Gasodynamisk analys av avgassystemet. Gasdynamik av resonansavgasrör. För rörledning med kvadratisk tvärsnitt

Den gasdynamiska tillsynen innefattar metoder för att öka laddningstätheten vid inloppet med användning:

· Den kinetiska energin hos luft som rör sig på mottagningsanordningen i vilken den omvandlas till det potentiella trycket av tryck vid bromsning av strömmen - höghastighetsövervakning;

· Vågprocesser i inloppsrörelserna -.

I den termodynamiska cykeln hos motorn utan att öka början av kompressionsprocessen uppträder vid tryck p. 0, (lika atmosfärisk). I den termodynamiska cykeln av kolvmotorn med en gasdynamisk övervakning sker början av kompressionsprocessen vid tryck p K. , på grund av ökningen av arbetsvätskans tryck utanför cylindern från p. 0 vara p K.. Detta beror på omvandlingen av den kinetiska energin och energin hos vågprocesserna utanför cylindern i den potentiella energin av tryck.

En av energikällorna för att öka trycket i början av kompressionen kan vara energin hos det infallande luftflödet, som äger rum när flygplanet, bilen etc. betyder. Följaktligen kallas tillsättning i dessa fall höghastighet.

Höghastighetsövervakning Baserat på aerodynamiska mönster av omvandling av höghastighets luftflöde i statiskt tryck. Strukturellt realiseras det som ett diffusor luftintagsmunstycke, som syftar till att bogsera luftflödet när fordonet rör sig. Teoretiskt ökar trycket Δ p K.=p K. - p. 0 beror på hastighet c. H och densitet ρ 0 incident (flytt) luftflöde

Höghastighetsövervakningen finner användningen främst på flygplan med kolvmotorer och sportbilar, där hastighetshastigheter är mer än 200 km / h (56 m / s).

Följande sorteringar av gasdynamisk övervakning av motorer är baserade på användningen av tröghets- och vågprocesser i motorinloppssystemet.

Tröghet eller dynamisk reduktion sker vid relativt hög hastighet av att flytta fräsch laddning i rörledningen c. Tr. I det här fallet tar ekvation (2.1)

där ξ t är en koefficient som tar hänsyn till motståndet mot gasens rörelse i längd och lokal.

Verklig hastighet c. Gasflödet av gas i inloppsrörledningar, för att undvika förhöjda aerodynamiska förluster och försämring av fyllningen av cylindrar med fräsch laddning, bör inte överstiga 30 ... 50 m / s.

Frekvensen av processer i cylindrarna kolvmotorer Det är orsaken till oscillerande dynamiska fenomen i gasluftsvägar. Dessa fenomen kan användas för att väsentligt förbättra de viktigaste indikatorerna på motorer (liter kraft och ekonomi.

Tröghetsprocesser åtföljs alltid av vågprocesser (fluktuationer i tryck) som härrör från den periodiska öppningen och stängning av inloppsventilerna i gasbytesystemet, såväl som kolvarnas returtransitering.

Vid det inledande steget av inloppet i inloppsmunstycket före ventilen skapas ett vakuum, och motsvarande våg av hällning, som når den motsatta änden av den enskilda inloppsrörledningen, reflekterar kompressionsvågen. Genom att välja längden och passage av den enskilda rörledningen kan du få ankomsten av denna våg till cylindern vid det mest fördelaktiga ögonblicket innan du stänger ventilen, vilket väsentligt ökar fyllningsfaktorn och därför vridmoment M e. Motor.

I fig. 2.1. Ett diagram över ett inställt inloppssystem visas. Genom inloppsrörledningen, kringgår gasspjället, kommer luften in i mottagarmottagaren och ingångsledningarna av den konfigurerade längden till var och en av de fyra cylindrarna.

I praktiken används detta fenomen i utomeuropeiska motorer (bild 2.2), såväl som inhemska motorer för personbilar Med anpassade individuella inloppsrörledningar (till exempel ZMZ-motorer), såväl som på en 2h8.5 / 11 dieselmotor, med en konfigurerad rörledning i två cylindrar.

Den största effektiviteten av gasdynamisk övervakning sker med långa individuella rörledningar. Förskottstryck beror på samordningen av motorns rotationsfrekvens n., rörledningslängder L. Tr och hörn

stäng Lag inloppsventil (orgel) φ A.. Dessa parametrar är relaterade beroende

var är den lokala ljudhastigheten; k. \u003d 1.4 - det adiabatiska indexet; R. \u003d 0,287 kJ / (kg ∙ hagel.); T. - Genomsnittlig gastemperatur för tryckperioden.

Våg- och tröghetsprocesser kan ge en märkbar ökning av laddning i en cylinder vid stora ventilupptäckter eller i form av ökande laddning i kompressionstakt. Genomförandet av effektiv gasdynamisk övervakning är endast möjlig för ett smalt antal rotationsfrekvens. Kombinationen av faserna i gasfördelningen och längden på inloppsrörledningen måste ge den största fyllningskoefficienten. Ett sådant urval av parametrar kallas ställa in inloppssystemet.Det låter dig öka motorns kraft med 25 ... 30%. För att bevara effektiviteten av gasdynamisk övervakning i ett bredare sortiment av rotationsfrekvens vevaxel Olika metoder kan i synnerhet användas:

· Applicera en rörledning med en variabel längd l. TR (till exempel teleskopisk);

· Växla från en kort rörledning för länge;

· Automatisk reglering av gasdistributionsfaser etc.

Användningen av gasdynamisk övervakning för motorhöjning är emellertid förknippad med vissa problem. För det första är det inte alltid möjligt att rationellt följa tillräckligt utökade inloppsrörledningar. Det är särskilt svårt att göra för låghastighetsmotorer, eftersom med en minskning av rotationshastigheten ökar längden på de justerade rörledningarna. För det andra ger fasta rörledningar geometri endast dynamisk inställning i vissa, ganska ett visst sortiment av hastighetsläge.

För att säkerställa effekten i ett brett område används en jämn eller stegsjustering av längden på den konfigurerade banan när du flyttar från ett hastighetsläge till ett annat. Stegkontroll med speciella ventiler eller vriddämpare anses vara mer tillförlitlig och framgångsrikt tillämpad i bilmotorer Många utländska företag. Används ofta kontroll med att byta till två anpassade rörledningslängder (bild 2.3).

I läget för den slutna fliken utförs motsvarande läge upp till 4000 min -1, lufttillförsel från inloppsmottagarna av systemet längs en lång väg (se bild 2.3). Som ett resultat (jämfört med basversionen av motorn utan gasdynamisk övervakning) förbättras flödet av vridmomentkurvan på en extern hastighetskaraktäristik (vid vissa frekvenser från 2500 till 3500 min -1 ökar vridmomentet i genomsnitt 10 ... 12%). Med ökande rotationshastighet n\u003e 4000 min -1 matningsbrytare till en kort väg och det här låter dig öka kraften N E. på nominellt läge med 10%.

Det finns också mer komplexa all-life-system. Till exempel, mönster med rörledningar som täcker en cylindrisk mottagare med en roterande trumma med fönster för meddelanden med rörledningar (fig 2,4). När den cylindriska mottagaren roteras, ökas rörledningen och vice versa, när den vrids medurs, minskar den. Genomförandet av dessa metoder komplicerar emellertid motorns konstruktion och minskar dess tillförlitlighet.

I multikylande motorer med konventionella rörledningar reduceras effektiviteten av gasdynamisk övervakning, vilket beror på det ömsesidiga inflytandet av inloppsprocesser i olika cylindrar. I bilmotorerna är inloppssystemen "inställd" vanligtvis på det maximala vridmomentet för att öka sitt lager.

Effekten av gasdynamisk överlägsen kan också erhållas med motsvarande "inställning" i avgassystemet. Denna metod hittar användning på tvåtaktsmotorer.

För att bestämma längden L. Tr och inre diameter d. (eller passageavsnitt) av den justerbara rörledningen är det nödvändigt att utföra beräkningar med hjälp av numeriska metoder för gasdynamik som beskriver det icke-stationära flödet, tillsammans med beräkningen av arbetsflödet i cylindern. Kriteriet är ökningen i kraften,

vridmoment eller reducera den specifika bränsleförbrukningen. Dessa beräkningar är mycket komplexa. Enklare definitionsmetoder L. tre d. Baserat på resultaten av experimentella studier.

Som ett resultat av behandlingen av ett stort antal experimentella data för att välja inre diameter d. Den justerbara rörledningen föreslås enligt följande:

var (μ. F. Y) Max är det mest effektiva området för inloppsventilplatsen. Längd L. Trifle-rörledningen kan bestämmas med formeln:

Observera att användningen av grenade inställda system som ett gemensamt rörmottagare - individuella rör visade sig vara mycket effektiva i kombination med turboladdning.

Användningen av resonanska avgasrör på motormodeller av alla klasser gör att du kan dramatiskt öka sportresultaten av tävlingen. Emellertid bestäms de geometriska parametrarna för rör som regel genom provningsmetoden och felet, eftersom det hittills inte finns någon tydlig förståelse och tydlig tolkning av de processer som uppstår i dessa gasdynamiska anordningar. Och i de få informationskällorna vid detta tillfälle ges motstridiga slutsatser som har en godtycklig tolkning.

För en detaljerad studie av processer i rören i en anpassad avgas, skapades en speciell installation. Den består av ett stativ för löpande motorer, en adaptermotor - ett rör med inredning för val av statiskt och dynamiskt tryck, två piezoelektriska sensorer, tvåstråloscilloskop C1-99, en kamera, ett resonanskt avgasrör från R-15 Motor med ett "teleskop" och ett hemlagat rör med svarta ytor och ytterligare värmeisolering.

Tryck i rören i avgasområdet bestämdes enligt följande: Motorn visas på resonansrevisioner (26000 rpm), data från de piezoelektriska sensorerna som är fästa vid de piezoelektriska sensorns ocilloskop, visades på oscilloskopet, frekvensen av svepet av som synkroniseras med motorns rotationsfrekvens, och oscillogrammet spelades in på filmen.

Efter att filmen manifesterats i en kontrasterande utvecklare överfördes bilden till dragkraften på skärmen av oscilloskopskärmen. Resultaten för röret från motorn R-15 visas i figur 1 och för ett hemlagat rör med svart och ytterligare värmeisolering - i figur 2.

På scheman:

P Dynamiskt tryck, p St - statiskt tryck. OSO - Öppning av avgasfönstret, NMT - Nedre dödpunkt, länken är stängningen av avgasfönstret.

Analys av kurvor gör att du kan identifiera fördelningen av tryck vid ingången till resonansröret i funktionen av vevaxelrotationsfasen. Ökning av det dynamiska trycket från det ögonblick som avgasfönstret upptäcks med diametern hos utgångsmunstycket 5 mm förekommer för R-15 ungefär 80 °. Och dess minimum ligger inom 50 ° - 60 ° från botten av den döda punkten vid maximal rening. Ökat tryck i den reflekterade vågan (från ett minimum) vid tidpunkten för stängning av avgasfönstret är ca 20% av det maximala värdet av R. fördröjning i den reflekterade vågens verkan avgaser - från 80 till 90 °. För statiskt tryck kännetecknas det av en ökning av 22 ° C "platå" på diagrammet upp till 62 ° från öppningen av avgasfönstret, med minst 3 ° från botten av den döda punkten. Självklart, i fallet med användning av ett liknande avgasrör, förekommer reningsfluktuationer vid 3 ° ... 20 ° efter botten av den döda punkten, och på något sätt var 30 ° efter öppningen av avgasfönstret tidigare trodde.

Dessa studier av det hemlagade röret skiljer sig från data R-15. Ökat dynamiskt tryck upp till 65 ° från öppningen av avgasfönstret åtföljs av ett minimum beläget 66 ° efter botten av den döda punkten. Samtidigt är ökningen av trycket i den reflekterade vågen från det lägsta ca 23%. Lastning i åtgärden av avgaser är mindre, vilket förmodligen beror på ökande temperatur i det värmeisolerade systemet och är ca 54 °. Rengöringsoscillationer är markerade vid 10 ° efter botten av den döda punkten.

