Газодинаміка резонансних вихлопних труб. Сучасні проблеми науки та освіти Для трубопроводу з квадратним поперечним перерізом

Розмір: px

Починати показ зі сторінки:

транскрипт

1 На правах рукопису Машкур Махмуд А. МАТЕМАТИЧНА МОДЕЛЬ ПРОЦЕСІВ Газодинаміка І ТЕПЛООБМІНУ ВО впускної і випускної системи ДВС Спеціальність "Теплові двигуни" Автореферат дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук Санкт-Петербург 2005

2 Загальна характеристика роботи Актуальність дисертації У сучасних умовах прискореного темпу розвитку двигунобудування, а також домінуючих тенденцій інтенсифікації робочого процесу за умови підвищення його економічності, все більш пильну увагу приділяється скороченню термінів створення, доведення і модифікації наявних типів двигунів. Основним фактором, що істотно знижує як тимчасові, так і матеріальні витрати, в цьому завданні є застосування сучасних обчислювальних машин. Однак їх використання може бути ефективним лише за умови адекватності створюваних математичних моделей реальним процесам, що визначає функціонування ДВС. Особливо гостро на даному етапі розвитку сучасного двигунобудування стоїть проблема теплонапряженности деталей циліндропоршневої групи (ЦПГ) і головки циліндра, нерозривно пов'язана з підвищенням агрегатної потужності. Процеси миттєвого локального конвективного теплообміну між робочим тілом і стінок газо-повітряних каналів (ГВК) все ще залишаються недостатньо вивченими і є одним з вузьких місць в теорії ДВС. У зв'язку з цим створення надійних, експериментально обґрунтованих расчетнотеоретіческіх методів дослідження локального конвективного теплообміну в ГВК, що дають можливість отримувати достовірні оцінки температурного і теплонапруженого стану деталей ДВС, є актуальною проблемою. Її рішення дозволить здійснити обгрунтований вибір конструкторських і технологічних рішень, підвищити науково технічний рівень проектування, дасть можливість скоротити цикл створення двигуна і отримати економічний ефект за рахунок зниження собівартості і витрат на експериментальну доведення двигунів. Мета і завдання дослідження Основна мета дисертаційної роботи полягає у вирішенні комплексу теоретичних, експериментальних і методичних завдань, 1

3 пов'язаних зі створенням нових уточних математичних моделей і методів розрахунку локального конвективного теплообміну в ГВК двигуна. Відповідно до поставленої мети роботи вирішувалися такі основні завдання, значною мірою визначили і методичну послідовність виконання роботи: 1. Проведення теоретичного аналізу нестаціонарної течії потоку в ГВК і оцінка можливостей використання теорії прикордонного шару при визначенні параметрів локального конвективного теплообміну в двигунах; 2. Розробка алгоритму та чисельна реалізація на ЕОМ задачі нев'язкого течії робочого тіла в елементах системи впуску-випуску багатоциліндрового двигуна в нестаціонарної постановки для визначення швидкостей, температури і тиску, що використовуються в якості граничних умов для подальшого вирішення завдання газодинаміки і теплообміну в порожнинах ГВК двигуна. 3. Створення нової методики розрахунку полів миттєвих швидкостей обтікання робочим тілом ГВК в тривимірній постановці; 4. Розробка математичної моделі локального конвективного теплообміну в ГВК з використанням основ теорії прикордонного шару. 5. Перевірка адекватності математичних моделей локального теплообміну в ГВК шляхом порівняння експериментальних і розрахункових даних. Реалізація цього комплексу завдань дозволяє здійснити досягнення основної мети роботи - створення інженерного методу розрахунку локальних параметрів конвективного теплообміну в ГВК бензинового двигуна. Актуальність проблеми визначається тим, що рішення поставлених завдань дозволить здійснити обгрунтований вибір конструкторських і технологічних рішень на стадії проектування двигуна, підвищити науково технічний рівень проектування, дозволить скоротити цикл створення двигуна і отримати економічний ефект за рахунок зниження собівартості і витрат на експериментальну доведення виробу. 2

4 Наукова новизна дисертаційної роботи полягає в тому, що: 1. Вперше використана математична модель, раціонально поєднує одномірне уявлення газодинамічних процесів у впускний і випускний системі двигуна з тривимірним поданням течії газу в ГВК для розрахунку параметрів локального теплообміну. 2. Розвинені методологічні основи проектування і доведення бензинового двигуна шляхом модернізації та уточнення методів розрахунку локальних теплових навантажень і теплового стану елементів головки циліндрів. 3. Отримано нові розрахункові та експериментальні дані про просторові течіях газу у впускних і випускних каналах двигуна і тривимірному розподілі температур в тілі головки блоку циліндрів двигуна внутрішнього згоряння. Достовірність результатів забезпечена застосуванням апробованих методів розрахункового аналізу і експериментальних досліджень, загальних систем рівнянь, що відображають фундаментальні закони збереження енергії, маси, імпульсу з відповідними початковими і граничними умовами, сучасних чисельних методів реалізації математичних моделей, застосуванням ГОСТів та інших нормативних актів, відповідної градуювання елементів вимірювального комплексу в експериментальному дослідженні, а також задовільним узгодженням результатів моделювання і експерименту. Практична цінність отриманих результатів полягає в тому, що розроблені алгоритм і програма розрахунку замкнутого робочого циклу бензинового двигуна з одновимірним поданням газодинамічних процесів у впускний і випускний системах двигуна, а також алгоритм і програма розрахунку параметрів теплообміну в ГВК головки блоку циліндрів двигуна внутрішнього згоряння в тривимірній постановці, рекомендовані до впровадження. Результати теоретичного дослідження, підтверджені 3

5 експериментом, дозволяють значно скоротити витрати на проектування і доведення двигунів. Апробація результатів роботи. Основні положення дисертаційної роботи доповідалися на наукових семінарах кафедри ДВС СПбДПУ в р.р., на XXXI і XXXIII Тижнях науки СПбГПУ (2002 і 2004 р.р.). За матеріалами дисертації опубліковано 6 друкованих робіт. Структура і обсяг роботи Дисертація складається з вступу, п'яте розділів, висновків і списку використаних джерел із 129 найменувань. Вона містить 189 сторінки, в тому числі: 124 сторінок основного тексту, 41 малюнків, 14 таблиць, 6 фотознімків. Зміст роботи У вступі обґрунтовано актуальність теми дисертації, визначено мету і завдання досліджень, сформульовані наукова новизна і практична значущість роботи. Наведено загальну характеристику роботи. У першому розділі міститься аналіз основних робіт по теоретичному і експериментальному дослідженням процесу газодинаміки і теплообміну в ДВС. Ставиться завдання дослідження. Проведено огляд конструктивних форм випускних і впускних каналів в головці блоку циліндрів і аналіз методів та результатів експериментальних і розрахунково-теоретичних досліджень як стаціонарного, так і нестаціонарного течій газу в газоповітряних трактах двигунів внутрішнього згоряння. Розглянуто існуючі в даний час підходи до розрахунку і моделювання термо- і газодинамічних процесів, а також інтенсивності тепловіддачі в ГВК. Зроблено висновок, що більшість з них мають обмежену сферу застосування і не дають повної картини розподілу параметрів теплообміну по поверхнях ГВК. В першу чергу це пов'язано з тим, що рішення задачі про рух робочого тіла в ГВК проводиться в спрощеній одновимірної або двовимірної 4

6 постановці, що не застосовується випадку ГВК складної форми. Крім того, відзначено, що для розрахунку конвективного тепловіддачі в більшості випадків використовуються емпіричні або напівемпіричні формули, що також не дозволяє отримати в загальному випадку необхідну точність рішення. Найбільш повно ці питання раніше були розглянуті в роботах Бравіна В.В., Ісакова Ю.М., Гришина Ю.А., Круглова М.Г., Костіна А.К., Кавтарадзе Р.З., Овсяннікова М.К. , Петриченко Р.М., Петриченко М.Р., Розенбліта Г.Б., Страдомський М.В., чайні Н.Д., Шабанова А.Ю., Зайцева А.Б., мундштучний Д.А., Унру П.П., Шеховцова А.Ф., Вошні Г, Хейвуд Дж., Benson RS, Garg RD, Woollatt D., Chapman M., Novak JM, Stein RA, Daneshyar H., Horlock JH, Winterbone DE, Kastner LJ , Williams TJ, White BJ, Ferguson CR та ін. Проведений аналіз існуючих проблем та методик дослідження газодинаміки і теплообміну в ГВК дозволив сформулювати основну мету дослідження як створення методики визначення параметрів течії газу в ГВК в тривимірній постановці з подальшим розрахунком локального теплообміну в ГВК головок циліндрів швидкохідних ДВС і застосуванням цієї методики для вирішення практичних задач зниження теплової напруженості головок циліндрів і клапанів. У зв'язку з викладеним в роботі поставлені наступні завдання: - Створити нову методику одновимірно-тривимірного моделювання теплообміну в системах випуску і впуску двигуна з урахуванням складного тривимірного течії газу в них з метою отримання вихідної інформації для завдання граничних умов теплообміну при розрахунку завдань теплонапряженности головок циліндрів поршневих ДВС; - Розробити методику задання граничних умов на вході і виході з газовоздушного каналу на базі рішення одновимірної нестаціонарної моделі робочого циклу багатоциліндрового двигуна; - Перевірити достовірність методики за допомогою тестових розрахунків і зіставлення отриманих результатів з даними експерименту і розрахунків за методиками, раніше відомим в двигунобудування; 5

7 - Провести перевірку і доопрацювання методики шляхом виконання розрахунково-експериментального дослідження теплового стану головок циліндрів двигуна і проведення зіставлення експериментальних і розрахункових даних по розподілу температур в деталі. Другий розділ присвячено розробці математичної моделі замкнутого робочого циклу багатоциліндрового ДВС. Для реалізації схеми одновимірного розрахунку робочого процесу багатоциліндрового двигуна обраний відомий метод характеристик, що гарантує високу швидкість збіжності і стійкості процесу розрахунку. Газоповітряна система двигуна описується в вигляді аеродинамічний взаємопов'язаного набору окремих елементів циліндрів, ділянок впускних і випускних каналів і патрубків, колекторів, глушників, нейтралізаторів і труб. Процеси аеродинаміки в системах впуску-випуску описуються за допомогою рівнянь одновимірної газодинаміки нев'язкого стиснення газу: Рівняння нерозривності: ρ u ρ u + ρ + u + ρ t x x F df dx \u003d 0; F 2 \u003d π 4 D; (1) Рівняння руху: u t u + u x 1 p 4 f + + ρ x D 2 u 2 u u \u003d 0; f τ \u003d w; (2) 2 0.5ρu Рівняння збереження енергії: p p + u a t x 2 ρ \u200b\u200bx + 4 f D u 2 (k 1) ρ q u \u003d 0 2 u u; 2 kp a \u003d ρ, (3) де а- швидкість звуку; ρ-щільність газу; u-швидкість потоку уздовж осі х; t- час; p-тиск; f-коефіцієнт лінійних втрат; D-діаметр C трубопроводу; k \u003d P-відношення питомих теплоємностей. C V 6

