxul de cuplu ideal asigură că tubul de admisie este comutat, în care, de exemplu, în funcție de sarcina motorului, viteza de rotație și poziția accelerației sunt posibile variații:

Lungimea țevii de pulsare;

Comutați între conductele de pulsare de diferite lungimi sau diametru;
- oprirea selectivă a unei țevi separate a unui cilindru în prezența unei cantități mari de ele;
- Comutarea volumului receptorului.

Cu grupul rezonant superior de cilindri cu aceleași intervale de bliț atașați tuburi scurte la receptorul rezonant, care prin conducte rezonante Acesta este conectat la atmosferă sau cu un receptor prefabricat care acționează ca un rezonator Gölmgolts. Este un vas sferic cu gât deschis. Aerul din gât este masa oscilantă, iar volumul de aer din vasul joacă rolul unui element elastic. Desigur, o astfel de separare este adevărată doar aproximativ, deoarece unele dintre aerul din cavitate are o rezistență inerțială. Cu toate acestea, cu o valoare suficient de mare a zonei de deschidere în zona secțiunii transversale a cavității, precizia unei astfel de aproximări este destul de satisfăcătoare. Partea principală a energiei oscilației cinetice este concentrată în gâtul rezonatorului, unde viteza oscilantă a particulelor de aer are cea mai mare valoare.

Rezonantul de admisie este stabilit între accelerația și cilindrul. Începe să acționeze atunci când accelerația este acoperită suficient pentru ca rezistența hidraulică să devină comparabilă cu rezistența canalului de rezonator. Când pistonul se mută, amestecul combustibil intră în cilindrul motorului nu numai de sub accelerație, ci și din rezervor. Cu o scădere a vidului, rezonatorul începe să sugă amestecul combustibil. Aceasta va urma aceeași parte, și o ejectare destul de mare, inversă.
Articolul analizează mișcarea de curgere a canalului de admisie a motorului pe benzină pe 4 timpi la frecvența de rotație a arborelui cotit de pe exemplul motorului VAZ-2108 la viteza de rotație a arborelui cotit n \u003d 5600min-1.

Această sarcină de cercetare a fost rezolvată de modul matematic utilizând pachetul software pentru modelarea proceselor gazo-hidraulice. Simularea a fost efectuată utilizând pachetul software FlowVision. În acest scop, geometria a fost obținută și importate (sub geometrie înseamnă volume interne ale motorului - conducte de admisie și de evacuare, un volum mai puternic al cilindrului) folosind diverse formate standard Fișiere. Acest lucru permite SODR Solidworks să creeze o zonă de decontare.

În zona de calcul înseamnă volumul în care sunt definite ecuațiile model matematic, iar granița volumului pe care sunt definite condițiile limită, apoi mențin geometria rezultată în formatul suportat de FlowVision și îl folosește atunci când creează o nouă opțiune calculată.

Această sarcină utilizată ASCII, formatul binar, în extensia STL, tip stereologografiere cu o toleranță unghiulară de 4,0 grade și o abatere de 0,025 de metri pentru a îmbunătăți acuratețea rezultatelor de modelare rezultată.

După primirea modelului tridimensional al zonei de decontare, este stabilit un model matematic (un set de legi de modificări ale parametrilor fizici ai gazelor pentru această problemă).

În acest caz, se efectuează un flux substanțial subsonic de gaz la numerele mici Reynolds, care este descris de modelul fluxului turbulent al gazului complet comprimabil standard k-e Modele de turbulențe. Acest model matematic este descris de un sistem format din șapte ecuații: Două ecuații Navier - Stokes, ecuațiile de continuitate, energie, starea gazului ideal, transferul de masă și ecuația pentru energia cinetică a valurilor turbulente.

(2)

Ecuația energiei (entalpii complete)

Ecuația stadiului gazului ideal:

Componentele turbulente sunt asociate cu variabilele rămase prin valoarea viscozității turbulente, care se calculează în conformitate cu modelul standard K-ε de turbulență.

Ecuații pentru k și ε

vâscozitate turbulentă:

constante, parametri și surse:

(9)

(10)

Σk \u003d 1; Σε \u003d 1,3; Cμ \u003d 0,09; Cε1 \u003d 1,44; Cε2 \u003d 1.92.

Substanța de lucru din procesul de admisie este aer, în acest caz, considerată ca gazul perfect. Valorile inițiale ale parametrilor sunt setate pentru întreaga zonă de decontare: temperatura, concentrația, presiunea și viteza. Pentru presiune și temperatură, parametrii inițiali sunt egali cu referire. Viteza din interiorul regiunii calculate în direcțiile X, Y, Z este zero. Temperatura variabilă și presiunea în curgere sunt reprezentate de valori relative, ale căror valori absolute sunt calculate prin formula:

fa \u003d F + Fref, (11)

În cazul în care FA este valoarea absolută a variabilei, F este valoarea relativă calculată a variabilei, FREF - valoarea de referință.