Jämförelse av grafik kan det noteras att statiskt tryck i det värmeisolerade röret vid tidpunkten för stängning av avgasfönstret är mindre än i R-15. Dynamiskt tryck har emellertid maximalt en reflekterad våg av 54 ° efter stängning av avgasfönstret och i R-15, skiftas detta maximalt med 90 "! Skillnaderna är förknippade med skillnaden i diametrarna hos avgasrören: på R-15, som redan nämnts, är diametern 5 mm och på värmeisolerade - 6,5 mm. Dessutom, på grund av den mer avancerade geometrin hos röret R-15, är koefficienten för restaurering av statiskt tryck mer.

Effektiviseringskoefficienten för det resonansavgasrör beror i stor utsträckning på själva rörets geometriska parametrar, tvärsnittet av motorns, temperaturregimen och gasfördelningsfaserna.

Användningen av kontrollöverföringar och val av temperaturregimen hos det resonansavgasröret kommer att möjliggöra att övergå det maximala trycket hos den reflekterade avgasavågsvågen vid tiden av avgasfönstret är stängt och därigenom ökar effektiviteten kraftigt.

Skicka ditt bra arbete i kunskapsbasen är enkel. Använd formuläret nedan

Studenter, doktorander, unga forskare som använder kunskapsbasen i sina studier och arbete är mycket tacksamma för dig.

Postat av http://www.allbest.ru/

Postat av http://www.allbest.ru/

Federal byrå för utbildning

Gou VPO "Ural State Technical University - UPI uppkallad efter den första presidenten i Ryssland B.N. Yeltsin "

För manuskripträttigheter

Avhandling

för graden av kandidat av tekniska vetenskaper

Gasdynamik och lokal värmeöverföring i inloppssystemet för kolvmotorn

Snickare Leonid Valerevich

Vetenskaplig rådgivare:

läkare fysik-matematisk publik,

professor Zhilkin B.P.

Yekaterinburg 2009.

kolvmotorgasdynamikintagssystem

Avhandlingen består av administration, fem kapitel, slutsats, en lista över referenser, inklusive 112 namn. Det är upplagt på 159 sidor datoruppringning i MS Word-programmet och är utrustat med text 87 ritningar och 1 bord.

Nyckelord: Gasdynamik, kolvmotor, inloppssystem, tvärgående profilering, förbrukningsmaterial, lokal värmeöverföring, momentan lokal värmeöverföringskoefficient.

Syftet med studien var det icke-stationära luftflödet i kolvmotorns inloppssystem.

Målet med arbetet är att fastställa mönstren för förändringar i inloppsprocessens gasdynamiska och termiska egenskaper i kolvförbränningsmotorn från geometriska och regimfaktorer.

Det visas att genom att placera de profilerade insatserna är det möjligt att jämföra med en traditionell kanal av den konstanta rundan, för att förvärva ett antal fördelar: en ökning av volymflödet av luft som kommer in i cylindern; Ökningen av brantheten hos beroendet V på antalet rotation av vevaxeln n i rörelsesområdet för rotationsfrekvensen vid den "triangulära" insatsen eller linjäriseringen av utgiftsegenskaperna i hela rotationsnumren på axeln, som såväl som att undertrycka högfrekventa luftflödespulser i inloppskanalen.

Betydande skillnader i mönstren för att ändra koefficienterna för värmeöverföringskoefficienter från hastigheten W i det stationära och det pulserande flödet av luft i DV-inloppssystemet är etablerade. Approximationen av experimentdata erhölls ekvationer för beräkning av den lokala värmeöverföringskoefficienten i FEA: s inloppskrapa, både för stationärt flöde och för ett dynamiskt pulserande flöde.

Introduktion

1. Problemets tillstånd och ställa in målen för studien

2. Beskrivning av experimentinstallations- och mätmetoderna

2.2 Mätning av rotationshastigheten och hörnet av vevaxelns rotation

2.3 Mätning av den momentana förbrukningen av sugluft

2.4 System för mätning av momentana värmeöverföringskoefficienter

2.5 Datainsamlingssystem

3. Gasdynamik och förbrukningsmaterial Inmatningsprocess i förbränningsmotorn vid olika inloppssystemkonfigurationer

3.1 Gasdynamik i inloppsprocessen utan att ta hänsyn till effekten av filterelementet

3.2 Filterelementets påverkan på gasdynamiken i inloppsprocessen i olika inloppssystemkonfigurationer

3.3 Förbrukningsvaror och spektralanalys av inloppsprocessen med olika inloppssystemkonfigurationer med olika filterelement

4. Värmeöverföringen i inloppskanalen hos kolvmotorn för förbränning

4.1 Kalibrering av mätsystemet för att bestämma den lokala värmeöverföringskoefficienten

4.2 Lokal värmeöverföringskoefficient i inloppskanalen hos förbränningsmotorn vid inpatientläge

4.3 Instant lokal värmeöverföringskoefficient i inloppskanalen hos förbränningsmotorn

4.4 Inverkan av konfigurationen av inloppssystemet för förbränningsmotorn på den momentana lokala värmeöverföringskoefficienten

5. Frågor praktisk applikation Resultat av arbete

5.1 Konstruktiv och teknisk design

5.2 Energi och resursbesparing

Slutsats

Bibliografi

Lista över grundläggande beteckningar och förkortningar

Alla symboler förklaras när de används först i texten. Följande är bara en lista med endast de mest förbrukningsbeteckningar:

d-diameter av rör, mm;

d e är en ekvivalent (hydraulisk) diameter, mm;

F - yta, m 2;

i - Aktuell styrka, och;

G - massflöde luft, kg / s;

L - längd, m;

l är en karakteristisk linjär storlek, m;

n är vevaxelns rotationshastighet, min -1;

p - atmosfärstryck, PA;

R - motstånd, ohm;

T - absolut temperatur, k;

t - Temperaturen på Celsius-skalaen, o C;

U-spänning, i;

V - Luftflödeshastighet, m 3 / s;

w - Luftflödeshastighet, m / s;

En överskott av luftkoefficient;

g - vinkel, hagel;

Vevaxelns rotationsvinkel, hagel., P.k.v.;

Värmeledningsförmåga koefficient, w / (m k);

Koefficient kinematisk viskositet, m 2 / s;

Densitet, kg / m 3;

Tid, s;

Motståndskoefficient;

Basiska nedskärningar:

p.k.v. - vevaxelns rotation;

DVS - förbränningsmotor;

NMT - övre döda punkt;

NMT - lägre dödpunkt

ADC - ANALOG-TO-DIGITAL CONVERTER;

BPF - Snabb Fourier Transformation.

Tal:

Re \u003d wd / - Rangelds nummer;

Nu \u003d D / - Antal Nusselt.

Introduktion

Den huvudsakliga uppgiften i utvecklingen och förbättringen av kolvförbränningsmotorerna är att förbättra fyllningen av cylindern med en ny laddning (eller med andra ord, en ökning av motorns fyllningskoefficient). För närvarande har utvecklingen av DVS nått en sådan nivå att förbättringen av någon teknisk och ekonomisk indikator åtminstone på den tionde andelen av procentsatsen med minimala material och tillfälliga kostnader är en verklig prestation för forskare eller ingenjörer. För att uppnå målet erbjuder forskarna och använda en mängd olika metoder bland de vanligaste kan särskiljas av följande: dynamisk (tröghet) reducerande, turboladdning eller luftblåsare, inloppskanal av variabel längd, justering av mekanismen och faserna av gasdistribution, optimering av inloppssystemets konfiguration. Användningen av dessa metoder gör det möjligt att förbättra cylinderns fyllning med en ny laddning, vilket i sin tur ökar motorkraften och dess tekniska och ekonomiska indikatorer.

Användningen av de flesta av de aktuella metoderna kräver emellertid betydande materialinvesteringar och en betydande modernisering av inloppssystemets utformning och motorn som helhet. Därför är en av de vanligaste men inte den enklaste hittills att metoderna för att öka fyllningsfaktorn att optimera konfigurationen av motorns inloppsbanan. I det här fallet utförs studien och förbättring av motorens inloppskanal oftast av metoden för matematisk modellering eller statiska utlopp av inloppssystemet. Dessa metoder kan emellertid inte ge korrekta resultat på den moderna nivån av motorutveckling, eftersom den verkliga processen i motorens gasluftsvägar är en tredimensionell gasbläckstråleutgång genom ventilluckan till en delvis fylld utrymme för den variabla volymcylindern. En analys av litteraturen visade att informationen om inloppsprocessen i verkligt dynamiskt läge är praktiskt taget frånvarande.

Således kan pålitliga och korrekta gasdynamiska och värmeväxlingsdata för inloppsprocessen erhållas uteslutande i studier om dynamiska modeller av DVS eller verkliga motorer. Endast sådana erfarna data kan ge den nödvändiga informationen för att förbättra motorn på nuvarande nivå.

Syftet med arbetet är att fastställa mönstren att ändra de gasdynamiska och termiska egenskaperna hos processen att fylla cylindern med en ny laddning av kolvförbränningsmotor från geometriska och regimfaktorer.

Den vetenskapliga nyheten av de viktigaste bestämmelserna i arbetet är att författaren för första gången:

Amplitudfrekvensegenskaperna hos pulsationseffekterna som uppstår i strömmen i kolvmotorns inloppsgrenrör (rör);

En metod för att öka luftflödet (i genomsnitt med 24%) som kommer in i cylindern med profilerade insatser i inloppsröret, vilket leder till en ökning av motorkraften.

Mönstren av förändringar i den momentana lokala värmeöverföringskoefficienten i kolvmotorinloppsröret är etablerade;

Det visas att användningen av profilerade insatser minskar uppvärmningen av fräsch laddning vid intaget med i genomsnitt 30%, vilket kommer att förbättra cylinderns fyllning.

Allmänt i form av empiriska ekvationer Den erhållna experimentella data på den lokala värmeöverföringen av det pulserande flödet av luft i inloppsröret.

Resultatets noggrannhet är baserad på tillförlitligheten hos experimentella data som erhållits genom kombinationen av oberoende forskningsmetoder och bekräftas av reproducerbarheten av experimentella resultat, deras goda överenskommelse på nivå av testexperiment med dessa författare, liksom användningen av a Komplex av moderna forskningsmetoder, urval av mätutrustning, systematisk testning och inriktning.

Praktisk betydelse. De erhållna experimentella data skapar grunden för utveckling av tekniska metoder för beräkning och utformning av bläckfärgssystem och även utöka teoretiska representationer om gasdynamik och lokal luftvärmeöverföring under intaget i kolvmotorn. De enskilda resultaten av arbetet gjordes till genomförandet av Ural Diesel Motor Plant LLC i design och modernisering av 6DM-21L och 8DM-21L-motorer.

Metoder för bestämning av flödeshastigheten för det pulserande luftflödet i motorens inloppsrör och intensiteten av momentan värmeöverföring i den;

Experimentella data på gasdynamik och en momentan lokal värmeöverföringskoefficient i inloppskanalen hos ingångskanalen i inloppsprocessen;

Resultaten av generaliseringen av data om den lokala luftvärmeöverföringskoefficienten i DVS-inloppskanalen i form av empiriska ekvationer;

Godkännande av arbete. De viktigaste resultaten av studier som anges i avhandlingen rapporterade och presenterades vid "Rapporteringskonferenser av unga forskare", Yekaterinburg, Ugtu-upi (2006-2008). Vetenskaplig seminarier avdelning "teoretisk värmekonstruktion" och "turbiner och motorer", Jekaterinburg, Ugtu-upi (2006 - 2008); Vetenskaplig och teknisk konferens "Förbättrad effektivitet av kraftverk av hjul och spårade maskiner", Chelyabinsk: Chelyabinsk Högste Militär Automobile Communist Party School (Military Institute) (2008); Vetenskaplig och teknisk konferens "Utveckling av teknik i Ryssland", St Petersburg (2009); på det vetenskapliga och tekniska rådet under Ural Diesel Motor Plant LLC, Yekaterinburg (2009); På det vetenskapliga och tekniska rådet för OJSC NII AutoTractor Technology, Chelyabinsk (2009).

Avhandlingsarbetet utfördes vid avdelningarna "teoretiska värmekonstruktioner och" turbiner och motorer ".