8 В якості граничних умов ставляться (на основі основних рівнянь: нерозривності, збереження енергії і відносини щільності і швидкості звуку в неізентропіческом характер перебігу) умови на клапанних щілинах в циліндрах, а також умови на впуску і випуску з двигуна. Математична модель замкнутого робочого циклу двигуна включає в себе розрахункові співвідношення, що описують процеси в циліндрах двигуна і частинах впускних і випускних систем. Термодинамічний процес в циліндрі описується за допомогою методики, розробленої в СПбДПУ. Програма забезпечує можливість визначення миттєвих параметрів течії газу в циліндрах і в системах впуску та випуску для різних конструкцій двигунів. Розглянуто загальні аспекти застосування одновимірних математичних моделей методом характеристик (замкнутого робочого тіла) і показані деякі результати розрахунку зміни параметрів течії газу в циліндрах і у впускних і випускних системах одно- і багатоциліндрових двигунів. Отримані результати дозволяють оцінити ступінь досконалості організації систем впуску-випуску двигуна, оптимальність фаз газорозподілу, можливості газодинамической настройки робочого процесу, рівномірність роботи окремих циліндрів і т.д. Тиску, температури і швидкості потоків газу на вході і виході в газовоздушні канали головки блоку циліндра, визначені за допомогою даної методики, використовуються в подальших розрахунках процесів теплообміну в цих порожнинах в якості граничних умов. Третя глава присвячена опису нового чисельного методу, що дозволяє реалізувати розрахунок граничних умов теплового стану з боку газоповітряних каналів. Основними етапами розрахунку є: одновимірний аналіз нестаціонарного процесу газообміну на ділянках системи впуску та випуску методом характеристик (другий розділ), тривимірний розрахунок квзістаціонарного течії потоку у впускному і 7

9 випускному каналах методом кінцевих елементів МКЕ, розрахунок локальних коефіцієнтів тепловіддачі робочого тіла. Результати виконання першого етапу програми замкнутого циклу використовуються в якості граничних умов на наступних етапах. Для опису газодинамічних процесів в каналі була обрана спрощена квазістаціонарним схема течії нев'язкого газу (система рівнянь Ейлера) зі змінною формою області через необхідність обліку руху клапанів: r V \u003d 0 rr 1 (V) V \u003d p Складна геометрична конфігурація каналів, наявність в обсязі клапана, фрагмента направляючої втулки робить необхідним 8 ρ. (4) В якості граничних умов задавалися миттєві, усереднені по перетину швидкостей газу на вхідному і вихідному перерізі. Ці швидкості, а також температури і тиску в каналах, задавалися за результатами розрахунку робочого процесу багатоциліндрового двигуна. Для розрахунку завдання газодинаміки був обраний метод кінцевих елементів МКЕ, що забезпечує високу точність моделювання в поєднанні з прийнятними витратами на реалізацію розрахунку. Розрахунковий алгоритм МСЕ для вирішення даного завдання будується на базі мінімізації варіаційного функціоналу, отриманого шляхом перетворення рівнянь Ейлера з використанням методу Бубнова- Гальоркіна: (llllllmm) k UU Φ x + VU Φ y + WU Φ z + p ψ x Φ) llllllmmk (UV Φ x + VV Φ y + WV Φ z + p ψ y) Φ) llllllmmk (UW Φ x + VW Φ y + WW Φ z + p ψ z) Φ) llllllm (U Φ x + V Φ y + W Φ z ) ψ dxdydz \u003d 0. dxdydz \u003d 0, dxdydz \u003d 0, dxdydz \u003d 0, (5)

10 використання об'ємної моделі розрахункової області. Приклади розрахункових моделей впускного і випускного каналу двигуна ВАЗ-2108 наведені на рис. 1. -б- а- Рис.1. Моделі (а) впускного і (б) випускного каналах двигуна ВАЗ Для розрахунку теплообміну в ГВК обрана об'ємна двохзонна модель, основним допущенням якої є поділ обсягу на області нев'язкого ядра і прикордонного шару. Для спрощення рішення завдань газодинаміки ведеться в квазістаціонарних постановці, тобто без урахування стисливості робочого тіла. Проведений аналіз похибки розрахунку показав можливість подібного допущення за винятком короткочасного ділянки часу відразу після відкриття клапанної щілини, що не перевищує 5 7% від загального часу циклу газообміну. Процес теплообміну в ГВК при відкритих і закритих клапанах має різну фізичну природу (вимушена і вільна конвекція відповідно), тому і описуються вони за двома різними методиками. При закритих клапанах використовується методика, запропонована МГТУ, в якій враховується два процеси теплового навантаження головки на цій ділянці робочого циклу за рахунок власне вільної конвекції і за рахунок вимушеної конвекції, зумовленої залишковими коливаннями стовпа 9

11 газу в каналі під впливом змінності тиску в колекторах багатоциліндрового двигуна. При відкритих клапанах процес теплообміну підпорядковується законам вимушеної конвекції, яку ініціює організованим рухом робочого тіла на такті газообміну. Розрахунок теплообміну в цьому випадку передбачає двоетапне рішення задачі аналіз локальної миттєвої структури газового потоку в каналі і розрахунок інтенсивності теплообміну через прикордонний шар, що утворюється на стінках каналу. Розрахунок процесів конвективного теплообміну в ГВК будувався за моделлю теплообміну при обтіканні плоскої стінки з урахуванням або ламінарної, або турбулентної структури прикордонного шару. Критеріальні залежності теплообміну були уточнені за результатами зіставлення даних розрахунку і експерименту. Остаточний вигляд цих залежностей наведено нижче: Для турбулентного прикордонного шару: 0.8 x Re 0 Nu \u003d Pr (6) x Для ламінарного прикордонного шару: Nu Nu xx αxx \u003d λ (m, pr) \u003d Φ Re tx Kτ, (7) де: α x локальний коефіцієнт тепловіддачі; Nu x, Re x місцеві значення чисел Нуссельта і Рейнольдса відповідно; Pr число Прандтля в даний момент часу; m характеристика Градієнтні потоку; Ф (m, Pr) функція, що залежить від показника градієнтними потоку m і числа 0.15 Прандтля робочого тіла Pr; K τ \u003d Re d - поправочний множник. За миттєвим значенням теплових потоків в розрахункових точках теплосприймаючої поверхні проводилося усереднення за цикл з урахуванням періоду закриття клапана. 10

12 Четверта глава присвячена опису експериментального дослідження температурного стану головки циліндрів двигуна внутрішнього згоряння. Експериментальне дослідження виконувалося з метою перевірки і уточнення теоретичної методики. У завдання експерименту входило отримання розподілу стаціонарних температур в тілі головки циліндрів і порівняння результатів розрахунків з отриманими даними. Експериментальна робота проведена на кафедрі ДВЗ СПбДПУ на випробувальному стенді з автомобільним двигуном ВАЗ Роботи із препарування головки циліндрів виконані автором на кафедрі ДВЗ СПбДПУ за методикою, використовуваної в дослідницькій лабораторії ВАТ «Зірка» (м.Санкт-Петербург). Для вимірювання стаціонарного розподілу температур в голівці використано 6 хромель-копелеві термопар, встановлених уздовж поверхонь ГВК. Заміри проводились як по швидкісній, так і по навантажувальним характеристикам при різних постійних частотах обертання колінчастого вала. В результаті проведеного експерименту отримані показання термопар, знятих при роботі двигуна по швидкісним і навантажувальним характеристикам. Таким чином, проведені дослідження показують, які реальні значення температур в деталях головки блоку циліндра ДВС. Більше уваги приділено в розділі обробці результатів експерименту та оцінки похибок. У п'ятому розділі наводяться дані розрахункового дослідження, яке проводилося з метою перевірки математичної моделі теплообміну в ГВК зіставленням розрахункових даних з результатами експерименту. На рис. 2 представлені результати моделювання швидкісного поля у впускному і випускному каналах двигуна ВАЗ-2108 методом кінцевих елементів. Отримані дані повністю підтверджують неможливість вирішення даного завдання в будь-якій іншій постановці, крім тривимірної, 11

13 оскільки стрижень клапана має суттєвий вплив на результати у відповідальній зоні головки циліндра. На рис. 3-4 наведені приклади результатів розрахунку інтенсивностей теплообміну у впускному і випускному каналах. Дослідження показали, зокрема, істотно нерівномірний характер тепловіддачі як по котра утворює каналу, так і по азимутальной координаті, що, очевидно, пояснюється суттєво нерівномірною структурою газовоздушного потоку в каналі. Підсумкові поля коефіцієнтів тепловіддачі використовувалися для подальших розрахунків температурного стану головки блоку циліндрів. Граничні умови теплообміну по поверхнях камери згоряння і порожнин охолодження задавалися з використанням методик, розроблених в СПбДПУ. Розрахунок температурних полів в голівці циліндрів проводився для сталих режимів роботи двигуна з частотою обертання колінчастого вала від 2500 до 5600 об / хв по зовнішній швидкісній і навантажувальним характеристикам. В якості розрахункової схеми головки блоку циліндрів двигуна ВАЗ обрана секція головки, що відноситься до першого циліндра. При моделюванні теплового стану використаний метод кінцевих елементів в тривимірній постановці. повна картина теплових полів для розрахункової моделі приведена на рис. 5. Результати розрахункового дослідження представлені у вигляді зміни температур в тілі головки циліндрів в місцях установки термопар. Зіставлення даних розрахунку і експерименту показало їх задовільну збіжність, похибка розрахунку не перевищила 3 \u200b\u200b4%. 12

14 Випускний канал, φ \u003d 190 Впускний канал, φ \u003d 380 φ \u003d 190 φ \u003d 380 Рис.2. Поля швидкостей руху робочого тіла в випускному і впускному каналах двигуна ВАЗ-2108 (n \u003d 5600) α (Вт / м 2 К) α (Вт / м 2 К), 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 , 0 S -б- 0 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 S-а- Рис. 3. Криві зміни інтенсивностей теплообміну по зовнішніх поверхнях а- Випускний канал -б- Впускной канал. 13

15 α (Вт / м 2 К) на початку впускного каналі в середині впускного каналі в кінці впускного каналі перетин-1 α (Вт / м 2 К) на початку випускного каналу в середині випускного каналу в кінці випускного каналу перетин Кут повороту Кут повороту - б-Впускний канал а- Випускний канал Рис. 4. Криві зміни інтенсивностей теплообміну в залежності від кута повороту колінчастого вала. а- -б- Рис. 5. Загальний вигляд кінцево-елементної моделі головки циліндрів (а) і розрахункові поля температур (n \u003d 5600 об / хв) (б). 14

16 Висновки по роботі. За результатами проведеної роботи можна зробити наступні основні висновки: 1. Запропоновано і реалізовано нову одновимірно-тривимірна модель розрахунку складних просторових процесів течії робочого тіла і теплообміну в каналах головки блоку циліндрів довільного поршневого ДВС, що відрізняється більшою в порівнянні з раніше запропонованими методами точністю і повної універсальністю результатів. 2. Отримано нові дані про особливості газодинаміки і теплообміну в газоповітряних каналах, що підтверджують складний просторово нерівномірний характер процесів, практично виключає можливість моделювання в одновимірних і двовимірних варіантах постановках задачі. 3. Підтверджено необхідність завдання граничних умов для розрахунку завдання газодинаміки впускних і випускних каналів виходячи з рішення задачі нестаціонарної течії газу в трубопроводах і каналах багатоциліндрового двигуна. Доведено можливість розгляду цих процесів в одновимірної постановці. Запропоновано і реалізовано методику розрахунку цих процесів на базі методу характеристик. 4. Проведене експериментальне дослідження дозволило внести уточнення в розроблені розрахункові методики і підтвердило їх точність і достовірність. Зіставлення розрахункових і заміряних температур в деталі показало максимальну похибку результатів, що не перевищує 4%. 5. Запропонована розрахунково-експериментальна методика може бути рекомендована для впровадження на підприємствах галузі двигунобудування при проектуванні нових і доведенні вже існуючих поршневих чотиритактних ДВС. 15