Condițiile limită sunt specificate pentru fiecare dintre suprafețele calculate. În condițiile limită, este necesar să se înțeleagă combinația de ecuații și legi caracteristice suprafețelor geometriei calculate. Condițiile limită sunt necesare pentru a determina interacțiunea zonei de decontare și a modelului matematic. Pe pagină pentru fiecare suprafață indică un tip specific de condiție limită. Tipul condiției de graniță este instalat pe ferestrele de intrare a canalului de intrare - intrare gratuită. Elementele rămase - legat de perete, care nu permite și nu transmite parametrii calculați ai zonei curente. În plus față de toate condițiile limită de mai sus, este necesar să se țină seama de condițiile limită de pe elementele mobile incluse în modelul matematic selectat.

Piesele mobile includ supapa de admisie și evacuare, piston. La limitele elementelor mobile, determinăm tipul de starea de graniță a peretelui.

Pentru fiecare dintre corpurile mobile, legea mișcării este stabilită. Schimbarea ratei pistonului este determinată de formula. Pentru a determina legile mișcării supapei, curbele de ridicare a supapei au fost îndepărtate în 0,50 cu o precizie de 0,001 mm. Apoi au fost calculate viteza și accelerarea mișcării supapei. Datele obținute sunt convertite în biblioteci dinamice (viteza de timp).

Următoarea etapă din procesul de simulare este generarea grilajului computațional. FlowVision utilizează o plasă computațională adaptivă la nivel local. Inițial, se creează o rețea computațională inițială și apoi sunt specificate criteriile de măcinare a grilajului, conform căreia FlowVision sparge celulele rețelei inițiale la gradul dorit. Adaptarea se face atât în \u200b\u200bvolumul canalelor canalelor, cât și pe pereții cilindrilor. În locuri cu o viteză maximă maximă, se creează adaptarea cu măcinarea suplimentară a grila computațională. În funcție de volum, șlefuirea a fost efectuată până la 2 nivele în camera de combustie și până la 5 nivele în sloturile de supapă, de-a lungul pereților cilindrului, adaptarea a fost făcută până la 1 nivel. Acest lucru este necesar pentru a crește pasul de integrare a timpului cu o metodă implicită de calcul. Acest lucru se datorează faptului că etapa de timp este definită ca raport de dimensiune a celulei la viteza maximă din ea.

Înainte de a începe să calculați opțiunea creată, trebuie să specificați parametrii modelării numerice. În același timp, timpul de continuare a calculului este egal cu un ciclu complet de funcționare a motorului, 7200 PK, numărul de iterații și frecvența salvării acestor opțiuni de calcul. Pentru prelucrarea ulterioară, sunt păstrate anumite etape de calcul. Setați ora și opțiunile pentru procesul de calcul. Această sarcină necesită o setare a pasului - o metodă de alegere: o schemă implicită cu o etapă maximă 5E-004C, număr explicit de CFL - 1. Aceasta înseamnă că etapa de timp determină programul însuși, în funcție de convergența ecuațiilor de presiune el însuși.

Postprocesorul este configurat și parametrii vizualizării rezultatelor sunt interesate. Simularea vă permite să obțineți straturile necesare de vizualizare după finalizarea calculului principal, pe baza etapelor de calcul recepționate cu o anumită frecvență. În plus, postprocesorul vă permite să transmiteți valorile numerice rezultate ale parametrilor procesului studiat sub forma unui fișier de informații în editori de tabele electronice externe și pentru a obține dependența de timp a acestor parametri ca viteza, consumul, presiunea , etc.

Figura 1 prezintă instalarea receptorului pe canalul de admisie al DVS. Volumul receptorului este egal cu volumul unui cilindru de motor. Receptorul este setat cât mai aproape de canalul de admisie.

Frecvența proprie a rezonatorului Helmholtz este:

(12)

unde f este frecvența, Hz; C0 - viteza sunetului în aer (340 m / s); Secțiunea transversală, M2; L este lungimea țevii, m; V Este volumul rezonatorului, m3.

Pentru exemplul nostru, avem următoarele valori:

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

După calcularea f \u003d 374 Hz, care corespunde vitezei de rotație a arborelui cotit n \u003d 5600min-1.

După setarea opțiunii calculate și, după setarea parametrilor de simulare numerică, s-au obținut următoarele date: debitul, viteza, densitatea, presiunea, temperatura debitului gazului în canalul de admisie al intensității rotației arborelui cotit.

Din graficul prezentat (figura 2), în ceea ce privește curgerea debitului în flaconul supapei, este clar că canalul modernizat cu receptorul are consumabilele maxime. Valoarea consumului este mai mare de 200 g / s. Creșterea este observată pentru 60 g.p.v.v.

De la deschiderea supapei de admisie (348 g.v.v.), debitul (fig.3) începe să crească de la 0 la 170m / s (la canalul de admisie modernizat 210 m / s, cu receptoarele -190m / s) în interval Până la 440-450 GKV În canal cu receptorul, valoarea vitezei este mai mare decât într-un standard de aproximativ 20 m / s începând de la 430-440. P.K.V. Valoarea numerică a canalului în canal cu receptorul este semnificativ mai mare decât canalul de admisie modernizat, în timpul deschiderii supapei de admisie. Apoi, există o reducere semnificativă a debitului, până la închiderea supapei de admisie.