1. Översikt modern stat Studier av kolvinloppsinloppssystem

Hittills finns det ett stort antal litteratur där det konstruktiva utförandet av olika system av kolvförbränningsmotorer, i synnerhet, individuella delar av intaget system av DVS. Det finns emellertid praktiskt taget ingen underbyggnad av de föreslagna konstruktionslösningarna genom att analysera gasdynamik och värmeöverföring av inloppsprocessen. Och endast i enskilda monografier ger experimentella eller statistiska data om resultaten av operationen, vilket bekräftar genomförbarheten av en eller annan konstruktiv prestanda. I detta avseende kan det hävdas att förrän nyligen har otillräcklig uppmärksamhet åt studien och optimering av kolvmotorer inloppssystem.

Under de senaste årtiondena börjar i samband med stramning av ekonomiska och miljömässiga krav på förbränningsmotorer, att undersöka forskare och ingenjörer mer och mer uppmärksamhet åt att förbättra intagssystemen hos både bensin och dieselmotorer, vilket tror att deras prestanda är i stor utsträckning beroende av Perfektion av processer som förekommer i gasluftsvägar.

1.1 Grundläggande delar av kolvinloppsinloppssystem

Kolvmotorns inloppssystem består i allmänhet av ett luftfilter, ett inloppsgrenrör (eller inloppsrör), cylinderhuvuden som innehåller intag och utloppskanaler, liksom ventilmekanismen. Som ett exempel visas i figur 1.1 ett diagram över inloppssystemet hos YMZ-238-dieselmotorn.

Fikon. 1,1. Schema av inloppssystemet i YMZ-238 dieselmotor: 1 - Inloppsgrenrör (rör); 2 - Gummipackning; 3,5 - Anslutningsmunstycken; 4 - Beräknad packning; 6 - Slang; 7 - Luftfilter

Valet av optimala strukturella parametrar och de aerodynamiska egenskaperna hos inloppssystemet förutbestämmer det effektiva arbetsflödet och hög nivå av utgångsindikatorer för förbränningsmotorer.

Tänk kort på var och en kompositelement inloppssystem och dess huvudfunktioner.

Cylinderhuvudet är ett av de mest komplexa och viktiga elementen i förbränningsmotorn. Från det korrekta valet av formen och storleken på huvudelementen (först och främst är perfektion av fyllnings- och blandningsprocesser i stor utsträckning beror på storleken på intag och avgasventiler).

Cylinderhuvuden är huvudsakligen gjorda med två eller fyra ventiler på cylindern. Fördelarna med tvåflamdesignen är enkelhet av tillverkningsteknik och designschemat, i mindre strukturmassa och värde, antalet rörliga delar i drivmekanismen, underhålls- och reparationskostnaderna.

Fördelarna med fyrfiskade strukturer består i bättre användning av området begränsat av cylinderkretsen, för ventilovins passande områden, i en effektivare gasbytesprocess, i en mindre termisk spänning av huvudet på grund av en mer likformig Termiskt tillstånd, i möjligheten till central placering av munstycket eller ljus, vilket ökar likformigheten hos kolvgruppens termiska tillståndsdelar.

Det finns exempelvis andra konstruktioner av cylinderhuvuden, med tre inloppsventiler och en eller två examen per cylinder. Sådana system tillämpas emellertid relativt sällsynta, främst i mycket anslutna (racing) motorer.

Inverkan av antalet ventiler på gasdynamik och värmeöverföring i inloppsbanan är i allmänhet praktiskt taget inte studerat.

Mest viktiga element Cylinderhuvuden från synvinkeln på deras inflytande på gasdynamik och värmeväxlingsinloppsprocess i motorn är de typer av inloppskanaler.

Ett av sätten att optimera fyllningsprocessen är profilering av inloppskanaler i cylinderhuvudet. Det finns ett brett utbud av former av profilering för att säkerställa den riktningsrörelse av fräsch laddning i motorcylindern och förbättrar blandningsprocessen, de beskrivs i de mest detaljerade.

Beroende på typen av blandningsprocess utförs inloppskanalerna av enfunktionell (äcklig), vilket endast fylls med cylindrar med luft eller tvåfunktion (tangentiell, skruv eller annan typ) som används för inlopp och vridning av luftladdning i cylinder och förbränningskammare.

Låt oss vända sig till frågan om funktionerna i utformningen av insugningssamlare av bensin och dieselmotorer. En analys av litteraturen visar att inloppskollektorn (eller bläckröret) ges liten uppmärksamhet, och det anses ofta endast som en rörledning för att tillföra luft- eller bränsle-luftblandning i motorn.

Luftfiltret är en integrerad del av inloppssystemet för kolvmotorn. Det bör noteras att i litteraturen är mer uppmärksamhet åt design, material och motstånd hos filterelementen och samtidigt effekten av filtreringselementet på gasdynamiska och värmeväxlade indikatorer, liksom utgifterna Kännetecken för kolvförbränningssystemet, är praktiskt taget inte övervägt.

1.2 Gasdynamik av flöde i inloppskanaler och metoder för att studera inloppsprocessen i kolvmotorn

För en mer exakt förståelse av den fysiska väsen av de resultat som erhållits av andra författare, beskrivs de samtidigt med de teoretiska och experimentella metoderna som används, eftersom metoden och resultatet är i en enda organisk kommunikation.

Metoder för studier av inloppssystem av KHOS kan delas upp i två stora grupper. Den första gruppen innefattar teoretisk analys av processerna i inloppssystemet, inklusive deras numeriska simulering. Till den andra gruppen kommer vi att rita alla sätt som experimentellt studerar inloppsprocessen.

Valet av forskningsmetoder, uppskattningar och justering av inloppssystem bestäms av de inställda målen, liksom befintliga material, experimentella och beräknade möjligheter.

Hittills finns det inga analytiska metoder som gör det möjligt att vara ganska korrekt för att uppskatta nivån av gasintensitet i förbränningskammaren, liksom lösa privata problem som är förknippade med en beskrivning av rörelsen i inloppsbanan och gasutgången från ventilgapet i den reala osalösa processen. Detta beror på svårigheterna att beskriva det tredimensionella flödet av gaser på kröklinjiga kanaler med plötsliga hinder, en komplex rymdströmsstruktur, med ett strålgasutlopp genom ventilluckan och ett partiellt fyllt utrymme av en variabel volymcylinder, interaktionen av flöden mellan sig, med cylinderns väggar och kolvens rörliga botten. Analytisk bestämning av det optimala hastighetsfältet i inloppsröret, i ringventilspåret och fördelningen av flöden i cylindern kompliceras genom bristen på exakta metoder för utvärdering av aerodynamiska förluster som uppstår på grund av en ny laddning i inloppssystemet och när gas i cylindern och flödet runt sina inre ytor. Det är känt att i kanalen finns instabila zoner av övergången av flödet från laminärt till det turbulenta flödesläget, området för separation av gränsskiktet. Flödesstrukturen kännetecknas av variabler i tid och platsen för Reynolds, nivån av icke-stationäritet, intensitet och skala av turbulens.

Många multidirectional work ägnas åt numerisk modellering av luftens rörelse på inloppet. De producerar modellering av vortexintag-flödet av inloppet av inloppets inlopps inlopp, beräkningen av det tredimensionella flödet i inloppskanalerna i cylinderhuvudet, modellerar strömmen i inloppsfönstret och motorn Cylinder, en analys av effekten av direktflöde och virvlande strömmar på blandningsprocessen och beräknade studier av effekten av laddning som vrids i dieselcylindern storleken av utsläpp av kväveoxider och indikatorcykelindikatorer. Men endast i några av verken bekräftas numerisk simulering av experimentella data. Och enbart på teoretiska studier är det svårt att bedöma noggrannheten och graden av tillämplighet av data. Det bör också betonas att nästan alla numeriska metoder huvudsakligen syftar till att studera processerna i den redan existerande utformningen av inloppssystemets intensitet för att eliminera dess brister och inte utveckla nya, effektiva designlösningar.

Parallellt appliceras de klassiska analytiska metoderna för beräkning av arbetsflödet i motorn och separata gasutbytesprocesser. I beräkningarna av gasflödet i inlopps- och avgasventilerna och kanalerna används emellertid huvudsakligen ekvationerna för ett-dimensionellt stationärt flöde, som huvudsakligen tar den aktuella kvasi-stationära. Därför uppskattas de beräkningsmetoder som behandlas exklusivt (ungefärliga) och kräver därför experimentell förfining i laboratoriet eller på en riktig motor under bänkprov. Metoder för beräkning av gasutbytet och de huvudgasdynamiska indikatorerna för inloppsprocessen i en svårare formulering utvecklas i verken. De ger emellertid också endast generell information om de diskuterade processerna, utgör inte en tillräckligt fullständig representation av gasdynamiska och värmeväxling, eftersom de är baserade på statistiska data som erhållits i matematiska modellering och / eller statiska utlopp av inloppskanalen av bläcket och på metoderna för numerisk simulering.

De mest exakta och tillförlitliga data på inloppsprocessen i kolvmotorn kan erhållas i studien på realtidsmotorer.

Till de första studierna av laddningen i motorcylindern på axeltestläget kan de klassiska experimenten i Ricardo och kontanterna tillskrivas. Riccardo installerade en pumphjul i förbränningskammaren och spelade in sin rotationshastighet när motoraxeln kontrolleras. Anemometern fixerade det genomsnittliga gashastighetsvärdet för en cykel. Ricardo introducerade begreppet "Vortex-förhållande", som motsvarar förhållandet mellan pumphjulets frekvens, mätt virvelns rotation och vevaxeln. Kassen installerade plattan i den öppna förbränningskammaren och spelade in effekten på luftflödet. Det finns andra sätt att använda plattor i samband med tensidat eller induktiva sensorer. Emellertid deformerar installationen av plattor den roterande strömmen, vilken är nackdelen med sådana metoder.

En modern studie av gasdynamik direkt på motorerna kräver särskilda mätinstrument som kan arbeta under negativa förhållanden (buller, vibrationer, roterande element, höga temperaturer och tryck vid förbränning av bränsle och i avgaskanaler). I det här fallet är processerna i DVS höghastighet och periodisk, så mätutrustningen och sensorerna måste ha mycket hög hastighet. Allt detta komplicerar i hög grad studien av inloppsprocessen.

Det bör noteras att för närvarande används metoder för naturlig forskning om motorer, både för att studera luftflödet i inloppssystemet och motorns cylinder och för analys av effekten av virvelbildning på inloppet för toxiciteten av avgaser.

Naturliga studier, där samtidigt ett stort antal olika faktorer verkar, inte tillåter att penetrera detaljerna i mekanismen för ett separat fenomen, tillåter emellertid inte att använda hög precision, komplex utrustning. Allt detta är prerogativet för laboratorieundersökningar med hjälp av komplexa metoder.

Resultaten av studien av gasdynamik i inloppsprocessen, som erhållits i studien om motorer är ganska detaljerade i monografi.

Av dessa är det största intresset oscillogrammet av förändringar i luftflödeshastigheten i ingångssektionen av inloppskanalen hos motorn av C10.5 / 12 (d 37) hos Vladimir-traktoranläggningen, som presenteras i Figur 1.2.

Fikon. 1,2. Flödesparametrar i kanalens ingångssektion: 1 - 30 S-1, 2-25 S-1, 3-20 S-1

Mätning av luftflödeshastigheten i denna studie utfördes med användning av en termoemometer som arbetar i DC-läge.

Och här är det lämpligt att vara uppmärksam på själva metoden för termoemometri, som tack vare ett antal fördelar, fick en sådan utbredd gasdynamik av olika processer i forskning. För närvarande finns det olika system av termoanemometrar beroende på uppgifter och forskningsområde. Den mest detaljerade teorin om termoenemometri anses vara i. Det bör också noteras en mängd olika termoemometer sensordesigner, vilket indikerar den utbredda användningen av denna metod inom alla branscher, inklusive teknik.

Tänk på frågan om tillämpligheten av termoenemometri-metoden för att studera inloppsprocessen i kolvmotorn. Således gör de små dimensionerna av det känsliga elementet i termoemometer-sensorn inte signifikanta förändringar i flödet av luftflödet; Hög känslighet hos anemometrarna gör att du kan registrera fluktuationer med små amplituder och högfrekvenser; Enkelheten hos hårdvaru-systemet gör det möjligt att enkelt spela in den elektriska signalen från termoemometerns utgång, följt av dess bearbetning på en persondator. I termomometri används den i limningslägen för en-, två- eller trekomponentsensorer. En tråd eller filmer av eldfasta metaller med en tjocklek av 0,5-20 μm och en längd av 1-12 mm används vanligtvis som ett känsligt element i termoemometer-sensorn, som är fixerad på krom- eller krom-läderben. Det senare passerar genom ett porslin två-, trevägs eller fyrträsrör, som sätts på metallfallet som tätar från genombrottet, metallfodralet, oked i blockhuvudet för studien av det intracylindriga utrymmet eller i rörledningar för att bestämma medel- och krusningskomponenterna i gashastigheten.