17 По темі дисертації опубліковані наступні роботи: 1. Шабанов А.Ю., Машкур М.А. Розробка моделі одновимірної газодинаміки у впускних і випускних системах двигунів внутрішнього згоряння // Деп. в ВІНІТІ: N1777-B2003 від, 14 с. 2. Шабанов А.Ю., Зайцев А.Б., Машкур М.А. Звичайно-елементний метод розрахунку граничних умов теплового навантаження головки блоку циліндрів поршнвого двигуна // Деп. в ВІНІТІ: N1827-B2004 від, 17 с. 3. Шабанов А.Ю., Махмуд Машкур А. Розрахунково-експериментальної дослідження температурного стану головки блоку циліндрів двигуна // Двигунобудування: Науково-технічний збірник, повященний 100-річчя від дня народження Заслуженого діяча науки і техніки Російської Федерації професора Н.Х. Дьяченко // Відп. ред. Л. Є. Магидович. СПб .: Изд-во Політехнічного університету, з Шабанов А.Ю., Зайцев А.Б., Машкур М.А. Новий метод розрахунку граничних умов теплового навантаження головки блоку циліндрів поршневого двигуна // Двигунобудування, N5 2004, 12 с. 5. Шабанов А.Ю., Махмуд Машкур А. Застосування методу скінченних елементів при визначенні граничних умов теплового стану головки циліндра // XXXIII Тиждень науки СПбГПУ: Матеріали міжвузівської наукової конференції. СПб .: Изд-во Політехнічного університету, 2004, с Машкур Махмуд А., Шабанов А.Ю. Застосування методу характеристик до дослідження параметрів газу в газоповітряних каналах ДВС. XXXI Тиждень науки СПбГПУ. Ч. II. Матеріали міжвузівської наукової конференції. СПб .: Изд-во СПбДПУ, 2003, с

18 Робота виконана в Державному освітній установі вищої професійної освіти «Санкт-Петербурзький державний політехнічний університет», на кафедрі двигунів внутрішнього згоряння. Науковий керівник - кандидат технічних наук, доцент Шабанов Олександр Юрійович Офіційні опоненти - доктор технічних наук, професор Єрофєєв Валентин Леонідович кандидат технічних наук, доцент Кузнєцов Дмитро Борисович Провідна установа - ГУП «ЦНІДІ» Захист відбудеться 2005 року в годин на засіданні спеціалізованої вченої ради Д при державному освітній установі вищої професійної освіти «Санкт-Петербурзький державний політехнічний університет» за адресою:, Санкт-Петербург, вул. Політехнічна 29, Головна будівля, ауд .. З дисертацією можна ознайомитися у фундаментальній бібліотеці ГОУ «СПбДПУ». Автореферат розісланий 2005 Вчений секретар спеціалізованої вченої ради, доктор технічних наук, доцент Хрустальов Б.С.

На правах рукопису Булгаков Микола Вікторович МАТЕМАТИЧНЕ МОДЕЛЮВАННЯ І ЧИСЕЛЬНІ ДОСЛІДЖЕННЯ турбулентності Тепломассоперенос У двигунах внутрішнього згоряння 05.13.18 -математичне моделювання,

ВІДГУК офіційного опонента Драгомирова Сергія Григоровича на дисертацію Смоленської Наталії Михайлівни «Поліпшення економічності двигунів з іскровим запалюванням за рахунок застосування газових композитних

ВІДГУК офіційного опонента к.т.н., Кудінова Ігоря Васильовича на дисертацію Супельняк Максима Ігоровича «Дослідження циклічних процесів теплопровідності і термопружності в термічному шарі твердого

Лабораторна робота 1. Розрахунок критеріїв подібності для дослідження процесів тепло- і масопередачі в рідинах. Мета роботи Використання інструментальних засобів електронних таблиць MS Excel при розрахунку

12 червня 2017 р Спільний процес конвекції і теплопровідності називається конвективним теплообміном. Природна конвекція викликається різницею питомих ваг нерівномірно нагрітої середовища, здійснюється

РОЗРАХУНКОВО-ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНИЙ МЕТОД ВИЗНАЧЕННЯ КОЕФІЦІЄНТА ВИТРАТИ продувному ВІКОН ДВОТАКТНОГО ДВИГАТЕЛЯ з кривошипно-камерної Е.А. Герман, А.А. Балашов, А.Г. Кузьмін 48 Потужностні і економічні показники

УДК 621.432 Методика оцінки ГРАНИЧНИХ УМОВ ПРИ ВИРІШЕННІ ЗАВДАННЯ ВИЗНАЧЕННЯ ТЕПЛОВОГО СТАНУ ПОРШНЯ ДВИГАТЕЛЯ 4Ч 8,2 / 7,56 Г.В. Ломакін Запропоновано універсальну методику оцінки граничних умов при

Секція «ПОРШНЕВІ І газотурбінних двигунів». Метод підвищення наповнення циліндрів високооборотного двигуна внутрішнього згоряння д.т.н. проф. Фомін В.М., к.т.н. Руновському К.С., к.т.н. Апелінскій Д.В.,

УДК 621.43.016 А.В. Трин, канд. техн. наук, А.Г. Косулин, канд. техн. наук, А.Н. Авраменко, інж. ВИКОРИСТАННЯ ЛОКАЛЬНОГО ПОВІТРЯНОГО ОХОЛОДЖЕННЯ клапан УЗЛА ДЛЯ форсувати АВТОТРАКТОРНИХ ДИЗЕЛІВ

Коефіцієнт тепловіддачі ВИПУСКНОГО КОЛЛЕКТОРА ДВС Сухонос Р. Ф., магістрант ЗНТУ Керівник Мазін В. А., канд. техн. наук, доц. ЗНТУ З поширенням комбінованих ДВС стає важливим вивчення

ДЕЯКІ НАУКОВО-МЕТОДИЧНІ НАПРЯМКИ ДІЯЛЬНОСТІ ПРАЦІВНИКІВ СИСТЕМИ ДПО У АлтГТУ РОЗРАХУНКОВО-ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНИЙ МЕТОД ВИЗНАЧЕННЯ КОЕФІЦІЄНТА ВИТРАТИ продувному ВІКОН ДВОТАКТНОГО ДВИГАТЕЛЯ з кривошипно-камерної

ДЕРЖАВНЕ КОСМІЧНЕ АГЕНСТВО УКРАЇНИ ДЕРЖАВНЕ ПІДПРИЄМСТВО «КОНСТРУКТОРСЬКЕ БЮРО« ПІВДЕННЕ »ІМ. М.К. ЯНГОЛ »На правах рукопису Шевченка Сергій Андрійович УДК 621.646.45 УДОСКОНАЛЕННЯ пневмосистеми

АНОТАЦІЯ дисципліни (навчального курсу) М2.ДВ4 Локальний теплообмін в ДВС (шифр і найменування дисципліни (навчального курсу)) Сучасний розвиток техніки вимагає широкого впровадження в промисловість нових

ТЕПЛОПРОВІДНІСТЬ В нестаціонарних процесів Розрахунок температурного поля і теплових потоків в процесі теплопровідності розглянемо на прикладі нагріву або охолодження твердих тіл, оскільки в твердих тілах

ВІДГУК офіційного опонента про дисертаційній роботі Москаленко Івана Миколайовича «ВДОСКОНАЛЕННЯ МЕТОДІВ ПРОФІЛІРО- вання БІЧНИЙ ПОВЕРХНІ ПОРШНІВ ДВИГАТЕЛЕЙ внутрішнього згоряння», представленої

УДК 621.43.013 Є.П. Воропаєв, інж. МОДЕЛЮВАННЯ ЗОВНІШНЬОЇ ШВИДКІСНИЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ ДВИГУНА спортбайк SUZUKI GSX-R750 Введення Застосування тривимірних газодинамічних моделей в проектуванні поршневих

94 Техніка і технології УДК 6.436 П. В. Дворкін Петербурзький державний університет шляхів сполучення ВИЗНАЧЕННЯ Коефіцієнт тепловіддачі В СТІНКИ КАМЕРИ ЗГОРЯННЯ В даний час не існує єдиного

ВІДГУК офіційного опонента на дисертаційну роботу Чічіланова Іллі Івановича, виконану на тему «Удосконалення методики і засобів діагностування дизельних двигунів»На здобуття наукового ступеня

УДК 60.93.6: 6.43 Е. А. Кочетков, А. С. Курильов ÃÐÀÍÈ ÍÛÅ ÏÀÐÀÌÅÒÐÛ ÈÑÑËÅÄÎÂÀÍÈÉ ÊÀÂÈÒÀÖÈÎÍÍÛÕ ÐÀÇÐÓØÅÍÈÉ ÎÁÐÀÇÖÎÂ ÍÀ ÝÊÑÏÅÐÈÌÅÍÒÀËÜÍÎÉ ÓÑÒÀÍÎÂÊÅ Дослідження кавитационного зносу на двигунах внутрішнього

Лабораторна робота 4 ДОСЛІДЖЕННЯ тепловіддачі при ВІЛЬНОМУ РУХ ПОВІТРЯ Завдання 1. Провести теплотехнічні вимірювання для визначення коефіцієнта тепловіддачі горизонтальної (вертикальної) труби

УДК 612.43.013 Робочі процеси в ДВС А.А. Хандрімайлов, інж., В.Г. Солодов, д-р техн. наук СТРУКТУРА ТЕЧІЇ повітряного ЗАРЯДУ В ЦИЛІНДРІ ДИЗЕЛЯ НА такту впуску І стиснення Введення Процес об'ємно-плівкового

УДК 53.56 АНАЛІЗ РІВНЯНЬ ламінарними ПРИКОРДОННОГО ШАРУ Докт. техн. наук, проф. Есьман Р. І. Білоруський національний технічний університет При транспортуванні рідких енергоносіїв в каналах і трубопроводах

ЗАТВЕРДЖУЮ: ьд у I / - гт л. еоректор по наукової роботи і А * ^ 1 доктор біологічні! сварок М.Г. Баришев ^., - * с ^ х \\ "л, 2015 р ВІДГУК ЯКІ ВЕДУТЬ ОРГАНІЗАЦІЇ на дисертаційну роботу Ярцевої Олени Павлівни

Теплопередачі План лекції: 1. Тепловіддача при вільному русі рідини у великому обсязі. Тепловіддача при вільному русі рідини в обмеженому просторі 3. Вимушене рух рідини (газу).