Din graficul de presiune relativ (fig.4) (presiunea atmosferică, p \u003d 101000 PA este recepționată pentru zero), rezultă că valoarea presiunii din canalul modernizat este mai mare decât în \u200b\u200bstandard, cu 20 kPa la 460-480 GP. Kv. (asociată cu o valoare mare de debit). Pornind de la 520 g.v. Valoarea de presiune este aliniată, care nu se poate spune despre canal cu receptorul. Valoarea presiunii este mai mare decât cea standard, cu 25 kPa, începând cu 420-440 gp.v.V. până la închiderea supapei de admisie.

Densitatea fluxului în zona decalajului supapei este prezentată în fig. cinci.

În canalul modernizat cu receptorul, valoarea densității este sub 0,2 kg / m3 începând cu 440 g.v. Comparativ cu un canal standard. Acest lucru este asociat cu debite de înaltă presiune și gaze.

Din analiza graficelor, puteți desena următoarea concluzie: canalul formularului îmbunătățit asigură o umplere mai bună a cilindrului cu o încărcare proaspătă datorită scăderii rezistenței hidraulice a canalului de admisie. Cu creșterea vitezei de piston la momentul deschiderii supapei de admisie, forma canalului nu afectează în mod semnificativ viteza, densitatea și presiunea din interiorul canalului de admisie, se explică prin faptul că în această perioadă sunt în principal indicatorii procesului de admisie Dependent de viteza pistonului și de suprafața slotului supapei (numai forma canalului de admisie schimbată în acest calcul), dar totul se schimbă dramatic la momentul încetinirii mișcării pistonului. Taxa în canalul standard este mai puțin inertă și mai puternică "întindere" de-a lungul lungimii canalului, care în agregat dă mai puțină umplere a cilindrului la momentul reducerii vitezei mișcării pistonului. Până la închiderea supapei, procesul curge sub denominatorul debitului deja obținut (pistonul dă debitul inițial al volumului cache, cu o scădere a vitezei pistonului, componenta de inerție a fluxului de gaz are un rol semnificativ asupra umplerii. Acest lucru este confirmat de indicatori de viteză mai mare, presiune.

În canalul de admisie cu receptorul, datorită taxelor suplimentare și fenomenelor rezonante, în cilindrul DVS există o masă semnificativ mare a amestecului de gaz, care asigură indicatoare tehnice mai mari ale funcționării DVS. Creșterea creșterii la sfârșitul admisiei va avea un impact semnificativ asupra creșterii performanței tehnice și economice și de mediu a activității DVS.

Recenzenii:

Gots Alexander Nikolaevich, doctor de Universitatea Tehnică, profesor de Departamentul de Motoare de căldură și instalații de energie ale Universității de Stat Vladimir din cadrul Ministerului Educației și Științei, Vladimir.

Kulchitsky Aleksey Ramovich, D.N., profesor, adjunct șef designer LLC VMTZ, Vladimir.

Referință bibliografică

Supravegherea gazo-dinamică include metode de creștere a densității de încărcare la intrare prin utilizare:

· Energia cinetică a aerului care se deplasează pe dispozitivul de recepție în care este transformată în presiunea potențială a presiunii la frânarea fluxului - supraveghere de mare viteză;

· Procesele de undă în conductele de admisie -.

În ciclul termodinamic al motorului fără a crește începutul procesului de compresie apare la presiune p. 0, (egală atmosferică). În ciclul termodinamic al motorului cu piston cu o supraveghere gazo-dinamică, începutul procesului de compresie are loc la presiune p k. , datorită creșterii presiunii fluidului de lucru din afara cilindrului de la p. 0 Be. p k.. Acest lucru se datorează transformării energiei cinetice și a energiei proceselor de undă în afara cilindrului în energia potențială a presiunii.

Una dintre sursele de energie pentru a crește presiunea la începutul compresiei poate fi energia fluxului de aer incident, care are loc atunci când aeronava, mașina etc. înseamnă. În consecință, adăugarea în aceste cazuri se numește mare viteză.

Supraveghere de mare viteză Pe baza modelelor aerodinamice de transformare a debitului de aer de mare viteză în presiunea statică. Din punct de vedere structural, se realizează ca duza de admisie a aerului difuzor, destinată tragerii fluxului de aer la conducere vehicul. Creșteți teoretic presiunea Δ p k.=p k. - p. 0 depinde de viteză c. H și densitatea ρ 0 fluxul de aer (în mișcare)

Supravegherea de mare viteză găsește utilizarea în principal pe avioane cu motoare cu piston și mașini sportiveunde vitezele de viteză sunt mai mari de 200 km / h (56 m / s).

Următoarele soiuri de supraveghere gazo-dinamică a motoarelor se bazează pe utilizarea proceselor inerțiale și de val în sistemul de admisie a motorului.