Och nu tillbaka till oscillogrammet som visas i Figur 1.2. Diagrammet uppmärksammar det faktum att det utgör en förändring av luftflödeshastigheten från vevaxelns rotationsvinkel (p.k.v.) endast för inloppstakten (200 grader. P.k.v.), medan resten information på andra klockor som den var "beskurna". Detta oscillogram erhålles för vevaxelns rotationsfrekvens från 600 till 1800 min -1, medan i moderna motorer Utbud av driftshastigheter är mycket bredare: 600-3000 min -1. Uppmärksamhet dras till det faktum att flödeshastigheten i kanalen före öppning av ventilen inte är noll. I sin tur, efter stängning av inloppsventilen, återställs hastigheten, förmodligen, eftersom i vägen finns ett högfrekvent fram och återgående flöde, vilket i vissa motorer används för att skapa en dynamisk (eller otrygghet).

Därför är det viktigt att förstå processen som helhet, data om förändringen i luftflödeshastigheten i inloppskanalen för hela motorflödet hos motorn (720 grader, PKV) och i hela arbetsområdet för vevaxelrotationsfrekvensen. Dessa data är nödvändiga för att förbättra inloppsprocessen, leta efter sätt att öka storleken på en ny laddning som ingås i motorcylindrarna och skapa dynamiska supercharow-system.

Kortfattat överväga särdragen i dynamisk överladdad i kolvmotorn, som utförs på olika sätt. Inte bara gasdistributionsfaserna, utan också utformningen av intag och examensvägar påverkar intagsprocessen. Kolvens rörelse när inloppstakten leder till en öppen inloppsventil till bildningen av backpressurvågen. Vid en öppen inloppsrörledning uppträder denna tryckvåg med en massa fast luftluft, reflekterad från den och rör sig tillbaka till inloppsröret. Den fluktuala luftkolonnens fluktuerade luftfel i inloppsrörledningen kan användas för att öka fyllningen av cylindrar med frisk laddning och därigenom erhåller en stor mängd vridmoment.

Med en annan form av dynamisk superchard - tröghet överlägsen har varje inloppskanal av cylindern sitt eget separata resonatorrör, motsvarande längd-akustik ansluten till uppsamlingskammaren. I sådana resonatorrör kan kompressionsvågen som kommer från cylindrar spridas oberoende av varandra. Vid koordinering av längden och diametern hos enskilda resonatorrör med faser av gasdistributionsfasen återgår kompressionsvågen, återspeglas i änden av resonatorröret genom cylinderns öppna inloppsventil och säkerställer därigenom sin bästa fyllning.

Den resonansreducerande är baserad på det faktum att i luftflödet i inloppsrörledningen vid en viss rotationshastighet hos vevaxeln finns resonansoscillationer som orsakas av kolvens fram- och återgående rörelse. Detta, med den korrekta layouten av inloppssystemet, leder till en ytterligare ökning av tryck och en ytterligare adhesiv effekt.

Samtidigt fungerar de nämnda dynamiska boostmetoderna i ett smalt antal lägen, kräver en mycket komplex och permanent inställning, eftersom motorns akustiska egenskaper förändras.

Även gasdynamikdata för hela motorflödet hos motorn kan vara användbara för att optimera fyllningsprocessen och söker efter att det ökar luftflödet genom motorn och följaktligen dess effekt. Samtidigt, intensiteten och skalaen av luftflödets turbulens, som alstras i inloppskanalen, såväl som antalet vorter som bildas under inloppsprocessen.

Det snabba flödet av laddning och storskalig turbulens i luftflödet ger god blandning av luft och bränsle och därigenom full förbränning med låg koncentration skadliga ämnen I avgaserna.

Ett sätt att skapa virvelerna i inloppsprocessen är användningen av en flik som delar inloppsbanan i två kanaler, varav en kan överlappa den, styr rörelsen av laddningen av blandningen. Det finns ett stort antal designversioner för att ge den tangentiella komponenten i flödesrörelsen för att organisera riktningsvorster i inloppsrörledningen och motorcylindern
. Syftet med alla dessa lösningar är att skapa och hantera vertikala virvlar i motorcylindern.

Det finns andra sätt att styra fyllningens fräscha laddning. Utformningen av en spiralintagskanal används i motorn med ett annat steg av varv, plana arenor på innerväggen och skarpa kanter vid kanalutgången. En annan anordning för reglering av vortexbildningen i motorns cylinder är en spiralfjäder installerad i inloppskanalen och stift fast i ena änden före ventilen.

Det är således möjligt att notera trenden av forskare att skapa stora virvelvindar av olika distributionsanvisningar på inloppet. I det här fallet måste luftflödet huvudsakligen innehålla storskalig turbulens. Detta leder till en förbättring av blandningen och efterföljande förbränning av bränsle, både i bensin och i dieselmotorer. Och som ett resultat minskar den specifika konsumtionen av bränsle och utsläpp av skadliga ämnen med förbrukade gaser.

Men i litteraturen finns det ingen information om försök att styra vortexbildningen med tvärgående profilering - en förändring i formuläret tvärsnitt Kanal, och det är känt att starkt påverka flödesens natur.

Efter det föregående kan man dra slutsatsen att i detta skede i litteraturen finns en betydande brist på pålitlig och fullständig information om gasdynamiken i inloppsprocessen, nämligen: Ändra hastigheten på luftflödet från vevaxelns hörn för Motorns hela arbetsflödet i driftsområdet för vevaxelrotationsfrekvensaxeln; Effekten av filtret på gasdynamiken i inloppsprocessen; Skalan av turbulensen uppstår under intaget; Inverkan av hydrodynamisk nonstationaritet på förbrukningsmaterialet i inloppskanalen av DVS, etc.

Den brådskande uppgiften är att söka efter metoderna för att öka luftflödet genom motorcylindrarna med minimal motorns förfining.

Som redan nämnts ovan kan de mest kompletta och pålitliga ingångsdata erhållas från studier på verkliga motorer. Men denna forskningsriktning är väldigt komplex och dyr, och för ett antal problem är det nästan omöjligt, därför har de kombinerade metoderna för att studera processer i ICC utvecklats av experimenter. Tänk på utbredd från dem.

Utvecklingen av en uppsättning parametrar och metoder för beräkning och experimentella studier beror på det stora antalet omfattande analytiska beskrivningar av konstruktionen av kolvmotorns inloppssystem, dynamiken i processen och rörelsen av laddningen i inloppskanaler och cylinder.

Acceptabla resultat kan erhållas när en gemensam studie av inloppsprocessen på en persondator med numeriska modelleringsmetoder och experimentellt genom statiska utrensningar. Enligt denna teknik har många olika studier gjorts. I sådana verk flyter antingen möjligheten till numerisk simulering av virvlande i inloppssystemet i bläcksystemet, följt av testning av resultaten med en rengöring i statiskt läge på en inspektörsinstallation, eller en beräknad matematisk modell, utvecklas baserat på experimentella data som erhållits i statiska lägen eller under drift av individuella modifieringar av motorer. Vi betonar att grunden för nästan alla sådana studier tas i experimentdata som erhållits med hjälp av statisk blåsning av inloppssystemet i bläcksystemet.

Tänk på ett klassiskt sätt att studera intagsprocessen med en verandaanometer. Med fasta ventilläppar, producerar den en rengöring av testkanalen med olika andra luftförbrukning. För rening används äkta cylinderhuvuden, gjutna från metall, eller deras modeller (hopfällbart trä, gips, från epoxihartser, etc.) monterade med ventiler som styr busslinjer och sadlar. Men som beskrivna jämförande test ger denna metod information om effekten av banans form, men pumphjulet svarar inte på verkan av hela luftflödet i tvärsnitt, vilket kan leda till ett signifikant fel vid uppskattning av Intensiteten av laddningen i cylindern, som bekräftas matematiskt och experimentellt.

En annan bredspilierad metod för att studera påfyllningsprocessen är en metod med användning av en dold gitter. Denna metod skiljer sig från den föregående med det faktum att det absorberade roterande luftflödet skickas till fästningen på bladet på det dolda rutnätet. I detta fall är den roterande strömmen stulen och ett strålmoment bildas på bladen, som registreras av den kapacitiva sensorn i storleken på torkningsvinkeln. Den dolda strömmen, som har passerat genom gallret, strömmar genom en öppen sektion i slutet av hylsan i atmosfären. Med den här metoden kan du ha en fullständigt utvärdera inloppskanalen för energiindikatorer och med storleken av aerodynamiska förluster.

Även trots att metoderna för forskning på statiska modeller endast ger den mest allmänna idén om inloppsprocessens gasdynamiska och värmeväxlingsegenskaper, förblir de fortfarande relevanta på grund av deras enkelhet. Forskare använder alltmer dessa metoder för preliminär bedömning av utsikterna till intagssystem eller omvandling redan befintliga. Men för en komplett är detaljerad förståelse av fenomenets fysik under inloppsprocessen av dessa metoder klart inte tillräckligt.

En av de mest exakta och effektiva sätt Studier av inloppsprocessen i DVS är experiment på speciella, dynamiska installationer. Under antagandet att gasdynamiska och värmeväxlingsfunktioner och egenskaper hos laddningen i inloppssystemet är funktioner av endast geometriska parametrar och regimfaktorer för studien, är det mycket användbart att använda en dynamisk modell - experimentell installation, som oftast representerar en endimensionell motormodell på olika höghastighetslägenagerar genom att testa vevaxeln från en extern energikälla och utrustad med olika typer av sensorer. I det här fallet kan du uppskatta den totala effektiviteten från vissa lösningar eller deras effektivitet är element. I allmänhet reduceras ett sådant experiment för att bestämma flödesegenskaperna i olika element i inloppssystemet (momentana temperaturvärden, tryck och hastighet), varierande hörnet av vevaxelns rotation.

Således är det mest optimala sättet att studera inloppsprocessen, som ger full och tillförlitlig data skapandet av en encylindrös dynamisk modell av kolvmotor, som drivs till rotation från en extern energikälla. I det här fallet tillåter denna metod att undersöka både gasdynamiska och värmeväxlare av påfyllningsprocessen i kolvförbränningsmotorn. Användningen av termoenemometriska metoder kommer att göra det möjligt att erhålla tillförlitliga data utan en signifikant effekt på de processer som uppstår i intagssystemet hos den experimentella motormodellen.

1.3 Egenskaper hos värmeväxlingsprocesser i inloppssystemet för kolvmotorn

Studien av värmeväxling i kolvförbränningsmotor började faktiskt från skapandet av de första arbetsmaskinerna - J. Lenoara, N. Otto och R. diesel. Och naturligtvis i början särskild uppmärksamhet Det betalades till studien av värmeväxling i motorcylindern. De första klassiska verken i den här riktningen kan tillskrivas.

Men endast arbete som utförts av V.I. Grinevik blev en solid grund, vilket visade sig vara möjligt att bygga teorin om värmeväxling för kolvmotorer. Den aktuella monografen är främst avsedd för den termiska beräkningen av intra-cylindriska processer i OI. Samtidigt kan det också hitta information om de värmeväxlade indikatorerna i inloppsprocessen av intresse för oss, nämligen finns det statistiska data om storleken på uppvärmning av fräsch laddning, liksom empiriska formler för att beräkna parametrarna vid början och slutet av inloppstakten.

Vidare började forskare lösa fler privata uppgifter. I synnerhet fick V. Nusselt och publicerat en formel för värmeöverföringskoefficient i en kolvmotorcylinder. N.r. Brilling i sin monografi klargjorde formeln för Nusselt och visade sig tydligt att i varje fall (motortyp, metod för att blanda bildning, hastighet, blomstrande nivå) bör lokala värmeöverföringskoefficienter klargöras av resultaten av direkta experiment.