Лекція 13 РОЗРАХУНКОВІ Рівняння У ПРОЦЕСАХ ТЕПЛООБМІНУ Визначення коефіцієнтів тепловіддачі в процесах без зміни агрегатного стану теплоносія Теплообмінні процеси без зміни агрегатного

ВІДГУК офіційного опонента на дисертацію Некрасової Світлани Олегівни «Розробка узагальненої методики проектування двигуна з зовнішнім підведенням тепла з пульсаційної трубою», представлену до захисту

15.1.2. Конвективні Тепловіддача при вимушеному РУХ ТЕКУЧОГО СЕРЕДОВИЩА В труб і каналів У цьому випадку безрозмірний коефіцієнт тепловіддачі критерій (число) Нуссельта залежить від критерію Грасгофа (при

ВІДГУК офіційного опонента Цидипова Балдандоржо Дашиевич на дисертаційну роботу Дабаевой Марії Жалсановни «Метод дослідження коливань систем твердих тіл, встановлених на пружному стрижні, на основі

РОСІЙСЬКА ФЕДЕРАЦІЯ (19) RU (11) (51) МПК F02B 27/04 (2006.01) F01N 13/08 (2010.01) 169 115 (13) U1 RU 1 6 9 1 1 5 U 1 ФЕДЕРАЛЬНА СЛУЖБА У інтелектуальної власності (12) ОПИС КОРИСНОЇ МОДЕЛІ

МОДУЛЬ. Конвективного теплообміну в однофазних середовищах Спеціальність 300 «Технічна фізика» Лекція 10. Подоба і моделювання процесів конвективного теплообміну Моделювання процесів конвективного теплообміну

УДК 673 РВ КОЛОМІЄЦЬ (Україна, Дніпропетровськ, Інститут технічної механіки НАН України і ДКА України) конвективного теплообміну В АЕРОФОНТАННОЙ сушарки Постановка проблеми Конвективная сушка продуктів заснована

Відгук офіційного опонента на дисертаційну роботу Подригі Вікторії Олегівни «багатомасштабного чисельне моделювання течій газу в каналах технічних микросистем », представлену на здобуття наукового

ВІДГУК офіційного опонента на дисертацію Алюкова Сергія Вікторовича «Наукові основи інерційних безступінчатих передач підвищеної навантажувальної здатності», представлену на здобуття наукового ступеня

Міністерство освіти і науки Російської Федерації Державне освітній заклад вищої професійної освіти САМАРСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ АЕРОКОСМІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ імені академіка

ВІДГУК офіційного опонента Павленко Олександра Миколайовича на дисертацію Баканова Максима Олеговича «Дослідження динаміки процесу пороутворення при термічній обробці пеностекольной шихти», представлену

Д "спбпу a" "ротега o" "а IIIII I Л 1 !! ^ .1899 ... Г освіти та науки Росії федеральне державне автономне освітня установа вищої освіти« Санкт-Петербурзький політехнічний університет

ВІДГУК офіційного опонента на дисертацію Лепьошкіну Дмитра Ігоровича на тему «Поліпшення показників дизеля в умовах експлуатації підвищенням стабільності роботи паливної апаратури», Представленої

Відгук офіційного опонента на дисертаційну роботу Кобякова Юлії В'ячеславівни на тему: "Якісний аналіз повзучості нетканих матеріалів на стадії організації їх виробництва з метою підвищення конкурентоспроможності,

Випробування проводилися на моторному стенді з інжекторним двигуном ВАЗ-21126. Двигун був встановлений на гальмівному стенді типу «MS-VSETIN», обладнаному вимірювальною апаратурою, що дозволяє контролювати

Електронний журнал «Технічна акустика» http://webceter.ru/~eeaa/ejta/ 004, 5 Псковський політехнічний інститут Росія, 80680, м Псков, вул. Л. Толстого, 4, e-mail: [Email protected] Про швидкості звуку

Відгук офіційного опонента на дисертаційну роботу Єгорової Марини Авініровни на тему: "Розробка методів моделювання, прогнозування та оцінки експлуатаційних властивостей полімерних текстильних канатів

У просторі швидкостей. Дана робота фактично спрямована на створення промислового пакета для розрахунків течій розрідженого газу на основі рішення кінетичного рівняння з модельним інтегралом зіткнень.

ОСНОВИ ТЕОРІЇ ТЕПЛООБМІНУ Лекція 5 План лекції: 1. Загальні поняття теорії конвективного теплообміну. Тепловіддача при вільному русі рідини у великому обсязі 3. Тепловіддача при вільному русі рідини

Неявні методи РІШЕННЯ сполучених ЗАВДАНЬ ламінарними ПРИКОРДОННОГО ШАРУ НА пластини План заняття: 1 Мета роботи Диференціальні рівняння теплового прикордонного шару 3 Опис розв'язуваної задачі 4 Метод рішення

Методика розрахунку температурного стану головних частин елементів ракетно-космічної техніки при їх наземної експлуатації # 09, вересень 2014 Копитов В. С., Пучков В. М. УДК: 621.396 Росія, МГТУ ім.

Напруг і реальну роботу фундаментів при малоциклових навантаженнях з урахуванням передісторії навантажень. Відповідно до цього, тема досліджень є актуальною. Оцінка структури та змісту роботи В

ВІДГУК офіційного опонента доктора технічних наук, професора Павлова Павла Івановича на дисертаційну роботу Кузнєцова Олексія Миколайовича на тему: «Розробка системи активного шумозаглушення в

1 Міністерство освіти і науки Російської Федерації Федеральне державне бюджетне освітня установа Вищої професійної освіти «Володимирський державний університет

В спеціалізованої вченої ради Д 212.186.03 ФГБОУ ВО «Пензенський державний університет» Вченому секретарю д.т.н., професору Воячек І.І. 440026, м Пенза, вул. Червона, 40 ВІДГУК ОФІЦІЙНОГО ОПОНЕНТА Семенова

ЗАТВЕРДЖУЮ: Перший проректор, проректор з наукової та інноваційної роботи федерального державного бюджетного освітнього учреждецщ ^^ исшего освіти ^ ^ жавного університет) Игорьевич

КОНТРОЛЬНО-ВИМІРЮВАЛЬНІ МАТЕРІАЛИ з дисципліни « силові агрегати»Питання до заліку 1. Для чого призначений двигун, і які типи двигунів встановлюють на вітчизняних автомобілях? 2. Класифікація

Д.В. Гриньов (к. Т. Н.), М.А. Донченко (к. Т. Н., Доцент), А.Н. Іванов (аспірант), А.Л. Пермінов (аспірант) РОЗРОБКА МЕТОДИКИ РОЗРАХУНКУ І КОНСТРУЮВАННЯ ДВИГАТЕЛЕЙ роторно-ТИПУ З зовнішнім підведенням

Тривимірне моделювання робочого процесу в авіаційному роторно-поршневому двигуні Зеленцов А.А., Мінін В.П. ЦИАМ ім. П.І. Баранова Від. 306 «Авіаційні поршневі двигуни» 2018 Мета роботи роторно-поршневі

Неізотерміческімі МОДЕЛЬ ТРАНСПОРТУ ГАЗУ Трофимов АС, Куцев ВА, Кочарян ЕВ г Краснодар При описі процесів перекачування природного газу по МГ, як правило, розглядаються окремо завдання гідравліки і теплообміну

УДК 6438 МЕТОД РОЗРАХУНКУ ИНТЕНСИВНОСТИ ТУРБУЛЕНТНОСТІ ПОТОКУ ГАЗУ НА ВИХІД ІЗ КАМЕРИ ЗГОРЯННЯ газотурбінного двигуна 007 А В Григор'єв, В А Митрофанов, Про А Рудаков, А В Соловйова ВАТ «Клімов», г Санкт-Петербург

Детонація ГАЗОВОЇ СУМІШІ В шорсткості труб і щілинах В.Н. ОХІТІН С.І. КЛІМАЧКОВ І.А. Перевалі Московський Державний Технічний Університет ім. Н.е. Баумана Москва Росія Газодинамічні параметри

Лабораторна робота 2 ДОСЛІДЖЕННЯ тепловіддачі при вимушеної конвекції Мета роботи експериментальне визначення залежності коефіцієнта тепловіддачі від швидкості руху повітря в трубі. отримані

Лекція. Дифузійний прикордонний шар. Рівняння теорії прикордонного шару при наявності масообміну Поняття прикордонного шару, розглянуте в п. 7. і 9. (для гідродинамічного і теплового прикордонних шарів

Явний МЕТОД ВИРІШЕННЯ УРАВЕНЕНІЙ ламінарними ПРИКОРДОННОГО ШАРУ НА пластини Лабораторна робота 1, План заняття: 1. Мета роботи. Методи рішення рівнянь прикордонного шару (методичний матеріал) 3. Диференціальні

УДК 621.436 Н. Д. чайна, Л. Л. Мягков, М. С. Маластовскій МЕТОДИКА РОЗРАХУНКУ узгодити ТЕМПЕРАТУРНИХ ПОЛІВ кришки ЦИЛІНДРА з клапанами Запропоновано методику розрахунку узгоджених полів кришки циліндра

# 8, серпень 6 УДК 533655: 5357 Аналітичні формули для розрахунку теплових потоків на затуплених тілах малого подовження Волков МН, студент Росія, 55, г Москва, МГТУ ім Н Е Баумана, Аерокосмічний факультет,

Відгук офіційного опонента на дисертацію Самойлова Дениса Юрійовича «Інформаційно-вимірювальна і керуюча система для інтенсифікації видобутку нафти і визначення обводнення продукції свердловин»,

Федеральне агентство з освіти Державна освітня установа вищої професійної освіти Тихоокеанський Державний університет Теплова напруженість деталей ДВЗ Методичні

Відгук офіційного опонента доктора технічних наук, професора Лабудіна Бориса Васильовича на дисертаційну роботу Сюй Юня на тему: «Підвищення несучої здатності з'єднань елементів дерев'яних конструкцій

Відгук офіційного опонента Львова Юрія Миколайовича на дисертацію МЕЛЬНИКОВОЇ Ольги Сергіївни «Діагностика головною ізоляції силових маслонаповнених електроенергетичних трансформаторів по статистичному

УДК 536.4 Горбунов А.Д. д-р техн. наук, проф., ДДТУ ВИЗНАЧЕННЯ Коефіцієнт тепловіддачі ПРИ турбулентної течії У трубах і каналах аналітичних методів Аналітичний розрахунок коефіцієнта тепловіддачі

УДК 621.436

ВПЛИВ аеродинамічного опору впускних і вихлопних систем АВТОМОБІЛЬНИХ ДВИГУНІВ НА ПРОЦЕСИ газообміну

Л.В. Плотніков, Б.П. Жилкін, Ю.М. Бродів, Н.І. Григор'єв

В роботі представлені результати експериментального дослідження впливу аеродинамічного опору впускних і вихлопних систем поршневих двигунів на процеси газообміну. Досліди проводилися на натурних моделях одноциліндрового ДВС. Описано установки і методика проведення експериментів. Представлені залежності зміни миттєвої швидкості і тиску потоку в газоповітряних трактах двигуна від кута повороту колінчастого вала. Дані отримані при різних коефіцієнтах опору впускних і випускних систем і різних частотах обертання колінчастого вала. На основі отриманих даних були зроблені висновки про динамічні особливості процесів газообміну в двигуні при різних умовах. Показано, що застосування глушника шуму згладжує пульсації потоку і змінює витратні характеристики.