Reducerea inerțială sau dinamică are loc la o viteză relativ mare de mișcare proaspătă în conductă c. Tr. În acest caz, ecuația (2.1) ia

unde ξ T este un coeficient care ia în considerare rezistența la mișcarea gazului în lungime și locală.

Viteza reală c. Fluxul de gaz al gazelor în conductele de admisie, pentru a evita pierderile și deteriorarea crescânde a umpluturii cu butelii cu încărcătură proaspătă, nu trebuie să depășească 30 ... 50 m / s.

Frecvența proceselor din cilindri motoare cu piston Este cauza fenomenelor dinamice oscilative în căile de aer. Aceste fenomene pot fi utilizate pentru a îmbunătăți substanțial principalii indicatori ai motoarelor (puterea și economia litriilor.

Procesele inerțiale sunt întotdeauna însoțite de procese de undă (fluctuații de presiune) care decurg din deschiderea periodică și închiderea supapelor de admisie ale sistemului de schimb de gaze, precum și mișcarea de tranzit de retur a pistoanelor.

În stadiul inițial al orificiului de admisie din duza de admisie înainte de supapă, se creează un vid, iar valul corespunzător de turnare, ajungând la capătul opus al conductei individuale de admisie, reflectă valul de compresie. Selectând secțiunea de lungime și trecere a conductei individuale, puteți obține sosirea acestui val la cilindru în momentul cel mai favorabil înainte de a închide supapa, care va crește semnificativ factorul de umplere și, prin urmare, cuplul PE MINE. Motor.

În fig. 2.1. Este afișată o diagramă a unui sistem de admisie reglată. Prin conducta de admisie, ocolire clapetei de accelerațieAerul intră în receptorul receptoare, iar conductele de intrare ale lungimii configurate fiecăruia dintre cele patru cilindri din ea.

În practică, acest fenomen este utilizat în motoarele străine (figura 2.2), precum și motoarele interne pentru autoturisme cu conducte individuale personalizate (de exemplu, motoarele ZMZ), precum și pe un motor diesel 2H8.5 / 11, un generator electric staționar având o conductă reglată în două cilindri.

Cea mai mare eficiență a supravegherii gaze-dinamice are loc cu conducte individuale lungi. Presiunea în avans depinde de coordonarea frecvenței de rotație a motorului n., lungimile conductelor L. Tr și colțuri

Îndoirea închiderii supapei de admisie (organ) φ A.. Acești parametri sunt dependența legată

unde este viteza locală de sunet; k. \u003d 1.4 - indicatorul adiabatic; R. \u003d 0,287 kJ / (kg ∙ grindină); T. - temperatura medie a gazului pentru perioada de presiune.

Procesele de val și inerțiale pot furniza o creștere vizibilă a încărcării într-un cilindru la descoperiri mari de supape sau sub formă de reîncărcare în creștere în tact de compresie. Implementarea unei supravegheri eficiente a gaze-dinamic este posibilă numai pentru o gamă îngustă de frecvență de rotație a motorului. Combinația dintre fazele distribuției gazelor și lungimea conductei de admisie trebuie să asigure cel mai mare coeficient de umplere. O astfel de selecție a parametrilor sunt numiți setarea sistemului de admisie.Vă permite să măriți puterea motorului cu 25 ... 30%. Pentru a păstra eficacitatea supravegherii gazo-dinamică într-o gamă mai largă de frecvență de rotație a arborelui cotit poate fi utilizat diverse metode, în special:

· Aplicarea unei conducte cu o lungime variabilă l. TR (de exemplu, telescopic);

· Trecerea de la o scurtă conductă pentru o lungă perioadă de timp;

· Reglementarea automată a fazelor de distribuție a gazelor etc.

Cu toate acestea, utilizarea supravegherii gazo-dinamice pentru creșterea motorului este asociată cu anumite probleme. În primul rând, nu este întotdeauna posibil să respectați rațional conductele de admisie suficient de extinse. Este deosebit de dificil de făcut pentru motoarele cu viteză redusă, deoarece cu o scădere a vitezei de rotație, crește lungimea conductelor ajustate. În al doilea rând, geometria fixă \u200b\u200ba conductei dă setarea dinamică numai în unele, destul de definite regimul de viteză Muncă.

Pentru a asigura efectul într-o gamă largă, se utilizează o ajustare netedă sau pas a lungimii căii configurate atunci când se deplasează de la un mod de viteză la altul. Controlul pas cu ajutorul supapelor speciale sau a amortizoarelor de transformare este considerat mai fiabil și aplicat cu succes în motoare auto Multe firme străine. Cel mai adesea utilizează controlul cu comutarea în două lungimi personalizate de conducte (figura 2.3).