En annan riktning i studien av kolvmotorer är studien av värmeväxling i flödet av avgaser, i synnerhet, erhållande av data om värmeöverföring under ett turbulent gasflöde i avgasröret. Ett stort antal litteratur ägnas åt att lösa dessa uppgifter. Denna riktning är ganska väl studerad både i statiska rengöringsförhållanden och under hydrodynamisk nonstationaritet. Detta beror främst på det faktum att det, genom att förbättra avgassystemet, är möjligt att avsevärt öka de tekniska och ekonomiska indikatorerna för kolvförbränningsmotorn. Under utvecklingen av detta område genomfördes många teoretiska verk, inklusive analytiska lösningar och matematisk modellering, liksom många experimentella studier. Som ett resultat av en sådan omfattande studie av frisättningsprocessen föreslog ett stort antal indikatorer som kännetecknas av frisättningsprocessen för vilka kvaliteten på utformningen av avgassystemet kan bedömas.

Studien av värmeväxling av inloppsprocessen får fortfarande otillräcklig uppmärksamhet. Detta kan förklaras av det faktum att studier inom värmeväxlingsoptimering i cylindern och avgassystemet initialt var effektivare när det gäller att förbättra kolvmotorns konkurrenskraft. För närvarande har utvecklingen av motorindustrin nått en sådan nivå att en ökning av motorindikatorn minst några tiondelar procent anses vara en allvarlig prestation för forskare och ingenjörer. Därför, med hänsyn till det faktum att anvisningarna för att förbättra dessa system är huvudsakligen uttömda, söker för närvarande fler och fler specialister efter nya möjligheter att förbättra arbetsflödena hos kolvmotorer. Och en av sådana riktningar är studien av värmeväxling under inloppet i inloppet.

I litteraturen om värmeväxling i inloppsprocessen kan arbetet särskiljas på studien av påverkan av intensiteten hos virvelflödet av laddning på inloppet på motortillståndet (cylinderhuvud, intag och avgasventil, cylinderytor). Dessa verk är av stor teoretisk karaktär; Baserat på att lösa de olinjära Navier-Stokes-ekvationerna och Fourier-OstroGradsky, liksom matematisk modellering med hjälp av dessa ekvationer. Med tanke på ett stort antal antaganden kan resultaten tas som grund för experimentella studier och / eller beräknas i tekniska beräkningar. Dessutom innehåller dessa verk experimentella studier för att bestämma lokala icke-stationära värmeflödringar i en dieselförbränningskammare i ett brett spektrum av intensitet inloppsluftintensitet.

Ovannämnda värmeväxlingsarbete i inloppsprocessen påverkar oftast inte påverkan av gasdynamik på den lokala intensiteten av värmeöverföring, vilket bestämmer storleken på uppvärmningen av fräsch laddning och temperaturspänning i inloppsgrenröret (röret). Men som är välkänt har storleken av uppvärmningen av fräsch laddning en signifikant effekt på massförbrukningen av fräsch laddning genom motorcylindrarna och följaktligen dess effekt. Dessutom kan en minskning av den dynamiska intensiteten av värmeöverföring i kolvmotorns inloppsväg minska sin temperaturspänning och därigenom öka resursen hos detta element. Därför är studien och lösning av dessa uppgifter en brådskande uppgift för utvecklingen av motorbyggnaden.

Det bör anges att för närvarande för tekniska beräkningar använder statisk utrensningsdata, vilket inte är korrekt, eftersom icke-stationäritet (flödespulsering) starkt påverkar värmeöverföring i kanalerna. Experimentella och teoretiska studier indikerar en signifikant skillnad i värmeöverföringskoefficienten i nonstationära förhållanden från ett stationärt fall. Det kan nå ett 3-4-faldigt värde. Den främsta orsaken till denna skillnad är den specifika omstruktureringen av den turbulenta strömstrukturen, som visas i.

Det är uppenbart att det som ett resultat av effekten på flödet av dynamisk nonstationaritet (strömacceleration), sker det i den kinematiska strukturen, vilket leder till en minskning av intensiteten av värmeväxlingsprocesser. Arbetet konstaterades också att accelerationen av flödet leder till en 2-3-till-larmökning i de garvande tangentspänningarna och därefter så mycket som minskningen av lokala värmeöverföringskoefficienter.

För att beräkna storleken på uppvärmningen av fräsch laddning och bestämning av temperaturspänningarna i inloppsgrenröret (rör) behövs data på den momentana lokala värmeöverföringen i denna kanal, eftersom resultaten av statiska utrensningar kan leda till allvarliga fel ( Mer än 50%) Vid bestämning av värmeöverföringskoefficienten i intagskanalen som är oacceptabel även för tekniska beräkningar.

1.4 Slutsatser och fastställa målen för studien

Baserat på ovanstående kan följande slutsatser dras. Tekniska egenskaper Den förbränningsmotor bestäms i stor utsträckning av den aerodynamiska kvaliteten på inloppsvägen som en helhet och individuella element: Inloppsgrenröret (inloppsröret), kanalen i cylinderhuvudet, dess nacke och ventilplattor, förbränningskammare i botten av kolv.

Det är emellertid för närvarande fokus på optimering av kanaldesignen i cylinderhuvudet och komplexa och dyra cylinderfyllsystem med en ny laddning, medan det kan antas att endast genom profilering av inloppsgrenröret kan påverkas av gasdynamisk, värme Utbyte och motor förbrukningsmaterial.

För närvarande finns det ett stort antal medel och mätmetoder för dynamisk studie av inloppsprocessen i motorn, och den huvudsakliga metodologiska komplexiteten består i sitt korrekta val och användning.

Baserat på ovanstående analys av litteraturdata kan följande avhandlingsuppgifter formuleras.

1. För att fastställa effekten av inloppsrörkonfigurationen och närvaron av filtreringselementet på gasdynamiken och förbrukningsvarorna hos kolvmotorn hos den förbränningar, såväl som avslöjar de hydrodynamiska faktorerna av värmeväxlingen av den pulserande strömmen med inloppskanalens väggar.

2. Utveckla en metod för att öka luftflödet genom ett inloppssystem av kolvmotorn.

3. Hitta huvudmönstren för förändringar i den momentana lokala värmeöverföringen i kolvmotorns inloppsväg i de här förhållandena för hydrodynamisk nonstationaritet i den klassiska cylindriska kanalen och beaktar också effekten av inloppssystemets konfiguration (profilerade insatser och luftfilter) På denna process.

4. För att sammanfatta experimentdata på en momentan lokal värmeöverföringskoefficient i kolvinloppsinloppsgrenröret.

För att lösa uppgifterna för att utveckla de nödvändiga teknikerna och skapa en experimentell installation i form av en verktygsmodell av kolvmotor, utrustad med ett kontroll- och mätsystem med automatisk insamling och databehandling.

2. Beskrivning av experimentinstallations- och mätmetoderna

2.1 Experimentell installation för studien av inloppsinloppet

De karakteristiska egenskaperna hos de studerade inloppsprocesserna är deras dynamik och frekvens på grund av ett brett spektrum av motorns rotationshastighet och harmonikiteten hos dessa tidskrifter som är förknippade med den ojämna kolvrörelsen och förändras i inloppsbanans konfiguration i ventilzonzonen. De två sista faktorerna är sammankopplade med gasdistributionsmekanismens verkan. Reproducera sådana förhållanden med tillräcklig noggrannhet kan endast med hjälp av en fältmodell.

Eftersom gasdynamiska egenskaper är funktioner av geometriska parametrar och regimfaktorer måste den dynamiska modellen matcha motorn av en viss dimension och fungera i karakteristiska höghastighetslägen för vevaxeltestet, men redan från en extern energikälla. Baserat på dessa uppgifter är det möjligt att utveckla och utvärdera den totala effektiviteten från vissa lösningar som syftar till att förbättra inloppsbanan som helhet, såväl som separat av olika faktorer (konstruktiva eller regim).

För studier av gasdynamik och värmeöverföringsprocess i kolvmotorn av förbränning, var en experimentell installation konstruerad och tillverkad. Den utvecklades på grundval av motormodellen 11113 VAZ - OKA. När du skapar installationen användes prototypdetaljerna, nämligen: Anslutningsstång, kolvfinger, kolv (med förfining), gasdistributionsmekanism (med förfining), vevaxelskiva. Figur 2.1 visar en längdsektion av den experimentella installationen, och i figur 2.2 är dess tvärgående sektion.

Fikon. 2.1. Lady Cut of the Experimental Installation:

1 - Elastisk koppling; 2 - gummifingrar; 3 - Rod cervikal; 4 - Native cervix; 5 - kind; 6 - NUT M16; 7 - motvikt; 8 - NUT M18; 9 - Ursprungliga lager; 10 - Stödjer; 11 - Lagerkopplingsstång; 12 - stav; 13 - Kolvfinger; 14 - Kolven; 15 - cylinderhylsa; 16 - Cylinder; 17 - Cylinderns botten; 18 - Cylinderstöd; 19 - Fluoroplastring; 20 - referensplatta; 21 - Hexagon; 22 - Packning; 23 - inloppsventil; 24 - Graduation ventil; 25 - Distributionsaxel; 26 - Remskiva distributionsvala; 27 - vevaxelskiva; 28 - tandad bälte; 29 - Roller; 30 - spännare 31 - Spännbult; 32 - Maslenka; 35 - Asynkron motor

Fikon. 2,2. Tvärsdel av experimentell installation:

3 - Rod cervikal; 4 - Native cervix; 5 - kind; 7 - motvikt; 10 - Stödjer; 11 - Lagerkopplingsstång; 12 - stav; 13 - Kolvfinger; 14 - Kolven; 15 - cylinderhylsa; 16 - Cylinder; 17 - Cylinderns botten; 18 - Cylinderstöd; 19 - Fluoroplastring; 20 - referensplatta; 21 - Hexagon; 22 - Packning; 23 - inloppsventil; 25 - Distributionsaxel; 26 - Kamaxelskiva; 28 - tandad bälte; 29 - Roller; 30 - spännare 31 - Spännbult; 32 - Maslenka; 33 - Sätt in profilerat 34 - Mätningskanal; 35 - Asynkron motor

Som det kan ses från dessa bilder är installationen en naturlig modell av den inre förbränningsmotorn för encylindrig förbränningsmotor 7.1 / 8.2. Ett vridmoment från en asynkronmotor sänds genom en elastisk koppling 1 med sex gummifingrar 2 på vevaxeln hos den ursprungliga konstruktionen. Den använda kopplingen är kapabel att väsentligt kompensera för inkonsuments av föreningen av axlarna hos den asynkronmotoren och monteringens vevaxel, såväl som att minska dynamiska belastningar, speciellt när man startar och stoppar enheten. Vevaxeln består i sin tur av en anslutningsstångs cervix 3 och två inhemska halsar 4, som är anslutna till varandra med kinderna 5. Stångens livmoderhals trycks med spänning i kinden och fixeras med muttrar 6. För att minska vibrationer till kinderna. Fästs med anti-testbultar 7. Vevaxelns axiella rörelse hindrar muttern 8. Vevaxeln roterar i de slutna rullager 9 fixerade i stöden 10. Två stängda rullager 11 är installerade på en anslutningsstångs hals, på vilken Anslutningsstången 12 är monterad. Användningen av två lager i detta fall är associerad med anslutningsstångens landningsstorlek. Till anslutningsstången med ett kolvfinger 13 är kolven 14 monterad på gjutjärnshylsan 15, pressad i stålcylindern 16. Cylindern är monterad på basen 17, vilken är placerad på cylinderns bärar 18. En bred Fluoroplastisk ring 19 är installerad på kolven, i stället för tre standardstål. Användningen av pigjärnhylsa och fluoroplastisk ring ger en kraftig nedgång i friktion i par av kolv - ärmar och kolvringar - ärm. Därför är den experimentella installationen kapabel att arbeta en kort tid (upp till 7 minuter) utan ett smörjsystem och kylsystem på driftsfrekvenserna hos vevaxelns rotation.

Alla större fasta element i den experimentella installationen är fixerade på basplattan 20, som med två hexagoner är ansluten till laboratorietabellen. För att minska vibrationen mellan sexkanten och stödplattan finns en gummipackning 22.