Ключові слова: поршневий двигун, процеси газообміну, динаміка процесу, пульсації швидкості і тиску потоку, глушник шуму.

Вступ

До впускним і випускним системам поршневих двигунів внутрішнього згоряння пред'являється ряд вимог, серед яких основними є максимальне зниження аеродинамічного шуму і мінімальний аеродинамічний опір. Обидва цих показника визначаються у взаємозв'язку конструкції фільтруючого елемента, глушників впуску та випуску, каталітичних нейтралізаторів, наявності наддуву (компресора і / або турбокомпресора), а також конфігурації впускних і випускних трубопроводів і характером перебігу в них. При цьому практично відсутні дані про вплив додаткових елементів впускних і випускних систем (фільтрів, глушників, турбокомпресора) на газодинаміку потоку в них.

У цій статті представлені результати дослідження впливу аеродинамічного опору впускних і вихлопних систем на процеси газообміну стосовно поршневому двигуну розмірності 8,2 / 7,1.

експериментальні установки

і система збору даних

Дослідження впливу аеродинамічного опору газоповітряних систем на процеси газообміну в поршневих ДВС проводилися на натурної моделі одноциліндрового двигуна розмірності 8,2 / 7,1, що приводиться в обертання асинхронним двигуном, Частота обертання колінчастого вала якого регулювалася в діапазоні п \u003d 600-3000 мін1 з точністю ± 0,1%. Більш докладно експериментальна установка описана в.

На рис. 1 і 2 показані конфігурації і геометричні розміри впускного і випускного тракту експериментальної установки, а також місця установки датчиків для вимірювання миттєвих

значень середньої швидкості і тиску потоку повітря.

Для вимірювань миттєвих значень тиску в потоці (статичного) в каналі рх використовувався датчик тиску £ -10 фірми WIKA, швидкодія якого - менше 1 мс. Максимальна відносна середньоквадратична похибка вимірювання тиску становила ± 0,25%.

Для визначення миттєвої середньої по перетину каналу швидкості потоку повітря wх застосовувалися термоанемометри постійної температури оригінальної конструкції, чутливим елементом яких була нихромовая нитка діаметром 5 мкм і довжиною 5 мм. Максимальна відносна середньоквадратична похибка вимірювання швидкості wх становила ± 2,9%.

Вимірювання частоти обертання колінчастого вала здійснювалося за допомогою тахометричного лічильника, що складається з зубчастого диска, закріпленого на колінчастому валі, І індуктивного датчика. Датчик формував імпульс напруги з частотою, пропорційною швидкості обертання валу. За цим імпульсам реєструвалася частота обертання, визначалося положення колінчастого вала (кут ф) і момент проходження поршнем ВМТ і НМТ.

Сигнали з усіх датчиків поступали в аналого-цифровий перетворювач і передавалися в персональний комп'ютер для подальшої обробки.

Перед проведенням експериментів проводилася статична і динамічна тарировка вимірювальної системи в цілому, яка показала швидкодію, необхідне для дослідження динаміки газодинамічних процесів у впускних і вихлопних системах поршневих двигунів. Сумарна середньоквадратична похибка експериментів по впливу аеродинамічного опору газоповітряних систем ДВС на процеси газообміну становила ± 3,4%.

Мал. 1. Конфігурація і геометричні розміри впускного тракту експериментальної установки: 1 - головка циліндрів; 2 -впускная труба; 3 - вимірювальна труба; 4 - датчики термоанемометра для вимірювання швидкості потоку повітря; 5 - датчики тиску

Мал. 2. Конфігурація та геометричні розміри випускного тракту експериментальної установки: 1 - головка циліндрів; 2 - робочий ділянку - випускна труба; 3 - датчики тиску; 4 - датчики термоанемометра

Вплив додаткових елементів на газодинаміку процесів впуску та випуску вивчалося при різних коефіцієнтах опору систем. Опору створювалися за допомогою різних фільтрів впуску та випуску. Так, в якості одного з них використовувався стандартний повітряний автомобільний фільтр з коефіцієнтом опору 7,5. Як інший фільтруючого елемента був обраний тканинний фільтр з коефіцієнтом опору 32. Коефіцієнт опору визначався експериментально за допомогою статичної продувки в лабораторних умовах. Також проводилися дослідження без фільтрів.

Вплив аеродинамічного опору на процес впуску

На рис. 3 і 4 показані залежності швидкості потоку повітря і тиску рх у впускному кана-

ле від кута повороту колінчастого вала ф при різних його частотах обертання і при використанні різних фільтрів впуску.

Встановлено, що в обох випадках (з глушником і без) пульсації тиску і швидкості потоку повітря найбільш виражені при високих частотах обертання колінчастого вала. При цьому у впускному каналі з глушником шуму значення максимальної швидкості потоку повітря, як і слід було очікувати, менше, ніж в каналі без нього. найбільш

м\u003e х, м / с 100

Відкриття 1 III 1 1 III 7 1 £ * ^ 3 111 про

ЕГпцскного клапанп 1 111 II ти. [Зокритір. . 3

§ Р * ■ -1 * £ л Р- до

// 11 "И '\\ 11 I III 1

540 (р. Грае. П.к.й. 720 ВМТ НМТ

1 + 1 Відкриття -гбпцскного-! Клапан А л 1 Г 1 1 1 Закрито ^

1 ДЧ \\. бпцскноео клапана "X 1 + 1

| | А J __ 1 \\ __ MJ \\ у Т -1 1 \\ К / \\ 1 ^ V / \\ / \\ "Ж) у /. \\ / Л / Л" Пч -про- 1 \\ __ V / -

1 1 1 1 1 1 1 | 1 1 ■ ■ 1 1

540 (р. ГраО. П.к.Ь. 720 ВМТ НМТ

Мал. 3. Залежність швидкості повітря wх у впускному каналі від кута повороту колінчастого вала ф при різних частотах обертання колінчастого вала і різних фільтруючих елементах: а - п \u003d 1500 хв-1; б - 3000 хв-1. 1 - без фільтру; 2 - стандартний повітряний фільтр; 3 - тканинний фільтр

Мал. 4. Залежність тиску рх у впускному каналі від кута повороту колінчастого вала ф при різних частотах обертання колінчастого вала і різних фільтруючих елементах: а - п \u003d 1500 хв-1; б - 3000 хв-1. 1 - без фільтру; 2 - стандартний повітряний фільтр; 3 - тканинний фільтр

яскраво це проявилося при високих частотах обертання колінчастого вала.

Після закриття впускного клапана тиск і швидкість потоку повітря в каналі при будь-яких умовах не стають рівними нулю, а спостерігаються деякі їх флуктуації (див. Рис. 3 і 4), що характерно і для процесу випуску (див. Нижче). При цьому установка глушника шуму впуску призводить до зменшення пульсацій тиску і швидкості потоку повітря при всіх умовах як протягом процесу впуску, так і після закриття впускного клапана.

вплив аеродинамічного

опору на процес випуску

На рис. 5 і 6 показані залежності швидкості потоку повітря wx і тиску рх в випускному каналі від кута повороту колінчастого вала ф при різних його частотах обертання і при використанні різних фільтрів випуску.

Дослідження проводилися для різних частот обертання колінчастого вала (від 600 до 3000 хв-1) при різних надлишкових тисках на випуску рь (від 0,5 до 2,0 бар) без глушника шуму і при його наявності.

Встановлено, що в обох випадках (з глушником і без) пульсації швидкості потоку повітря найбільш яскраво проявилися при низьких частотах обертання колінчастого вала. При цьому в випускному каналі з глушником шуму значення максимальної швидкості потоку повітря залишаються при-

мірно такими ж, як і без нього. Після закриття випускного клапана швидкість потоку повітря в каналі при будь-яких умовах не стає рівною нулю, а спостерігаються деякі флуктуації швидкості (див. Рис. 5), що характерно і для процесу впуску (див. Вище). При цьому установка глушника шуму на випуску призводить до істотного збільшення пульсацій швидкості потоку повітря при будь-яких умовах (особливо при рь \u003d 2,0 бар) як під час процесу випуску, так і після закриття випускного клапана.

Слід зазначити протилежний вплив аеродинамічного опору на характеристики процесу впуску в ДВС, де при використанні повітряного фільтра пульсації ефекти в процесі впуску і після закриття впускного клапана були присутні, але загасали явно швидше, ніж без нього. При цьому наявність фільтра в системі впуску призводило до зниження максимальної швидкості потоку повітря і ослаблення динаміки процесу, що добре узгоджується з раніше отриманими результатами в роботі.

Збільшення аеродинамічного опору вихлопної системи призводить до деякого збільшення максимальних тисків у процесі випуску, а також зміщення піків за ВМТ. При цьому можна відзначити, що установка глушника шуму випуску призводить до зменшення пульсацій тиску потоку повітря при всіх умовах як протягом процесу випуску, так і після закриття випускного клапана.

их. м / зі 118 100 46 16

1 1 к. Т «ААі до т 1 Закриття МпЦскного клапана

Відкриття Ьипіскного |<лапана ^ 1 1 А ікТКГ- ~/М" ^ 1

"" "І | у і \\ / ~ ^

540 (р, граб, п.к.й. 720 НМТ ВМТ

Мал. 5. Залежність швидкості повітря wх в випускному каналі від кута повороту колінчастого вала ф при різних частотах обертання колінчастого вала і різних фільтруючих елементах: а - п \u003d 1500 хв-1; б - 3000 хв-1. 1 - без фільтру; 2 - стандартний повітряний фільтр; 3 - тканинний фільтр

Рх. 5пр 0,150

1 1 1 1 1 1 1 1 1 II 1 1 + 1 II 1 + 1 л "А 11 1 + 1 / \\ 1. ', і II 1 + 1

відкриття | йипцскного 1 іклапана Л7 1 ч и _ / 7 / ", Г и 1 \\ Ч Закриття бьтцскного Г / КГкТї Алана -

ч- "1 + 1 1 + 1 1 і 1 Л Л _л / й й ч / 1 1

540 (р, труну, п.к.6. 720

Мал. 6. Залежність тиску рх в випускному каналі від кута повороту колінчастого вала ф при різних частотах обертання колінчастого вала і різних фільтруючих елементах: а - п \u003d 1500 хв-1; б - 3000 хв-1. 1 - без фільтру; 2 - стандартний повітряний фільтр; 3 - тканинний фільтр

На основі обробки залежностей зміни швидкості потоку за окремий такт було розраховано відносну зміну об'ємної витрати повітря Q через випускний канал при розміщенні глушника. Встановлено, що при низьких надлишкових тисках на випуску (0,1 МПа) витрата Q в випускний системі з глушником менше, ніж в системі без нього. При цьому якщо на частоті обертання колінчастого вала 600 хв-1 ця різниця становила приблизно 1,5% (що лежить в межах похибки), то при п \u003d 3000 мін4 ця різниця досягала 23%. Показано, що для високого надлишкового тиску, рівного 0,2 МПа, спостерігалася протилежна тенденція. Об'ємна витрата повітря через випускний канал з глушником був більше, ніж в системі без нього. При цьому при низьких частотах обертання колінчастого вала це перевищення становило 20%, а при п \u003d 3000 хв-1 -лише 5%. На думку авторів, подібний ефект можна пояснити деяким згладжуванням пульсацій швидкості потоку повітря в випускний системі при користуванні глушником шуму.