În poziția clapei închise, modul corespunzător de până la 4000 min -1, alimentarea cu aer din receptoarele de admisie ale sistemului este efectuată de-a lungul unei căi lungi (vezi figura 2.3). Ca rezultat (în comparație cu versiunea de bază a motorului fără supraveghere a gazului-dinamic), curba curbei de cuplu este îmbunătățită pe o caracteristică a vitezei externe (la unele frecvențe de la 2500 la 3500 min -1, creșterea cuplului în medie cu 10 ... 12%). Cu creșterea vitezei de rotație n\u003e 4000 min - 1 feed comută la o cale scurtă și acest lucru vă permite să măriți puterea N e în modul nominal cu 10%.

Există, de asemenea, sisteme de viață mai complexe. De exemplu, desenele cu conducte care acoperă un receptor cilindric cu un tambur rotativ având ferestre pentru mesaje cu conducte (figura 2.4). Când receptorul cilindric este rotit, lungimea conductei este mărită și invers, atunci când se întoarce în sensul acelor de ceasornic, scade. Cu toate acestea, implementarea acestor metode complică semnificativ proiectarea motorului și reduce fiabilitatea acestuia.

În motoare cu mai multe cilindri cu conducte convenționale, eficiența supravegherii gazelor-dinamice este redusă, ceea ce se datorează influenței reciproce a proceselor de admisie în diferite cilindri. În motoarele auto, sistemele de admisie "configurate", de obicei, în modul maxim de cuplu pentru a crește stocul său.

Efectul superiorului dinamic gazo-dinamic poate fi de asemenea obținut prin "setarea" corespunzătoare a sistemului de evacuare. Această metodă găsește utilizarea pe motoare în doi timpi.

Pentru a determina lungimea L. Tr și diametrul interior d. (sau secțiunea de trecere) a conductei reglabile Este necesar să se efectueze calcule utilizând metode numerice de dinamica gazelor care descriu fluxul non-staționare, împreună cu calculul fluxului de lucru din cilindru. Criteriul este creșterea puterii,

cuplul sau reducerea consumului de combustibil specific. Aceste calcule sunt foarte complexe. Mai mult metode simple Definiții. L. Trei d. Pe baza rezultatelor studiilor experimentale.

Ca urmare a prelucrării unui număr mare de date experimentale pentru a selecta diametrul intern d. Conducta reglabilă este propusă după cum urmează:

unde (μ. F. Y) Max este zona cea mai eficientă a slotului supapei de admisie. Lungime L. Conducta de subțire poate fi determinată prin formula:

Rețineți că utilizarea sistemelor reglate ramificate, cum ar fi o conductă comună - receptor - țevi individuale s-au dovedit a fi foarte eficiente în combinație cu turbocompresorul.

UDC 621.436.

Efectul rezistenței aerodinamice a sistemelor de admisie și de evacuare a motoarelor auto pe procesele de schimb de gaze

L.V. Dulgheri, BP. Zhilkin, yu.m. Brodov, N.I. Grigoriev.

Lucrarea prezintă rezultatele unui studiu experimental al influenței rezistenței aerodinamice a sistemelor de admisie și de evacuare a motoarelor cu piston la procesele de schimb de gaze. Experimentele au fost efectuate pe modelele on-line ale motorului cu un singur cilindru. Sunt descrise instalații și metode de efectuare a experimentelor. Dependențele modificării vitezei instantanee și a presiunii fluxului în căile gazului de gaz ale motorului din colțul rotației arborelui cotit arborelui sunt prezentate. Datele au fost obținute la diferite coeficienți de rezistență la admisie și sisteme de absolvire și frecvențe diferite de rotație ale arborelui cotit. Pe baza datelor obținute, au fost făcute concluzii din caracteristicile dinamice ale proceselor de schimb de gaze din motor la condiții diferite. Se arată că utilizarea eșapamentului de zgomot netezește curgerea de curgere și modifică caracteristicile de curgere.

Cuvinte cheie: motor cu piston, procese de schimb de gaz, dinamica proceselor, pulsarea vitezei și presiunea de curgere, amortizorul de zgomot.

Introducere

O serie de cerințe se fac la aportul și rezultatele motoarelor cu piston de combustie internă, dintre care scăderea principală a zgomotului aerodinamic și rezistența aerodinamică minimă sunt principalele. Ambii indicatori sunt determinați în interconectarea designului elementului de filtrare, a amortizoarelor de admisie și a eliberării, a neutralizatoarelor catalitice, prezența unui superior (compresor și / sau turbocompresor), precum și configurația conductelor de admisie și de evacuare și natura fluxului în ele. În același timp, nu există practic date privind influența elementelor suplimentare ale sistemelor de admisie și de evacuare (filtre, amortizoare, turbocompresor) pe dinamica gazelor în ele.

Acest articol prezintă rezultatele unui studiu privind efectul rezistenței aerodinamice a sistemelor de admisie și evacuare asupra proceselor de schimb de gaze în raport cu motorul cu piston de dimensiune 8.2 / 7.1.