Mekanismen för Timing Experimental Installation lånas från VAZ 11113 bil: ett blockhuvud används montering med vissa modifieringar. Systemet består av en inloppsventil 23 och avgasventilen 24, som styrs med användning av en kamaxel 25 med remskiva 26. Kamaxelskivan är ansluten till vevaxelskivan 27 med användning av tandbälte 28. Vid monteringsaftens vevaxel finns det två remskivor för att förenkla spänningssystemet på kamaxeln. Bältesspänningen styrs av rullen 29, som är installerad på stativet 30 och spännbulten 31. Masliners 32 installerades för smörjning av kamaxellager, olja, av vilken tyngdkraften kommer till kamaxelns glidlager.

Liknande dokument

Funktioner av intaget av den giltiga cykeln. Påverkan av olika faktorer på fyllningen av motorer. Tryck och temperatur i slutet av intaget. Den återstående gaskoefficienten och de faktorer som bestämmer dess storlek. Inlopp vid accelerering av kolvens rörelse.

föreläsning, tillagt 30.05.2014


Dimensionerna av flödessektionerna i halsen, kammar för inloppsventiler. Profilera en ostressad kam som leder en inloppsventil. Pusherhastighet vid hörnet av näven. Beräkning av ventilens fjädrar och kamaxelns fjädrar.

kursarbete, tillagt 03/28/2014


Allmän På förbränningsmotorn, dess enhet och egenskaper hos arbetet, fördelarna och nackdelarna. Motor arbetsflöde, bränsleändningsmetoder. Sök efter anvisningar för att förbättra utformningen av en förbränningsmotor.

abstrakt, Tillagt 06/21/2012


Beräkning av förfarandena för fyllning, kompression, förbränning och expansion, bestämning av indikator, effektiva och geometriska parametrar för luftfartskolvmotorn. Dynamisk beräkning av vevanslutningsmekanismen och beräkningen på vevaxelns styrka.

kursarbete, tillagt 01/17/2011


Att studera funktionerna i fyllnings-, komprimerings-, förbrännings- och expansionsprocessen, som direkt påverkar arbetsflödet hos förbränningsmotorn. Analys av indikator och effektiva indikatorer. Byggnadsindikatorer i arbetsflödet.

kurs, tillagt 30.10.2013


Metoden för beräkning av koefficienten och graden av ojämnhet hos tillförseln av kolvpumpen med angivna parametrar, utarbeta motsvarande graf. Piston pump sugförhållanden. Hydraulisk installationsberäkning, dess huvudparametrar och funktioner.

examination, tillagt 03/07/2015


Utveckling av ett utkast till 4-cylindrig V-formad kolvkompressor. Den termiska beräkningen av kompressorinstallationen av kylmaskinen och bestämningen av dess gassköld. Konstruktion av en indikator och kraftdiagram över enheten. Styrkaberäkningen av kolven.

kursarbete, tillagt 01/25/2013


generella egenskaper Systemen för en axiell kolvpump med ett lutande block av cylindrar och en skiva. Analys av huvudstadierna av beräkning och utformning av en axiell kolvpump med ett lutande block. Övervägande av utformningen av universalhastighetsregulatorn.

kursarbete, tillagt 01/10/2014


Designa enhet för borrfräsning. Metoden för att erhålla arbetsstycket. Konstruktion, princip och driftsförhållanden hos en axiell kolvpump. Beräkning av mätinstrumentets fel. Tekniskt system för montering av effektmekanismen.

avhandling, tillagt 05/26/2014


Behandling av termodynamiska cykler av förbränningsmotorer med värmeförsörjning under konstant volym och tryck. Termisk motorberäkning D-240. Beräkning av inloppsprocesser, kompression, förbränning, expansion. Effektiva indikatorer arbetet med DVS.

1

Denna artikel diskuterar bedömningen av resonatorns effekt på påfyllningen av motorn. I exemplet i exemplet föreslogs en resonator - i volym lika med motorcylindern. Inloppsorganets geometri tillsammans med resonatorn importerades till FlowVision-programmet. Matematisk modifiering utfördes med beaktande av alla egenskaper hos den rörliga gasen. För att uppskatta flödeshastigheten genom inloppssystemet, uppskattningar av flödeshastigheten i systemet och det relativa lufttrycket i ventilslitningen utfördes datorsimulering, vilket visade effektiviteten av användningen av ytterligare kapacitet. En bedömning av flödeshastigheten genom ventilgapet, flödeshastigheten, flödet, tryck och flödesdensitet för det standard, uppgraderade och inloppssystemet med rexiveren utvärderades. Samtidigt ökar massan av den inkommande luften, flödeshastigheten för flödet reduceras och densiteten av luft som kommer in i cylindern ökar, vilket återspeglas positivt på utgångs-TV-tv.

inloppsken

resonator

fyller en cylinder

matte modellering

uppgraderad kanal.

1. Jolobov L. A., DYDYKIN A. M. Matte modellering DVS Gas Exchange processer: monografi. N.N.: NGSHA, 2007.

2. Dydyskin A. M., Zholobov L. A. Gasodynamiska studier av DVS-metoderna för numeriska modellering //-traktorer och jordbruksmaskiner. 2008. № 4. s. 29-31.

3. Pritr D. M., turkiska V. A. Aeromekanik. M.: Oborongiz, 1960.

4. Khaylov M. A. Beräknad tryckfluktuation Ekvation i sugröret hos förbränningsmotorn //Tr. Cyam. 1984. Nr 152. s.64.

5. Sonkin V. I. Studie av luftflöde genom ventilgap // tr. Oss. 1974. Issue 149. S.21-38.

6. Samsky A. A., Popov Yu. P. Skillnadsmetoder för att lösa problem med gasdynamik. M.: Vetenskap, 1980. S.352.

7. Rudoy B. P. Applied Nonstationary Gas Dynamics: Tutorial. UFA: Ufa Aviation Institute, 1988. S.184.

8. Malivanov M.V., Khmelev R. N. om utveckling av matematisk och mjukvara för beräkning av gasdynamiska processer i DVS: material i IX International Scientific and Practical Conference. Vladimir, 2003. s. 213-216.

Storleken på motorns vridmoment är proportionell mot luftens massa, som tillskrivs rotationsfrekvensen. Öka fyllningen av cylindern av bensinmotor, genom att uppgradera inloppsbanan, leder till en ökning av trycket i slutet av intaget, förbättrad blandningsbildning, en ökning av de tekniska och ekonomiska indikatorerna för motorns drift och en minskning i toxiciteten hos avgaser.

De grundläggande kraven för inloppsbanan är att säkerställa minimal motstånd mot inloppet och den likformiga fördelningen av den brännbara blandningen genom motorkylindrarna.

Att säkerställa minsta resistens mot inloppet kan uppnås genom att eliminera grovheten hos de inre väggarna hos rörledningar, såväl som skarpa förändringar i flödesriktningen och eliminera plötsliga smalningar och förlängningar av kanalen.

En signifikant effekt på fyllningen av cylindern ger olika typer av boost. Den enklaste typen av överlägsen är att använda dynamiken i den inkommande luften. En stor volym av mottagaren skapar delvis resonanseffekter i ett specifikt rotationshastighetsområde, vilket leder till förbättrad fyllning. Emellertid har de, som ett resultat, dynamiska nackdelar, till exempel avvikelser i blandningen av blandningen med en snabb förändring i belastningen. Nästan det ideala vridmomentflödet säkerställer att inloppsröret byter, i vilket exempelvis beroende på motorbelastningen, variationshastigheten och läget för gasen är möjliga variationer:

Pulsationsrörets längd;

Växla mellan pulsationsrör med olika längder eller diameter;
- selektiv avstängning av ett separat rör av en cylinder i närvaro av en stor mängd av dem;
- Växla mottagarens volym.

I den resonansöverlägsen av cylindergruppen med samma flaggintervall fäst korta rör till resonansmottagare, som är anslutna genom resonansrören med atmosfären eller med uppsamlingsmottagaren som en Gölmgolts resonator. Det är ett sfäriskt kärl med öppen nacke. Luften i nacken är den oscillerande massan, och luftvolymen i kärlet spelar rollen som ett elastiskt element. Självklart är sådan separation sant endast ungefär, eftersom en del av luften i hålrummet har tröghetsbeständighet. Men med ett tillräckligt stort värde av öppningsområdet till området av kavitetsområdet är noggrannheten hos en sådan approximation ganska tillfredsställande. Huvuddelen av den kinetiska oscillationsenergin är koncentrerad i resonatorns hals, där den oscillerande hastigheten hos luftpartiklar har det största värdet.

Inloppsresonatorn är inställd mellan gasventil och cylinder. Det börjar agera när gasreglaget är tillräckligt täckt så att dess hydrauliska resistans blir jämförbar med resonatorkanalens motstånd. När kolven rör sig ner, kommer den brännbara blandningen in i motorcylindern inte bara från under gasreglaget, utan också från tanken. Med en minskning av vakuumet börjar resonatorn att suga den brännbara blandningen. Detta kommer att följa samma del, och ganska stor, omvänd utstötning.
Artikeln analyserar flödesrörelsen i inloppskanalen av 4-stroke bensinmotor vid den nominella vevaxelrotationsfrekvensen på vaz-2108-motorn vid vevaxelns N \u003d 5600min-1.

Denna forskningsuppgift löstes av det matematiska sättet med hjälp av mjukvarupaketet för modellering av gashydrauliska processer. Simulering utfördes med hjälp av FlowVision Software-paketet. För detta ändamål erhölls geometri och importerades (under geometrin förstås i de inre volymerna hos motorns intag och avgasrör, en motsättning av cylindern) med olika standardfilformat. Detta gör det möjligt för SAPR SolidWorks att skapa ett bosättningsområde.

Under beräkningsområdet är det underförd som volymen i vilken ekvationerna hos den matematiska modellen och gränsen för volymen på vilken gränsvillkoren bestäms, håller sedan den erhållna geometrin i det format som stöds av flödesvisningen och använd den när den skapar en Nytt beräknat alternativ.

Denna uppgift använde ASCII, binärt format, i STL-förlängningen, typ stereolitografformat med en vinkelstolerans på 4,0 grader och en avvikelse på 0,025 meter för att förbättra noggrannheten hos de resulterande modelleringsresultaten.

Efter att ha mottagit den tredimensionella modellen i avvecklingsområdet är en matematisk modell inställd (en uppsättning lagar med förändringar i de fysiska parametrarna för gas för detta problem).

I detta fall tas ett väsentligen subsoniskt flöde av gas vid små Reynolds-nummer, vilket beskrivs av modellen för det turbulenta flödet av helt komprimerbar gas med användning av standard K-E Turbulensmodeller. Denna matematiska modell beskrivs av ett system bestående av sju ekvationer: två navier - Stokes-ekvationer, ekvationerna av kontinuitet, energi, tillståndet för den ideala gasen, massöverföringen och ekvationen för den kinetiska energin hos turbulenta krusningar.

(2)

Energi ekvation (fullständig enthalpi)

Ekvationen av tillståndet för den ideala gasen:

Turbulenta komponenter är förknippade med de återstående variablerna genom det turbulenta viskositetsvärdet, vilket beräknas i enlighet med standard K-ε-modellen av turbulens.

Ekvationer för k och ε

turbulent viskositet:

konstanter, parametrar och källor:

(9)

(10)

σk \u003d 1; σε \u003d 1,3; Cμ \u003d 0,09; Cε1 \u003d 1,44; Cε2 \u003d 1,92

Arbetsämnet i inloppsprocessen är luft, i det här fallet, betraktas som den perfekta gasen. Parametrens ursprungliga värden är inställda för hela avvecklingsområdet: temperatur, koncentration, tryck och hastighet. För tryck och temperatur är de ursprungliga parametrarna lika med referens. Hastigheten inuti den beräknade regionen i riktningar X, Y, Z är noll. Variabel temperatur och tryck i flödesvision representeras av relativa värden, vars absoluta värden beräknas med formeln:

fA \u003d F + FREF, (11)

där FA är det absoluta värdet av variabeln, F är det beräknade relativa värdet av variabeln, Fref - referensvärdet.

Gränsbetingelser anges för var och en av de beräknade ytorna. Under gränsvillkoren är det nödvändigt att förstå kombinationen av ekvationer och lagar som är karakteristiska för ytorna hos den beräknade geometrin. Gränsförhållanden är nödvändiga för att bestämma interaktionen mellan avvecklingsområdet och den matematiska modellen. På sidan för varje yta indikerar en specifik typ av gränsvillkor. Typ av gränsvillkoret är installerat på inmatningskanalinmatningsfönstret. De återstående elementen - den väggbundna, som inte släpper och inte sänder de beräknade parametrarna för det aktuella området. Förutom alla ovanstående gränsvillkor är det nödvändigt att ta hänsyn till gränsvillkoren på de rörliga element som ingår i den valda matematiska modellen.