висновок

Проведене дослідження показало, що на процес впуску в поршневому двигуні внутрішнього згоряння істотно впливає аеродинамічний опір впускного тракту:

Зростання опору фільтруючого елемента згладжує динаміку процесу наповнення, але при цьому знижує швидкість потоку повітря, що відповідно зменшує коефіцієнт наповнення;

Вплив фільтра посилюється зі зростанням частоти обертання колінчастого вала;

Було встановлено граничне значення коефіцієнта опору фільтра (приблизно 50-55), після якого його величина не впливає на витрату.

При цьому було показано, що аеродинамічний опір вихлопної системи також значно впливає на газодинамічні і витратні характеристики процесу випуску:

Збільшення гідравлічного опору випускної системи в поршневому ДВС призводить до посилення пульсацій швидкості потоку повітря у випускному каналі;

При низьких надлишкових тисках на випуск в системі з глушником шуму спостерігається зменшення об'ємної витрати через випускний канал, тоді як при високих рь - навпаки, відбувається його збільшення в порівнянні з випускною системою без глушника.

Таким чином, отримані результати можуть бути використані в інженерній практиці з метою оптимального вибору характеристик глушників шуму впуску і випуску, що може надати положи-

тельное вплив на наповнення циліндра свіжим зарядом (коефіцієнт наповнення) і якість очищення циліндра двигуна від відпрацьованих газів (коефіцієнт залишкових газів) на певних швидкісних режимах роботи поршневих ДВС.

література

1. Драганов, Б.Х. Конструювання впускних і випускних каналів двигунів внутрішнього згоряння / Б.Х. Драганов, М.Г. Круглов, В. С. Обухова. - Київ: Вища шк. Головне вид-во, 1987. -175 с.

2. Двигуни внутрішнього згоряння. У 3 кн. Кн. 1: Теорія робочих процесів: навч. / В.Н. Лу-Канін, К.А. Морозов, А.С. Хачіян і ін .; під ред. В.Н. Луканіна. - М .: Вища. шк., 1995. - 368 с.

3. Шароглазов, Б.А. Двигуни внутрішнього згоряння: теорія, моделювання і розрахунок процесів: навч. по курсу «Теорія робочих процесів і моделювання процесів в двигунах внутрішнього згоряння» /Б.А. Шароглазов, М.Ф. Фарафонтов, В.В. Клементе; під ред. засл. деят. науки РФ Б.А. Шароглазова. - Челябінськ: ЮУрГУ, 2010. -382 с.

4. Сучасні підходи до створення дизелів для легкових автомобілів і малолітражних гру-

зовіков /А.Д. Блінов, П.А. Голубєв, Ю.Є. Драган та ін .; під ред. В. С. Папонова і А. М. Мінєєва. - М .: НДЦ «Інженер», 2000. - 332 с.

5. Експериментальне дослідження газодинамічних процесів в системі впуску поршневого ДВС / Б.П. Жилкін, Л.В. Плотніков, С.А. Корж, І.Д. Ларіонов // Двигунобудування. - 2009. -№ 1. - С. 24-27.

6. Про зміну газодинаміки процесу випуску в поршневих ДВС при установці глушника / Л.В. Плотніков, Б.П. Жилкін, А.В. Крестовським, Д.Л. Падаляк // Вісник академії військових наук. -2011. - № 2. - С. 267-270.

7. Пат. Вісімдесят одна тисяча триста тридцять вісім RU, МПК G01 Р5 / 12. Термоанемометр постійної температури / С.М. Плохов, Л.В. Плотніков, Б.П. Жилкін. - № 2008135775/22; заявл. 03.09.2008; опубл. 10.03.2009, Бюл. № 7.

1

У даній статті розглядаються питання оцінки впливу резонатора на наповнення двигуна. У ка-честве прикладу запропонований резонатор - за обсягом дорівнює об'єму циліндра двигуна. Геометрія впуск-ного тракту разом з резонатором була імпортована в програму FlowVision. Математичне моді-лирование було проведено з урахуванням всіх властивостей рухомого газу. Для оцінки витрат через вхідну систему, оцінки швидкості потоку в системі і відносного тиску повітря в клапанної щілини було проведено комп'ютерне моделювання, яке показало ефективність застосування додаткової ємності. Була проведена оцінка зміни витрати через клапанну щілину, швидкості руху потоку, тиску і щільності потоку для стандартної, модернізованої і впускної системи з рессивери. При цьому збільшується маса повітря, що поступає, знижується швидкість руху потоку і збільшується щільність повітря, що надходить в циліндр, що сприятливо відбивається на вихідних показу-телях ДВС.

впускний тракт

резонатор

наповнення циліндра

математичне моделювання

модернізований канал.

1. Жолобов Л. А., Дидикін А. М. Математичне моделювання процесів газообміну ДВС: Монографія. Н.Н .: НГСХА, 2007.

2. Дидикін А. М., Жолобов Л. А. Газодинамічні дослідження ДВС методами чисельного моделювання // Трактори і сільськогосподарські машини. 2008. № 4. С. 29-31.

3. Пріцкер Д. М., Тур'я В. А. Механіка. М .: Оборонгиз, 1960.

4. Хайлов М. А. Розрахункове рівняння коливання тиску у всмоктуючому трубопроводі двигуна внутрішнього згоряння // Тр. ЦИАМ. 1984. № 152. С.64.

5. Сонкін В. І. Дослідження перебігу повітря через клапанну щілину // Тр. НАМИ. 1974. Вип.149. С.21-38.

6. Самарський А. А., Попов Ю. П. Різницеві методи розв'язування задач газової динаміки. М .: Наука, 1980. С.352.

7. Рудой Б. П. Прикладна нестаціонарна газодинаміка: Навчальний посібник. Уфа: Уфимський авіаційний інститут, 1988. С.184.

8. Маліванов М. В., Хмельов Р. Н. До питання розробки математичного і програмного забезпечення розрахунку газодинамічних процесів в ДВС: Матеріали IX Міжнародної науково-практичної конференції. Володимир, 2003. С. 213-216.

Величина крутного моменту двигуна пропорційно надійшла масі повітря, віднесеної до частоти обертання. Підвищення наповнення циліндра бензинового ДВС шляхом модернізації впускного тракту призведе до збільшення тиску кінця впуску, поліпшеному сумішоутворенню, зростання техніко-економічних показників роботи двигуна і зниження токсичності відпрацьованих газів.

Основні вимоги, що пред'являються до впускного тракту, полягають в забезпеченні мінімального опору на впуску і рівномірному розподілі горючої суміші по циліндрах двигуна.

Забезпечення мінімального опору на впуску може бути досягнуто шляхом усунення шорсткості внутрішніх стінок трубопроводів, а також різких змін напрямку потоку і усунення раптових звужень і розширень тракту.

Значний вплив на наповнення циліндра забезпечують різні види наддуву. Найпростіший вид наддуву полягає в використанні динаміки повітря, що поступає. Великий обсяг ресивера частково створює резонансні ефекти в певному діапазоні частот обертання, які призводять до поліпшення наповнення. Однак вони мають, як наслідок, динамічні недоліки, наприклад, відхилення в складі суміші при швидкій зміні навантаження. Майже ідеальне протікання крутного моменту забезпечує перемикання впускний труби, при якому, наприклад, в залежності від навантаження двигуна, частоти обертання і положення дросельної заслінки можливі варіації:

Довжини пульсаційної труби;

Перемикання між пульсаційними трубами різної довжини або діаметра;
- вибіркове відключення окремої труби одного циліндра при наявності великої їх кількості;
- перемикання обсягу ресивера.

При резонансному наддуванні групи циліндрів з однаковим інтервалом спалахів приєднують короткими трубами до резонансних ресиверів, які через резонансні труби з'єднуються з атмосферою або ж зі збірним ресивером, що діє в якості резонатора Гёльмгольца. Він являє собою посудину сферичної форми з відкритою горловиною. Повітря в горловині є масою, що коливається, а обсяг повітря в посудині грає роль пружного елемента. Зрозуміло, такий поділ справедливе лише приблизно, оскільки деяка частина повітря в порожнині володіє інерційним опором. Однак при чималій величині відношення площі отвору до площі перетину порожнини точність такого наближення цілком задовільна. Основна частина кінетичної енергії коливань виявляється зосередженою в горловині резонатора, де коливальна швидкість частинок повітря має найбільшу величину.

Резонатор впуску встановлюється між дросельною заслінкою і циліндром. Він починає діяти, коли дросель прикритий досить, щоб його гідравлічний опір стало порівнянним з опором каналу резонатора. При русі поршня вниз горюча суміш надходить в циліндр двигуна не тільки з-під дроселя, а й з ємності. При зменшенні розрідження резонатор починає всмоктувати в себе горючу суміш. Сюди ж піде частина, і досить велика, зворотного викиду.
У статті аналізується рух потоку у впускному каналі 4-х тактного бензинового ДВС при номінальній частоті обертання колінчастого вала на прикладі двигуна ВАЗ-2108 при частоті обертання колінчастого вала n \u003d 5600мін-1.

Дана дослідницька задача вирішувалася математичним шляхом з використанням програмного комплексу для моделювання газо-гідравлічних процесів. Моделювання проведено з використанням програмного комплексу FlowVision. Для цієї мети отримана і імпортована геометрія (під геометрією розуміються внутрішні обсяги двигуна - впускні і випускні трубопроводи, надпоршневій обсяг циліндра) за допомогою різних стандартних форматів файлів. Це дозволяє використовувати САПР SolidWorks для створення розрахункової області.

Під областю розрахунку розуміється обсяг, в якому визначені рівняння математичної моделі, і межа обсягу, на якій визначено граничні умови, потім зберегти отриману геометрію в підтримуваному FlowVision форматі і використовувати її при створенні нового розрахункового варіанта.

У цьому завданню використовувався формат ASCII, binary, в розширенні stl, тип StereoLithographyformat з кутовим допуском 4.0 градуса і відхиленням 0,025 метра для підвищення точності одержуваних результатів моделювання.

Після отримання тривимірної моделі розрахункової області задається математична модель (сукупність законів зміни фізичних параметрів газу для даного завдання).

В даному випадку прийнято істотно дозвуковое протягом газу при малих числах Рейнольдса, яке описується моделлю турбулентної течії повністю стиснення газу з використанням стандартної k-e моделі турбулентності. Дана математична модель описується системою, що складається з семи рівнянь: два рівняння Нав'є - Стокса, рівняння нерозривності, енергії, стану ідеального газу, масопереносу і рівняння для кінетичної енергії турбулентних пульсацій.

(2)

Рівняння енергії (повна ентальпія)

Рівняння стану ідеального газу:

Турбулентні складові пов'язані з іншими змінними через величину турбулентної в'язкості, яка обчислюється відповідно до стандартної k-ε моделлю турбулентності.