Plante experimentale

și sistemul de colectare a datelor

Studiile privind efectul rezistenței aerodinamice a sistemelor de aer pe gaz la procesele de schimb de gaze în inginerii pistonului au fost efectuate pe modelul de simulare a dimensiunii 4.2 / 7.1, acționate prin rotație motor asincronFrecvența rotației arborelui cotit a fost ajustată în intervalul N \u003d 600-3000 min 1 cu o precizie de ± 0,1%. O instalare experimentală este descrisă mai detaliat.

În fig. 1 și 2 prezintă configurațiile și dimensiunile geometrice ale cotei de admisie și de evacuare a instalației experimentale, precum și amplasarea instalării pentru măsurarea instantanee

valorile vitezei medii și presiunea fluxului de aer.

Pentru măsurătorile valorilor presiunii instantanee în fluxul (static) în canalul PC, senzorul de presiune £-10 a fost utilizat de Wika, viteza de care este mai mică de 1 ms. Eroarea maximă medie de măsurare medie medie medie a presiunii a fost de ± 0,25%.

Pentru a determina mediul instantaneu în secțiunea canalului de curgere a aerului, termoeemometrele temperaturii constante a designului original, a cărei element sensibil a fost firul de nichrom cu un diametru de 5 pm și o lungime de 5 mm. Eroarea medie medie relativă medie medie de măsurare a vitezei WX a fost de ± 2,9%.

Măsurarea frecvenței de rotație a arborelui cotit a fost efectuată utilizând un metru tahometric constând dintr-un disc dințată fixat pe crankshaft Vale., și senzor inductiv. Senzorul a format un impuls de tensiune la o frecvență proporțională cu viteza de rotație a arborelui. În conformitate cu aceste impulsuri, a fost înregistrată frecvența rotației, a fost determinată poziția arborelui cotit (unghi f) și momentul trecerii pistonului VMT și NMT.

Semnalele de la toți senzorii au intrat într-un convertor analog-digital și transmise unui computer personal pentru prelucrare ulterioară.

Înainte de efectuarea experimentelor, o direcție statică și dinamică a sistemului de măsurare a fost efectuată în general, ceea ce a arătat viteza necesară pentru a studia dinamica proceselor gazo-dinamice din sistemele de admisie și de evacuare ale motoarelor cu piston. Eroarea medie medie medie a experimentelor asupra efectului rezistenței aerodinamice a aerului sisteme de DV. Procesele de schimb de gaz au fost de ± 3,4%.

Smochin. 1. Configurarea și dimensiunile geometrice ale căii de admisie a instalației experimentale: cap de cilindru; 2-bubbles; 3 - Tub de măsurare; 4 - senzori termomanemomeme pentru măsurarea debitului de aer; 5 - Senzori de presiune

Smochin. 2. Configurarea și dimensiunile geometrice ale calea de evacuare a instalației experimentale: cap de cilindru; 2 - Plot de lucru - țeavă de absolvire; 3 - senzori de presiune; 4 - senzori de termotemometru

Efectul elementelor suplimentare asupra dinamicii gazelor a proceselor de admisie și eliberare a fost studiat cu diferiți coeficienți de rezistență la sistem. Rezistența a fost creată utilizând diferite filtre de admisie și eliberare. Deci, ca unul dintre ele, un filtru standard de automobile a fost utilizat cu un coeficient de rezistență de 7,5. Un filtru de țesut cu un coeficient de rezistență 32 a fost ales ca un alt element de filtru. Coeficientul de rezistență a fost determinat experimental prin curățarea statică în condițiile de laborator. Studiile au fost, de asemenea, efectuate fără filtre.

Efectul rezistenței aerodinamice asupra procesului de admisie

În fig. 3 și 4 prezintă dependențele debitului de aer și ale presiunii PC în apartamentul de admisie

le de la unghiul de rotație a arborelui cotit F la diferite frecvențe de rotație și când utilizați diferite filtre de admisie.

S-a stabilit că în ambele cazuri (cu un zgomot și fără) pulsarea presiunii și a debitelor de aer sunt cele mai exprimate la viteza mare de rotație a arborelui cotit. În același timp, în canalul de admisie cu un zgomot de zgomot, valorile debitului maxim de aer, după cum era de așteptat, mai puțin decât în \u200b\u200bcanal fără ea. Cel mai

m\u003e x, m / s 100

Deschiderea 1 III 1 1 III 7 1 £ * ^ 3 111

Valva de jeeping 1 111 II Ti. [Zocrytir. . 3.

§ p * ■ -1 * £ l r-

// 11 "S" \\ 11 III 1

540 (R. GOME. P.K.Y. 720 VMT NMT

1 1 Deschidere -Gbepskid-! Valva A L 1 G 1 1 1 Închis ^

1 HDC \\. BPCSKNEO Supapă "X 1 1

| | A J __ 1 __ mJ \\ y T -1 1 \\ k / \\ 1 ^ v / \\ / l / l "PC-1 \\ __ V / -

1 1 1 1 1 1 1 | 1 1 ■ ■ 1 1

540 (r. Cyro. P.K .. 720 VMT NMT

Smochin. 3. Dependența de viteza aerului WX în canalul de admisie din unghiul de rotație a arborelui arborelui cotit la frecvențe diferite de rotație a arborelui cotit și diferite elemente de filtrare: A - n \u003d 1500 min-1; B - 3000 min-1. 1 - fără un filtru; 2 - filtru de aer standard; 3 - Filtru de țesături

Smochin. 4. Dependența presiunii PC-ului în canalul de admisie din unghiul de rotație a arborelui cotit F la diferite frecvențe de rotație a arborelui cotit și diferite elemente de filtrare: A - n \u003d 1500 min-1; B - 3000 min-1. 1 - fără un filtru; 2 - filtru de aer standard; 3 - Filtru de țesături

se manifestă puternic cu frecvențe înalte de rotație a arborelui cotit.