Rörliga delar inkluderar inlopp och avgasventil, kolv. Vid gränserna för rörliga element bestämmer vi typen av gränsvärdet på väggen.

För var och en av de rörliga kropparna är rörelsens lag. Byte av kolvfrekvensen bestäms med formeln. För att bestämma ventilens lagar, avlägsnades ventillyftkurvorna i 0,50 med en noggrannhet av 0,001 mm. Därefter beräknades hastigheten och accelerationen av ventilrörelsen. De erhållna data omvandlas till dynamiska bibliotek (tidshastighet).

Nästa steg i simuleringsprocessen är generationen av beräkningsnätet. FlowVision använder ett lokalt adaptivt beräkningsnät. Inledningsvis skapas ett initialt beräkningsnät, och sedan specificeras kriterierna för slipnät, beroende på vilket FlowVision bryter cellerna i det ursprungliga gallret till önskad grad. Anpassning görs i både volymen av kanalerna på kanalerna och cylinderväggarna. På platser med en eventuell maxhastighet skapas anpassning med ytterligare slipning av beräkningsnätet. Vid volym utfördes slipningen upp till 2 nivåer i förbränningskammaren och upp till 5 nivåer i ventilluckor, längs cylinderns väggar, gjordes anpassning upp till 1 nivå. Detta är nödvändigt för att öka tidsintegrationssteget med en implicit beräkningsmetod. Detta beror på det faktum att tidssteget definieras som förhållandet mellan cellstorleken till maxhastighet i det.

Innan du börjar beräkna det skapade alternativet måste du ange parametrarna för numerisk modellering. Samtidigt är tiden att fortsätta beräkningen lika med en full cykel Motorns arbete är 7200 PK. Antalet iterationer och frekvensen för att bevara dessa beräkningsalternativ. För efterföljande bearbetning bevaras vissa beräkningsstadier. Ställ in tid och alternativ för beräkningsprocessen. Denna uppgift kräver en tidsstegsinställning - en metod för val: ett implicit system med ett maximalt steg 5e-004c, uttryckligt antal CFL - 1. Detta innebär att tidssteget bestämmer programmet i sig, beroende på konvergensen av tryckekvationerna sig.

Postprocessorn är konfigurerad och parametrarna för visualiseringen av resultaten är intresserade av. Simulering gör att du kan få de nödvändiga skikten av visualisering efter det att huvudberäkningen har slutförts, baserat på beräkningsstegen kvarstod med en viss frekvens. Dessutom kan postprocessorn sända de resulterande numeriska värdena för parametrarna för processen som undersöks i form av en informationsfil till externa elektroniska bordsredaktörer och för att få tidsberoende av sådana parametrar som hastighet, konsumtion, tryck , etc.

Figur 1 visar installationen av mottagaren på inloppskanalen på DVS. Mottagarens volym är lika med volymen av en motorcylinder. Mottagaren är inställd så nära som möjligt till inloppskanalen.

Fikon. 1. Uppgraderad med mottagarens avvecklingsområde i Cadsolidworks

Den egna frekvensen av Helmholtz Resonator är:

(12)

där f är frekvensen, Hz; C0 - Ljudhastighet i luften (340 m / s); S-håls tvärsnitt, M2; L är rörets längd, m; V är resonatorns volym, m3.

För vårt exempel har vi följande värden:

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

Efter beräkning av F \u003d 374 Hz, vilket motsvarar vridhastigheten hos vevaxeln n \u003d 5600min-1.

Efter att ha ställt in det beräknade alternativet och efter att ha ställt in parametrarna för numerisk simulering erhölls följande data: flödeshastighet, hastighet, densitet, tryck, gasflödestemperatur i inloppskanalen av intensiteten hos vevaxeln.

Från grafen som presenteras (bild 2), är det klart att den uppgraderade kanalen med mottagaren har de maximala förbrukningsmaterialet. Förbrukningsvärdet är högre än 200 g / s. Ökningen observeras för 60 g.p.k.v.

Sedan öppningen av inloppsventilen (348 g.k.v.) börjar flödeshastigheten (fig 3) växa från 0 till 170m / s (vid den moderniserade inloppskanalen 210 m / s, med -190m / s-mottagarna) upp till 440 -450 GKV I kanalen med mottagaren är hastighetsvärdet högre än i en standard ca 20 m / s från 430-440. P.k.v. Det numeriska värdet av kanalen i kanalen med mottagaren är signifikant mer jämn än den uppgraderade inloppskanalen under öppningen av inloppsventilen. Därefter är det en signifikant minskning av flödeshastigheten, upp till stängning av inloppsventilen.

Fikon. 2. Förbrukning av gasflödet i ventilplatsen för standardkanalerna, uppgraderas och med mottagaren vid N \u003d 5600 min-1: 1 - Standard, 2 - Uppgraderad, 3 - Uppgraderad med mottagaren	Fikon. 3. Flödeshastigheten för flödet i ventilluckan för standardkanalerna, uppgraderas och med mottagaren vid n \u003d 5600 min-1: 1 - Standard, 2 - Uppgraderad, 3 - Uppgraderad med mottagaren

Av de relativa tryckgraferna (fig 4) (atmosfärstryck, p \u003d 101000 Pa mottas för noll), följer det att tryckvärdet i den uppgraderade kanalen är högre än i standarden, med 20 kPa vid 460-480 gp. Kv (associerad med ett stort flödesvärde). Från 520 g.k.v. Tryckvärdet är inriktat, vilket inte kan sägas om kanalen med mottagaren. Tryckvärdet är högre än i standarden, med 25 kPa, från 420-440 gp.k. upp till stängning av inloppsventilen.

Fikon. 4. Flödestryck i standard, uppgraderad och kanal med en mottagare vid n \u003d 5600 min-1 (1 - Standardkanal, 2 - Uppgraderad kanal, 3 - Uppgraderad kanal med mottagare)	Fikon. 5. Flödesdensitet i standard, uppgraderad och kanal med en mottagare vid N \u003d 5600 min-1 (1 - Standardkanal, 2 - Uppgraderad kanal, 3 - Uppgraderad kanal med mottagare)

Flödesdensiteten i ventilgapet är visat i fig. fem.

I den uppgraderade kanalen med mottagaren är densitetsvärdet under 0,2 kg / m3 från 440 g.k.v. Jämfört med en standardkanal. Detta är förknippat med högtrycks- och gasflödeshastigheter.

Från analysen av grafer kan du dra följande slutsats: Kanalen hos den förbättrade formen ger bättre fyllning av cylindern med en ny laddning på grund av en minskning av inloppskanalens hydrauliska resistans. Med ökningen av kolvhastigheten vid tidpunkten för inloppsventilen påverkar kanalformen inte signifikant hastighet, densitet och tryck inuti inloppskanalen, det förklaras av det faktum att inloppsprocessindikatorerna under denna period är huvudsakligen Beroende på kolvens och ventilspårets hastighet (endast formen på inloppskanalen ändras i denna beräkning), men allt förändras dramatiskt vid tidpunkten för att sänka kolvens rörelse. Laddningen i standardkanalen är mindre inert och starkare "sträckning" längs kanalens längd, vilken i aggregatet ger mindre fyllning av cylindern vid tidpunkten för att reducera hastigheten hos kolvrörelsen. Upp till stängning av ventilen strömmar processen under den som redan erhållen flödeshastighet (kolven den initialflödeshastigheten för den cachade volymen, med en minskning av kolvens hastighet, tröghetskomponenten i gasflödet har en betydande roll på påfyllningen. Detta bekräftas av högre hastighetsindikatorer, tryck.

I intagskanalen med mottagaren, på grund av extra avgift och resonansfenomen, i cylinder DVS. Det finns en signifikant stor massa av gasblandningen, som ger högre tekniska indikatorer på DV: s. Tillväxtökningen i slutet av inloppet kommer att ha en betydande inverkan på ökningen av DVS-arbetets tekniska och ekonomiska och miljöprestanda.

Granskare:

Gotts Alexander Nikolaevich, Doktor i tekniska universitet, professor i avdelningen för värmemotorer och energianläggningar av Vladimir State University of Education and Science, Vladimir.

Kulchitsky Aleksey Ramovich, D.n., Professor, vice chef Designer LLC VMTZ, Vladimir.

Bibliografisk referens

Jolobov L. A., Suvorov E. A., Vasilyev I. S. Effekt av en extra kapacitet i inloppssystemet för fyllning av DVS // Moderna problem med vetenskap och utbildning. - 2013. - № 1;
URL: http://science-education.ru/ru/article/view?id\u003d8270 (Datum för hantering: 25.11.2019). Vi uppmärksammar tidningarna som publicerar i förlaget "Academy of Natural Science"

UDC 621.436

Effekt av aerodynamiskt motstånd av intag och avgassystem för bilmotorer på gasbytesprocesser

L.v. Snickare, BP Zhilkin, yu.m. Brodov, N.I. Grigorg

Papperet presenterar resultaten av en experimentell studie av påverkan av det aerodynamiska motståndet hos intag och avgassystem hos kolvmotorer till gasbytesprocesser. Experimenten utfördes på on-line-modellerna av encylindrig motor. Anläggningar och metoder för utförande av experiment beskrivs. Beredningarna av förändringen i det momentana hastigheten och trycket i flödet i motorens gasluftsvägar från vevaxelns rotationsluft presenteras. Uppgifterna erhölls vid olika koefficienter av insatsens och avgassystem och olika frekvenser av vridning av vevaxeln. Baserat på de erhållna uppgifterna gjordes slutsatser av de dynamiska egenskaperna hos gasbytesprocesser i motorn under olika förhållanden. Det visas att användningen av ljuddämparen släpper ut flödet och ändrar flödesegenskaperna.

Nyckelord: kolvmotor, gasbytesprocesser, processdynamik, hastighets pulsation och flödetryck, ljuddämpare.

Introduktion

Ett antal krav görs till intag och resultat av kolvmotorer av förbränning, bland vilka den huvudsakliga minskningen av aerodynamiskt brus och minimal aerodynamiskt motstånd är huvudet. Båda dessa indikatorer bestäms i sammankopplingen av utformningen av filterelementet, inloppsljuddämpare och frisättning, katalytiska neutralisatorer, närvaron av en överlägsen (kompressor och / eller turboladdare), liksom konfigurationen av intag och avgasledningar och flödes natur i dem. Samtidigt finns det praktiskt taget inga uppgifter om påverkan av ytterligare delar av intag och avgassystem (filter, ljuddämpare, turboladdare) på gasdynamik i dem.

Denna artikel presenterar resultaten av en studie av effekten av det aerodynamiska motståndet hos intag och avgassystem på gasutbytesprocesser i förhållande till kolvmotorn av dimensionen 8.2 / 7.1.

Experimentella växter

och datainsamlingssystem

Studier av effekten av aerodynamiskt motstånd hos gas-luftsystem på gasbytesprocesser i kolvingenjörerna utfördes på simuleringsmodellen hos dimensionen 4.2 / 7.1, som drivs av rotation asynkron motorVridfrekvensen av vevaxeln var justerad i intervallet n \u003d 600-3000 min med en noggrannhet på ± 0,1%. En experimentell installation beskrivs mer detaljerat.

I fig. 1 och 2 visar konfigurationer och geometriska dimensioner intag och avgassystem för den experimentella installationen, liksom installationsplatsen för mätning av momentan

värderingar mellanhastighet och luftflödestryck.

För mätningar av snabbtrycksvärden i strömmen (statisk) i PC-kanalen användes trycksensorn £ -10 av WIKA, vars hastighet är mindre än 1 ms. Det maximala relativa genomsnittliga medelvärdet tryckmätningsfel var ± 0,25%.

För att bestämma det momentana mediet i sektionen av luftflödeskanalen är termoenemometrarna av den ursprungliga temperaturen hos den ursprungliga konstruktionen, vars känsliga element var nikromgängan med en diameter av 5 μm och en längd av 5 mm. Det maximala relativa genomsnittliga medelvärdesfelet för mätning av hastigheten WX var ± 2,9%.