Рівняння для k і ε

турбулентна в'язкість:

константи, параметри і джерела:

(9)

(10)

σk \u003d 1; σε \u003d 1,3; Сμ \u003d 0,09; Сε1 \u003d 1,44; Сε2 \u003d 1,92

Робочою речовиною в процесі впуску є повітря, в даному випадку розглядається як ідеальний газ. Початкові значення параметрів задаються для всієї розрахункової області: температура, концентрація, тиск і швидкість. Для тиску і температури початкові параметри дорівнюють опорним. Швидкість всередині розрахункової області за напрямками X, Y, Z дорівнює нулю. Змінні температура і тиск у FlowVision представляються відносними значеннями, абсолютні значення яких обчислюються за формулою:

fa \u003d f + fref, (11)

де fa - абсолютне значення змінної, f - розраховується відносне значення змінної, fref - опорна величина.

Граничні умови задаються для кожної з розрахункових поверхонь. Під граничними умовами слід розуміти сукупність рівнянь і законів, характерних для поверхонь розрахункової геометрії. Граничні умови необхідні для визначення взаємодії розрахункової області і математичної моделі. На сторінці для кожної поверхні вказується конкретний тип граничного умови. На вхідні вікна впускного каналу встановлюється тип граничного умови - вільний вхід. На інші елементи - стінка межа, яка не пропускає і не передає розрахункові параметри далі розрахункової області. Крім всіх перерахованих вище граничних умов, необхідно враховувати граничні умови на рухомих елементах, включених в обрану математичну модель.

До рухомих деталей відносяться впускний і випускний клапана, поршень. На кордонах рухливих елементів визначаємо тип граничного умови стінка.

Для кожного з рухомих тел задається закон руху. Зміна швидкості поршня визначається формулою. Для визначення законів руху клапанів були зняті криві підйому клапана через 0,50 з точністю 0,001 мм. Потім розраховувалися швидкість і прискорення руху клапана. Отримані дані перетворені в динамічні бібліотеки (час - швидкість).

Наступний етап в процесі моделювання - генерування розрахункової сітки. FlowVision використовує локально адаптивну розрахункову сітку. Спочатку створюється початкова розрахункова сітка, а потім вказуються критерії подрібнення сітки, відповідно до яких FlowVision розбиває осередки початкової сітки до потрібного ступеня. Адаптація виконана як за обсягом проточної частини каналів, так і по стінках циліндра. У місцях з можливою максимальною швидкістю створюються адаптації з додатковим подрібненням розрахункової сітки. За обсягом подрібнення проведено до 2 рівня в камері згоряння і до 5 рівня в клапанних щілинах, по стінках циліндра адаптація виконана до 1 рівня. Це необхідно для збільшення кроку інтегрування за часом при неявному методі розрахунку. Пов'язано це з тим, що крок за часом визначається як відношення розміру осередку до максимальної швидкості в ній.

Перед початком постановки на розрахунок створеного варіанту необхідно задати параметри чисельного моделювання. При цьому задається час продовження розрахунку рівне одному повного циклу роботи ДВС - 7200 п.к.в., число ітерацій і як часто записуються даних варіанту розрахунку. Для подальшої обробки зберігаються певні етапи розрахунку. Здається крок за часом і опції процесу розрахунку. У даній задачі потрібно завдання кроку за часом - спосіб вибору: неявна схема з максимальним кроком 5е-004с, явне число CFL - 1. Це означає, що крок за часом визначає сама програма в залежності від збіжності рівнянь тиску.

У постпроцесорі налаштовуються і задаються питання, що цікавлять нас параметри візуалізації отриманих результатів. Моделювання дозволяє отримувати необхідні шари візуалізації після завершення основного розрахунку, грунтуючись на збережених з певною періодичністю етапах розрахунку. Крім того, постпроцесор дозволяє передавати отримані числові значення параметрів досліджуваного процесу у вигляді інформаційного файлу в зовнішні редактори електронних таблиць і отримувати залежність від часу таких параметрів, як швидкість, витрата, тиск і т.д.

На рис.1 представлена \u200b\u200bустановка ресивера на впускний канал ДВС. Обсяг ресивера дорівнює обсягу одного циліндра двигуна. Ресивер встановлений максимально близько до впускного каналу.

Мал. 1. Модернізована з ресивером розрахункова область в CADSolidWorks

Власна частота резонатора Гельмгольца рівна:

(12)

де F - частота, Гц; C0 - швидкість звуку в повітрі (340 м / с); S - перетин отвору, м2; L - довжина труби, м; V - об'єм резонатора, м3.

Для нашого прикладу маємо наступні значення:

d \u003d 0,032 м, S \u003d 0,00080384 м2, V \u003d 0,000422267 м3, L \u003d 0,04 м.

Після розрахунку F \u003d 374 Гц, що відповідає частоті обертання колінчастого вала n \u003d 5600мін-1.

Після постановки на розрахунок створеного варіанту і після завдання параметрів чисельного моделювання отримані наступні дані: витрати, швидкості, щільності, тиску, температури газового потоку у впускному каналі ДВС по куту повороту колінчастого валу.

З представленого графіка (рис. 2) по витраті потоку в клапанної щілини видно, що максимальної видаткової характеристикою володіє модернізований канал з ресивером. Значення витрати вище на 200 гр / сек. Підвищення спостерігається протягом 60 г.п.к.в.

З моменту відкриття впускного клапана (348 г.п.к.в.) швидкість потоку (рис. 3) починає зростати з 0 до 170м / с (у модернізованого впускного каналу 210 м / с, з ресивером -190м / с) в інтервалі до 440-450 г.п.к.в. У каналі з ресивером значення швидкості вище, ніж в стандартному приблизно на 20 м / с починаючи з 430-440 г.п.к.в. Числове значення швидкості в каналі з ресивером значно рівніше, ніж у модернізованого впускного каналу, протягом відкриття впускного клапана. Далі спостерігається значне зниження швидкості потоку, аж до закриття впускного клапана.

Мал. 2. Витрата газового потоку в клапанної щілини для каналів стандартного, модернізованого і з ресивером при n \u003d 5600 хв-1: 1 - стандартний, 2 - модернізований, 3 - модернізований з ресивером	Мал. 3. Швидкість руху потоку в клапанної щілини для каналів стандартного, модернізованого і з ресивером при n \u003d 5600 хв-1: 1 - стандартний, 2 - модернізований, 3 - модернізований з ресивером

З графіків відносного тиску (рис. 4) (за нуль прийнято атмосферний тиск, Р \u003d 101000 Па) слід, що значення тиску в модернізованому каналі вище, ніж в стандартному, на 20 КПа при 460-480 г.п.к.в. (Пов'язано з великим значенням швидкості потоку). Починаючи з 520 г.п.к.в значення тиску вирівнюється, чого не можна сказати про канал з ресивером. Значення тиску вище, ніж в стандартному, на 25 КПа, починаючи з 420-440 г.п.к.в аж до закриття впускного клапана.

Мал. 4. Тиск потоку в стандартному, модернізованому і каналі з ресивером при n \u003d 5600 хв-1 (1 - стандартний канал, 2 - модернізований канал, 3 - модернізований канал з ресивером)	Мал. 5. Щільність потоку в стандартному, модернізованому і каналі з ресивером при n \u003d 5600 хв-1 (1 - стандартний канал, 2 - модернізований канал, 3 - модернізований канал з ресивером)

Щільність потоку в районі клапанної щілини представлена \u200b\u200bна рис. 5.

У модернізованому каналі з ресивером, значення щільності нижче на 0,2 кг / м3 починаючи з 440 г.п.к.в. в порівнянні зі стандартним каналом. Це пов'язано з великими тисками і швидкостями газового потоку.

З аналізу графіків можна зробити наступний висновок: канал поліпшеної форми забезпечує краще наповнення циліндра свіжим зарядом завдяки зниженню гідравлічного опору впускного каналу. При зростанні швидкості поршня в момент відкриття впускного клапана форма каналу не має значного впливу на швидкість, щільність і тиск усередині впускного каналу, пояснюється це тим, що в цей період показники процесу впуску в основному залежать від швидкості руху поршня і площі прохідного перетину клапанної щілини ( в даному розрахунку змінена тільки форма впускного каналу), але все змінюється кардинальним чином в момент уповільнення руху поршня. Заряд в стандартному каналі менш інертний і значніше «розтягується» по довжині каналу, що в сукупності дає менше наповнення циліндра в момент зниження швидкості руху поршня. Аж до закриття клапана процес протікає під знаменником вже отриманої швидкості потоку (поршень надає початкову швидкість потоку Надклапанний обсягу, при зниженні швидкості поршня значну роль на наповнення надає інерційна складова газового потоку, обумовлена \u200b\u200bзниженням опору руху потоку), модернізований канал значно менше перешкоджає проходженню заряду. Це підтверджується більш високими показниками швидкості, тиску.

У впускному каналі з ресивером, за рахунок додаткового підживлення заряду і резонансних явищ, в циліндр ДВС надходить значно більша маса газової суміші, що забезпечує більш високі технічні показники роботи ДВС. Приріст тиску кінця впуску вплине на збільшення техніко-економічних і екологічних показників роботи ДВС.

рецензенти:

Гоц Олександр Миколайович, д.т.н., професор кафедри теплових двигунів і енергетичних установок Володимирського державного університету Міністерства освіти і науки, м Володимир.

Кульчицький Олексій Ремович, д.т.н., професор, заступник головного конструктора ТОВ ВМТЗ, м Володимир.

бібліографічна посилання

Жолобов Л. А., Суворов Е. А., Васильєв І. С. ВПЛИВ ДОДАТКОВОЮ ЄМКОСТІ ВО впускної системи НА НАПОВНЕННЯ ДВС // Сучасні проблеми науки та освіти. - 2013. - № 1 .;
URL: http://science-education.ru/ru/article/view?id\u003d8270 (дата звернення: 25.11.2019). Пропонуємо вашій увазі журнали, що видаються у видавництві «Академія природознавства»

Паралельно розвитку глушать вихлопних систем, розвивалися і системи, умовно звані «глушниками», але призначені не стільки для зниження рівня шуму працюючого двигуна, скільки для зміни його потужних характеристик (потужності двигуна, або його крутного моменту). При цьому завдання глушіння шуму відійшла на другий план, подібні пристрої не знижують, і не можуть значно знизити вихлопної шум двигуна, а часто і посилюють його.

Робота таких пристроїв грунтується на резонансних процесах всередині самих «глушників», що володіють, як будь-який порожнисте тіло властивостями резонатора Геймгольц. За рахунок внутрішніх резонансів вихлопної системи вирішується відразу дві паралельні завдання: поліпшується очищення циліндра від залишків згорілої в попередньому такті горючої суміші, і збільшується наповнення циліндра свіжою порцією горючої суміші для наступного такту стиснення.
Поліпшення очищення циліндра обумовлено тим, що газовий стовп в випускному колекторі, який набрав якусь швидкість в процесі випуску газів в попередньому такті, за рахунок інерції, подібно до поршня в насосі, продовжує відсмоктувати з циліндра залишки газів навіть після того, як тиск в циліндрі зрівнялося з тиском в випускному колекторі. При цьому виникає ще один, непрямий ефект: за рахунок цієї додаткової незначною відкачування тиск в циліндрі знижується, що сприятливо позначається на черговому такті продувки - в циліндр потрапляє дещо більше свіжої горючої суміші, ніж могло б потрапити, якби тиск в циліндрі було дорівнює атмосферному .