După închiderea supapei de admisie, presiunea și viteza debitului de aer din canal în toate condițiile nu devin egale cu zero, iar unele dintre fluctuațiile lor sunt observate (vezi figura 3 și 4), care este, de asemenea, caracteristică a eliberării (vezi mai jos). În același timp, instalarea eșapamentului de zgomot de intrare conduce la o scădere a pulsațiilor de presiune și a debitelor de aer în toate condițiile atât în \u200b\u200btimpul procesului de admisie, cât și după închiderea supapei de admisie.

Efectul aerodinamicului

rezistența la procesul de eliberare

În fig. 5 și 6 prezintă dependența debitului de aer al WX și PC-ul de presiune din priza din unghiul de rotație a formei arborelui cotit la diferite frecvențe de rotație și atunci când se utilizează diferite filtre de eliberare.

Studiile au fost efectuate pentru diferite frecvențe de rotație a arborelui cotit (de la 600 la 3000 min1) la o suprapresiune diferită la eliberarea PI (de la 0,5 la 2,0 bar) fără zgomot silențios și dacă este prezentată.

Sa stabilit că în ambele cazuri (cu amortizorul de zgomot și fără) pulsarea debitului de aer, cel mai puternic manifestat la frecvențele joase ale rotației arborelui cotit. În acest caz, valorile debitului de aer maxim rămân în canalul de evacuare cu amortizorul de zgomot

merilly la fel ca și fără ea. După închiderea supapei de evacuare, debitul de aer din canal în toate condițiile nu devine zero și sunt observate unele fluctuații de viteză (vezi fig.5), care este caracteristică procesului de admisie (vezi mai sus). În același timp, instalarea eșantionului de zgomot de pe eliberare conduce la o creștere semnificativă a pulsărilor debitului de aer în toate condițiile (în special la Ry \u003d 2,0 bar) atât în \u200b\u200btimpul procesului de eliberare, cât și după închiderea supapei de evacuare .

Trebuie remarcat efectul opus al rezistenței aerodinamice asupra caracteristicilor procesului de admisie din motor, unde filtru de aer Efectele de pulsare în procesul de admisie și după închiderea supapei de admisie au fost prezente, dar au fost în mod clar mai rapid decât fără ea. În acest caz, prezența unui filtru în sistemul de admisie a condus la o scădere a debitului maxim de aer și slăbind dinamica procesului, care este bine constantă cu rezultatele obținute anterior în lucrare.

O creștere a rezistenței aerodinamice a sistemului de evacuare duce la o anumită creștere a presiunilor maxime în procesul de eliberare, precum și deplasarea vârfurilor pentru NMT. În acest caz, se poate observa că instalarea amortizorului zgomotului de ieșire duce la o scădere a pulsărilor presiunii debitului de aer în toate condițiile atât în \u200b\u200btimpul procesului de producție, cât și după închiderea supapei de evacuare.

hy. m / s 118 100 46 16

1 1 la. T «AIA K T 1 Închiderea supapei Mpskal

Deschiderea ipicalului |<лапана ^ 1 1 А ікТКГ- ~/М" ^ 1

"" "і | Y \\ / ~ ^

540 (P, apuca, p.k.y. 720 NMT NMT

Smochin. 5. Dependența de viteza aerului WX în ieșirea din unghiul de rotație a arborelui arborelui cotit la frecvențe diferite ale rotației arborelui cotit și a diferitelor elemente de filtrare: A - n \u003d 1500 min-1; B - 3000 min-1. 1 - fără un filtru; 2 - filtru de aer standard; 3 - Filtru de țesături

Px. 5PR 0,150.