Mätningen av vevaxelns rotationsfrekvens utfördes med användning av en takometrisk mätare bestående av en tandad skiva fixerad på vevaxelaxeln och en induktiv sensor. Sensorn bildade en spänningspuls vid en frekvens som är proportionell mot axelns rotationshastighet. Enligt dessa pulser registrerades rotationens frekvens, varvid vevaxelns (vinkel F) position bestämdes och momentet att passera kolven av VMT och NMT.

Signaler från alla sensorer gick in i en analog-till-digital-omvandlare och överförts till en persondator för vidare bearbetning.

Innan man utför experiment utfördes en statisk och dynamisk inriktning mot mätsystemet i allmänhet, vilket visade den hastighet som var nödvändig för att studera dynamiken hos gasdynamiska processer i kolvmotorens inlopp och avgassystem. Det totala genomsnittliga medelvärdesfelet av experiment på påverkan av det aerodynamiska motståndet hos gas-luftfusionssystem i DVS på gasbytesprocesser var ± 3,4%.

Fikon. 1. Konfiguration och geometriska storlekar av intagningsvägen för den experimentella installationen: 1-cylinderhuvud; 2-bubblande rör; 3 - Mätrör; 4 - Thermoanemometer sensorer för mätning av luftflödeshastighet; 5 - Tryckgivare

Fikon. 2. Konfiguration och geometriska dimensioner av den experimentella installationen: 1-cylinderhuvud; 2 - Arbetsplot - Graduation Rör; 3 - Tryckgivare; 4 - Thermoemometer sensorer

Effekten av ytterligare element på gasdynamiken hos intag och frisättningsprocesser studerades med olika systemresistensskoefficienter. Motstånd skapades med olika inloppsfilter och släpp. Så, som en av dem, användes ett standard Air Automobile-filter med en motståndskoefficient på 7,5. Ett vävnadsfilter med en motståndskoefficient 32 valdes som ett annat filterelement. Motståndskoefficienten bestämdes experimentellt genom statisk rengöring i laboratoriebetingelser. Studier utfördes också utan filter.

Effekt av aerodynamiskt motstånd på inloppsprocessen

I fig. 3 och 4 visar beroendet av luftflödet och PC-trycket i inloppsburken

le från vridningsvinkeln av vevaxeln F vid olika rotationsfrekvenser och vid användning av olika inloppsfilter.

Det har fastställts att i båda fallen (med en ljuddämpare och utan) pulsering av tryck och luftflödeshastigheter uttrycks mest vid hög hastighet av vevaxeln. Samtidigt, i inloppskanalen med ljuddämpare av ljud, värdena för den maximala luftflödeshastigheten, som förväntat, mindre än i kanalen utan den. Mest

m\u003e x, m / s 100

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

Jeepingventil 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 Öppning -Gbepskid-! Ventil A L 1 G 1 1 1 stängd ^

1 HDC \\. BPCSKNEO Valve "X 1 1

| | En j __ 1 \\ __ mj \\ y t -1 1 \\ k / \\ 1 ^ v / \\ / \\ 'g) y / \\ / l / l "pc-1 \\ __ v / -

1 1 1 1 1 1 1 | 1 1 ■ ■ 1 1

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

Fikon. 3. Beroendet av lufthastigheten WX i inloppskanalen från vevaxelns rotationsvinkel vid olika frekvenser av vevaxelns och olika filtreringselements rotation: A-n \u003d 1500 min-1; B - 3000 min-1. 1 - utan ett filter; 2 - Standardluftfilter; 3 - Tygfilter

Fikon. 4. Beroendet av PC-trycket i inloppskanalen från vevaxelns F vid olika frekvenser av vridning av vevaxeln och olika filtreringselement: A-n \u003d 1500 min-1; B - 3000 min-1. 1 - utan ett filter; 2 - Standardluftfilter; 3 - Tygfilter

det var starkt manifesterat med höga frekvenser av vevaxelns rotation.

Efter stängning av inloppsventilen blir trycket och hastigheten hos luftflödet i kanalen under alla förhållanden inte lika med noll, och några av deras fluktuationer observeras (se fig 3 och 4), vilket också är karakteristiskt för frisättningen process (se nedan). Samtidigt leder installationen av inloppsflödesdämparen till en minskning av tryckpulsationer och luftflödeshastigheter under alla förhållanden både under inloppsprocessen och efter att inloppsventilen är stängd.

Effekt av aerodynamisk

motstånd mot utgivningsprocessen

I fig. 5 och 6 visar beroendet av luftflödeshastigheten hos WX och tryck-PC i utloppet från vevaxelns rotationsvinkel vid olika rotationsfrekvenser och vid användning av olika frisättningsfilter.

Studierna utfördes för olika frekvenser av vevaxeln (från 600 till 3000 min) vid olika övertryck på frisättningen av PI (från 0,5 till 2,0 bar) utan ett tyst brus och om det presenteras.

Det har fastställts att i båda fallen (med ljuddämparen och utan) pulsering av luftflödeshastigheten, manifesteras den mest starkt med låga frekvenser av vevaxelrotationen. I det här fallet kvarstår värdena för den maximala luftflödeshastigheten i avgassanalen med brusljuddämparen

merilly samma som utan det. Efter stängning av avgasventilen blir luftflödeshastigheten i kanalen under alla förhållanden inte noll, och vissa hastighetsfluktuationer observeras (se fig 5), vilken är karakteristisk för inloppsprocessen (se ovan). Samtidigt leder installationen av ljuddämparen på frisättningen till en signifikant ökning av luftflödeshastighetens pulsationer under alla förhållanden (speciellt vid RY \u003d 2,0 bar) både under frisättningsprocessen och efter att avgasventilen är stängd .

Det bör noteras den motsatta effekten av aerodynamiskt motstånd mot inloppsprocessens egenskaper i motorn, där, vid användning av luftfiltret, krusningseffekter under intaget och efter stängning av inloppsventilen var närvarande, men de var tydligt snabbare än utan Det. I detta fall ledde närvaron av ett filter i inloppssystemet till en minskning av den maximala luftflödeshastigheten och försvagade processens dynamik, vilket är konsekvent väl med tidigare erhållna resultat i arbetet.

En ökning av aerodynamisk motstånd avgassystem Det leder till viss ökning av det maximala trycket i frisättningsprocessen, liksom förskjutningen av toppar för NMT. I det här fallet kan det noteras att installationen av ljuddämparen av utmatningen leder till en minskning av pulsationerna av luftflödets tryck under alla förhållanden både under produktionsprocessen och efter att avgasventilen är stängd.

hY. m / s 118 100 46 16

1 1 till. T «AIA K T 1 Stängning av MPSKAL-ventilen

Öppnande av iPikal |<лапана ^ 1 1 А ікТКГ- ~/М" ^ 1

"" "і | \\ / ~ ^

540 (p, grepp, p.k.y. 720 nmt nmt

Fikon. 5. Beloppets beroende av lufthastigheten WX i utloppet från vevaxelns rotationsvinkel vid olika frekvenser av vevaxelns rotation och olika filtreringselement: A-n \u003d 1500 min-1; B - 3000 min-1. 1 - utan ett filter; 2 - Standardluftfilter; 3 - Tygfilter

Px. 5PR 0,150

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

Öppnande | Yypzskskaya 1 іклапана л7 1 h _ / 7 / ", g s 1 \\ h Slutning av Bittseast g / cgtї alan -

c- "1 1 1 1 1 ^ 1 l _ _ _ ± 1 1 1

540 (P, Kista, PK6. 720

Fikon. 6. Beloppet av tryck-PC i utloppet från vevaxelns rotningsvinkel vid olika frekvenser av vridning av vevaxeln och olika filtreringselement: A-n \u003d 1500 min-1; B - 3000 min-1. 1 - utan ett filter; 2 - Standardluftfilter; 3 - Tygfilter

Baserat på behandling av beroendeförändringar i flödeshastigheten för separat takt beräknades en relativ förändring i volymflödet av AIR Q via avgasrummet när ljuddämparen är placerad. Det har fastställts att med lågt övertryck på frisättningen (0,1 MPa) är förbrukningen Q i avgassystemet med en ljuddämpare mindre än i systemet utan det. Samtidigt, om vid frekvensen av vevaxeln 600 min-1, var denna skillnad ungefär 1,5% (som ligger inom felet), då med n \u003d 3000 min4 nådde denna skillnad 23%. Det visas att för högt övertryck på 0,2 MPa observerades den motsatta tendensen. Volymflödet av luft genom avgassanalen med ljuddämparen var större än i systemet utan det. Samtidigt, vid låga frekvenser av vevaxelns rotation, var detta överskridits 20% och med n \u003d 3000 min1-5%. Enligt författarna kan en sådan effekt förklaras av en viss utjämning av pulsationerna av luftflödet i avgassystemet i närvaro av ett tyst brus.

Slutsats

Den genomförda studien visade att inloppsmotorn för förbränning påverkas signifikant av inloppsstansens aerodynamiska motstånd:

Ökningen av filterelementets motstånd utjämnar påfyllningsprocessens dynamik, men minskar samtidigt luftflödeshastigheten, vilket motsvarar fyllningskoefficienten;

Effekten av filtret förbättras med vevaxelns ökande rotationsfrekvens;

Tröskelvärdet för filtermotståndskoefficienten (ca 50-55), varefter dess värde inte påverkar flödeshastigheten.

Det har visat sig att det aerodynamiska motståndet hos avgassystemet också väsentligt påverkar gasdynamiska och förbrukningsmaterial i frisättningsprocessen:

Ökning av det hydrauliska motståndet hos avgassystemet i kolvkropparna leder till en ökning av luftflödeshastighetens pulser i avgasrummet;

Med lågt övertryck på frisläppandet i systemet med ett tyst brus, är det en minskning av volymetriskt flöde genom avgasrummet, medan den vid hög ry - tvärtom ökar jämfört med avgassystemet utan ljuddämpare.

Således kan de erhållna resultaten användas i teknikpraxis för att optimalt välja egenskaperna hos inlopps- och utbyggnadsljuddämparna, som kan ge

påverkan på fyllningen av cylindern av den fräscha laddningen (fyllningskoefficienten) och kvaliteten på rengöringen av motorns cylinder från avgaserna (återstående gaskoefficient) på vissa höghastighetslägen för kolvmotorns arbete.

Litteratur

1. Draganov, B.H. Konstruktion av intag och avgassal för förbränningsmotorer / B.KH. Draganov, mg Kruglov, V. S. Obukhov. - Kiev: Besök skolan. Head Ed, 1987. -175 p.

2. Förbränningsmotorer. I 3 kN. Kn. 1: Teori om arbetsflöden: Studier. / V.n. Lou-Kanin, K.A. Morozov, A. Khachyan et al.; Ed. V.n. Lukanina. - m.: Högre. SHK., 1995. - 368 s.

3. Champrazs, B.A. Förbränningsmotorer: Teori, modellering och beräkning av processer: studier. I kursen "teorin om arbetsflöden och modellering av processer i förbränningsmotorer" / B.A. Chamolaoz, M.F. Faraplatov, V.V. Clementev; Ed. Slott Deat. Vetenskap om Ryska federationen B.A. Champrazov. - Chelyabinsk: Suursu, 2010. -382 sid.

4. Moderna tillvägagångssätt för skapandet av dieselmotorer för personbilar och små-lugna

zovikov / a. Blinov, P.A. Golubev, Yu.e. Dragan et al.; Ed. V. S. Peponova och A. M. Mineyev. - M.: NIC "Engineer", 2000. - 332 s.

5. Experimentell studie av gasdynamiska processer i inloppssystemet för kolvmotor / B.P. Zhokkin, L.V. Snickare, S.A. Korzh, I.D. LARIONOV // Engineering. - 2009. -№ 1. - s. 24-27.

6. På förändringen i gasdynamiken i frisättningsprocessen i kolvmotorn vid installationen av ljuddämparen / L.V. Snickare, BP Zhokkin, A.V. Kors, D.L. Padalak // Bulletin of Academy of Militär Sciences. -2011. - № 2. - s. 267-270.

7. Pat. 81338 RU, MPK G01 P5 / 12. Termisk mekanisk temperatur av konstant temperatur / s.n. Pochov, L.V. Snickare, BP Vilkin. - Nr 2008135775/22; Skede. 09/03/2008; publ. 03/10/2009, massa. № 7.