1 1 1 1 1 1 1 1 II 1 1 1 II 1 1 L "A 11 1 1 / \\ 1. 'și II 1 1

Deschidere | Yypzsksaya 1 іклапана л7 1 H і / 7 / ", G S 1 \\ H Închiderea Bittseastast G / CGTї Alan -

c- "1 1 1 1 1 і 1 l l _л / і і h / 1 1

540 (p, sicriu, PK6. 720

Smochin. 6. Dependența PC-ului de presiune din priza din unghiul de rotație a arborelui cotit F la diferite frecvențe de rotație a arborelui cotit și diferite elemente de filtrare: A - n \u003d 1500 min-1; B - 3000 min-1. 1 - fără un filtru; 2 - filtru de aer standard; 3 - Filtru de țesături

Pe baza procesării modificărilor dependenței în debitul pentru tact separat, o schimbare relativă a fluxului de volum al aerului Q a fost calculată prin canalul de evacuare atunci când eșapacul este plasat. Sa stabilit că, cu o suprapresiune scăzută la eliberare (0,1 MPa), consumul Q în sistemul de evacuare cu un zgomot este mai mic decât în \u200b\u200bsistem fără ea. În același timp, dacă la frecvența rotației arborelui cotit 600 min-1, această diferență a fost de aproximativ 1,5% (care se află în interiorul erorii), apoi cu n \u003d 3000 min4 Această diferență a atins 23%. Se arată că pentru o suprapresiune ridicată de 0,2 MPa, a fost observată tendința opusă. Fluxul de aer al aerului prin canalul de evacuare cu amortizorul a fost mai mare decât în \u200b\u200bsistem fără ea. În același timp, la frecvențe joase de rotație a arborelui cotit, acest lucru a fost depășit a fost de 20%, iar cu n \u003d 3000 min.1 5%. Potrivit autorilor, un astfel de efect poate fi explicat prin netezire a pulsațiilor debitului de aer în sistemul de evacuare în prezența unui zgomot silențios.

Concluzie

Studiul efectuat a arătat că motorul de admisie al arderii interne este influențat semnificativ de rezistența aerodinamică a căii de admisie:

Creșterea rezistenței elementului de filtrare netezește dinamica procesului de umplere, dar în același timp reduce debitul de aer, care corespunde coeficientului de umplere;

Efectul filtrului este îmbunătățit cu frecvența de rotație în creștere a arborelui cotit;

Valoarea pragului a coeficientului de rezistență la filtru (aproximativ 50-55), după care valoarea acestuia nu afectează debitul.

Sa demonstrat că rezistența aerodinamică a sistemului de evacuare afectează în mod semnificativ gazul-dinamic și consumabilele procesului de eliberare:

Creșterea rezistenței hidraulice a sistemului de evacuare din DV-urile pistonului conduce la o creștere a pulsărilor debitului de aer în canalul de evacuare;

Cu o suprapresiune scăzută la eliberarea din sistem cu un zgomot silențios, există o scădere a fluxului volumetric prin canalul de evacuare, în timp ce la contrariul ridicat, acesta crește în comparație cu sistemul de eșapament fără zgomot.

Astfel, rezultatele obținute pot fi utilizate în practica de inginerie pentru a alege în mod optim caracteristicile amortizoarelor de admisie a de admisie și de protecție, care pot oferi

influența asupra umplerii cilindrului de încărcare proaspătă (coeficientul de umplere) și calitatea curățării cilindrului motorului din gazele de eșapament (coeficientul de gaz rezidual) asupra anumitor moduri de mare viteză ale lucrării motorului pistonului.

Literatură

1. Draganov, B.h. Construcția de canale de admisie și de evacuare a motoarelor cu combustie internă / B.KH. Draganov, mg Kruglov, V. S. Obuhov. - Kiev: vizitați școala. Cap ed, 1987. -175 p.

2. Motoare cu combustie internă. În 3 kn. Kn. 1: Teoria fluxurilor de lucru: studii. / V.N. Lou-Kanin, K.A. Morozov, A.S. Khachyan și colab.; Ed. V.N. Lukanina. - M.: Mai mare. Shk., 1995. - 368 p.

3. CHAMPRAOZS, B.A. Motoare cu combustie internă: Teoria, modelarea și calcularea proceselor: studii. În cursul "Teoria fluxurilor de lucru și modelarea proceselor în motoarele cu combustie internă" / B.A. Chamolaoz, M.F. Faraplatov, V.V. Clementev; Ed. castel Deat. Știința Federației Ruse B.A. Champrazov. - Chelyabinsk: Suursu, 2010. -382 p.

4. Abordările moderne ale creării motoarelor diesel pentru autoturismele și calmul mic

zovikov / a. Blinov, p.a. Golubev, yu.e. Dragan și colab.; Ed. V. S. Peponova și A. M. Mineyev. - M.: NIC "Inginer", 2000. - 332 p.

5. Studiu experimental al proceselor gazo-dinamice în sistemul de admisie al motorului piston / B.P. Zhokkin, L.V. Dulgheri, s.a. Korzh, I.D. Larionov // Inginerie. - 2009.ortă 1. - P. 24-27.

6. Cu privire la modificarea dinamicii gazelor de proces de eliberare în motorul cu piston în instalarea eșantionului / l.v. Dulgheri, BP. Zhokkin, A.V. Cruce, d.l. Padalak // Buletinul Academiei de Științe Militare. -2011. - № 2. - P. 267-270.

7. pat. 81338 RU, MPK G01 P5 / 12. Temperatura mecanică termică a temperaturii constante / S.N. Pochov, L.V. Dulgheri, BP. Vilkin. - Nr. 2008135775/22; Etapă. 09/03/2008; publ. 03/10/2009, bul. № 7.