Крім того, зворотна хвиля тиску вихлопних газів, відбита від конфузора (задній конус вихлопної системи) або бленди (газодинамическая діафрагма), встановленої в порожнині глушника, повертаючись назад до вихлопного вікна циліндра в момент його закриття, додатково «утрамбовує» свіжу горючу суміш в циліндрі , ще більше збільшуючи його наповнення.

Тут потрібно дуже чітко розуміти, що мова йде не про зворотно-поступальному русі газів у вихлопній системі, а про хвильовий коливальному процесі всередині самого газу. Газ рухається тільки в одному напрямку - від вихлопного вікна циліндра в бік випускного отвору на виході вихлопної система, спочатку - різкими поштовхами, частота яких дорівнює оборотам КВ, потім поступово амплітуда цих поштовхів зменшується, в межі переходячи в рівномірний ламінарний рух. А «туди-сюди» гуляють хвилі тиску, природа яких дуже нагадує акустичні хвилі в повітрі. І швидкість руху цих коливань тиску близька до швидкості звуку в газі, з урахуванням його властивостей - перш за все щільності і температури. Зрозуміло, ця швидкість дещо відрізняється від відомої величини швидкості звуку в повітрі, в нормальних умовах рівної приблизно 330 м / сек.

Строго кажучи, процеси, що протікають в вихлопних системах ДСВ не цілком коректно називати чисто акустичними. Швидше, вони підпадають під дію законів, що застосовуються для опису ударних хвиль, нехай і слабких. А це вже не стандартна газо- і термодинаміка, чітко вкладається в рамки ізотермічних і адіабатичних процесів, описуваних законами і рівняннями Бойля, Маріотта, Клапейрона, і іже з ними.
На цю думку мене наштовхнули кілька випадків, очевидцем яких я сам був. Суть їх у наступному: резонансні дудки швидкісних і гоночних моторів (авіа, судо, і авто), що працюють на позамежних режимах, при яких двигуни часом розкручуються до 40.000-45.000 об / хв, а то і вище, починають «плисти» - вони буквально на очах змінюють форму, «скукожіваются», ніби зроблені не з алюмінію, а з пластиліну, і навіть банально прогорають! І відбувається це саме на резонансному піку «дудки». Але ж відомо, що температура вихлопних газів на виході з вихлопного вікна не перевищує 600-650 ° C, в той час, як температура плавлення чистого алюмінію трохи вище - порядку 660 ° С, а у його сплавів і того більше. При цьому (головне!), Частіше плавиться і деформується НЕ вихлопна трубка-мегафон, що примикає безпосередньо до вихлопного вікна, де, здавалося б, найвища температура, і найгірші температурні умови, а область зворотного конуса-конфузора, до якої вихлопної газ доходить вже з набагато меншою температурою, яка зменшується внаслідок його розширення всередині вихлопної системи (згадайте основні закони газодинаміки), та до того ж, ця частина глушника зазвичай обдувається потоком, що набігає повітря, тобто додатково охолоджується.

Довгий час мені не вдавалося зрозуміти і пояснити цей феномен. Все встало на свої місця після того, як мені в руки випадково потрапила книжка, в якій описувалися процеси ударних хвиль. Є такий спеціальний розділ газодинаміки, курс якого читають лише на спецкафедрах деяких ВНЗ, які готують фахівців-вибухотехніків. Щось подібне відбувається (і вивчається) в авіації, де півстоліття тому, на зорі надзвукових польотів, так само зіткнулися з деякими незрозумілими в той час фактами руйнування конструкції планера літака в момент надзвукового переходу.

До газодинамическому наддуву відносять способи підвищення щільності заряду на впуску за рахунок використання:

· Кінетичної енергії повітря, що рухається щодо приймального пристрою, в якому вона при гальмуванні потоку перетворюється в потенційну енергію тиску - швидкісний наддув;

· Хвильових процесів у впускних трубопроводах -.

В термодинамічній циклі двигуна без наддуву початок процесу стиснення відбувається при тиску p 0, (рівному атмосферному). В термодинамічній циклі поршневого двигуна з газодинамічними наддувом початок процесу стиснення відбувається при тиску p k , Внаслідок підвищення тиску робочого тіла поза циліндра від p 0 до p k. Це пов'язано з перетворенням кінетичної енергії та енергії хвильових процесів поза циліндра в потенційну енергію тиску.

Одним з джерел енергії для підвищення тиску на початку стиснення може бути енергія набігаючого потоку повітря, що має місце при русі літака, автомобіля та ін. Засобів. Відповідно наддув в цих випадках називають швидкісним.

швидкісний наддув заснований на аеродинамічних закономірності перетворення швидкісного напору потоку повітря в статичний тиск. Конструктивно він реалізується у вигляді диффузорного повітрозабірного патрубка, спрямованого назустріч потоку повітря при русі транспортного засобу. Теоретично підвищення тиску Δ p k=p k - p 0 залежить від швидкості c н і щільності ρ 0 набігаючого (рухається) потоку повітря

Швидкісний наддув знаходить застосування в основному на літаках з поршневими двигунами і спортивних автомобілях, де швидкості руху більше 200 км / год (56 м / с).

Наступні різновиди газодинамічного наддуву двигунів засновані на використанні інерційних і хвильових процесів у впускний системі двигуна.

Інерційний або динамічний наддув має місце при відносно великій швидкості руху свіжого заряду в трубопроводі c тр. У цьому випадку рівняння (2.1) приймає вигляд

де ξ т - коефіцієнт, що враховує опору руху газу по довжині і місцеві.

реальна швидкість c тр потоку газу у впускних трубопроводах, щоб уникнути підвищених аеродинамічних втрати і погіршення наповнення циліндрів свіжим зарядом, не повинна перевищувати 30 ... 50 м / с.

Періодичність процесів в циліндрах поршневих двигунів є причиною коливальних динамічних явищ в газоповітряних трактах. Ці явища можуть бути використані для істотного поліпшення основних показників двигунів (літрової потужності і економічності.

Інерційні процеси завжди супроводжуються хвильовими процесами (коливаннями тиску), що виникають в результаті періодичного відкриття і закриття впускних клапанів системи газообміну, а також зворотно-поступального руху поршнів.

На початковому етапі впуску у впускному патрубку перед клапаном створюється розрідження, і відповідна хвиля розрідження, досягаючи протилежного кінця індивідуального впускного трубопроводу, відбивається хвилею стиснення. Шляхом підбору довжини і прохідного перетину індивідуального трубопроводу можна домогтися приходу цієї хвилі до циліндра в найбільш сприятливий момент перед закриттям клапана, що дозволить істотно збільшити коефіцієнт наповнення, а отже, крутний момент M e двигуна.

На рис. 2.1. приведена схема налаштованої впускної системи. Через впускний трубопровід, минаючи дросельну заслінку, повітря надходить в приймальний ресивер, а з нього-впускні трубопроводи налаштованої довжини до кожного з чотирьох циліндрів.

На практиці це явище використано в зарубіжних двигунах (рис. 2.2), а також вітчизняних двигунах для легкових автомобілів з налаштованими індивідуальними впускними трубопроводами (наприклад, двигуни ЗМЗ), а також на дизелі 2Ч8,5 / 11 стаціонарного електрогенератора, що має один налаштований трубопровід на два циліндра.

Найбільша ефективність газодинамічного наддуву має місце при довгих індивідуальних трубопроводах. Тиск наддуву залежить від узгодження частоти обертання двигуна n, Довжини трубопроводу L тр і кута

запізнювання закриття впускного клапана (органу) φ a. Ці параметри пов'язані залежністю

де - місцева швидкість звуку; k \u003d 1,4 - показник адіабати; R \u003d 0,287 кДж / (кг ∙ град.); T - середня температура газу за період наддуву.

Хвильові і інерційні процеси можуть забезпечувати помітне збільшення заряду в циліндр при великих відкриттях клапана або у вигляді підвищення дозарядки в такті стиснення. Реалізація ефективного газодинамічного наддуву можлива тільки для вузького діапазону частоти обертання двигуна. Поєднання фаз газорозподілу і довжини впускного трубопроводу повинне забезпечувати найбільший коефіцієнт наповнення. Такий підбір параметрів називають налаштуванням впускної системи.Вона дозволяє збільшити потужність двигуна на 25 ... 30%. Для збереження ефективності газодинамічного наддуву в більш широкому діапазоні частот обертання колінчастого вала можуть бути використані різні способи, зокрема:

· Застосування трубопроводу із змінною довжиною l тр (наприклад, телескопічного);

· Перемикання з короткого трубопроводу на довгий;

· Автоматичне регулювання фаз газорозподілу і ін.

Однак застосування газодинамічного наддуву для форсування двигуна пов'язано з певними проблемами. По-перше, не завжди є можливість раціонально скомпонувати досить протяжні налаштовані впускні трубопроводи. Особливо це важко зробити для низькооборотних двигунів, оскільки зі зменшенням частоти обертання довжина налаштованих трубопроводів збільшується. По-друге, фіксована геометрія трубопроводів дає динамічну настройку лише в деякому, цілком певному діапазоні швидкісного режиму роботи.

Для забезпечення ефекту в широкому діапазоні застосовують плавну або ступінчасте регулювання довжини налаштованого тракту при переході з одного швидкісного режиму на інший. Ступеневу регулювання за допомогою спеціальних клапанів або поворотних заслінок вважається більш надійним і успішно застосовується в автомобільних двигунах багатьох зарубіжних фірм. Найчастіше використовують регулювання з перемиканням на дві налаштовані довжини трубопроводу (рис. 2.3).

У положенні закритої заслінки відповідного режиму до 4000 хв -1, подача повітря з впускного ресивера системи здійснюється по довгому шляху (див. Рис. 2.3). В результаті (у порівнянні з базовим варіантом двигуна без газодинамічного наддуву) поліпшується перебіг кривої крутного моменту по зовнішній швидкісній характеристиці (на деяких частотах від 2500 до 3500 хв -1 крутний момент зростає в середньому на 10 ... 12%). З підвищенням частоти обертання n\u003e 4000 хв -1 подача перемикається на короткий шлях і це дозволяє збільшити потужність N e на номінальному режимі на 10%.

Існують і більш складні всережимним системи. Наприклад, конструкції з трубопроводами, які охоплюють циліндричний ресивер з поворотним барабаном, що має вікна для повідомлення з трубопроводами (рис. 2.4). При повороті циліндричного ресивера 1 проти годинникової стрілки довжина трубопроводу збільшується і навпаки, при повороті за годинниковою стрілкою - зменшується. Однак реалізація цих способів значно ускладнює конструкцію двигуна і знижує його надійність.

У багатоциліндрових двигунах з звичайними трубопроводами ефективність газодинамічного наддуву знижується, що обумовлено взаємним впливом процесів впуску в різні циліндри. На автомобільних двигунах впускні системи «налаштовують» зазвичай на режим максимального крутного моменту для підвищення його запасу.

Ефект газодинамічного наддуву можна також отримати відповідної «налаштуванням» випускної системи. Цей спосіб знаходить застосування на двотактних двигунах.

Для визначення довжини L тр і внутрішнього діаметра d (Або прохідного перетину), що настроюється трубопроводу необхідно проводити розрахунки з використанням чисельних методів газової динаміки, що описують нестаціонарне протягом, спільно з розрахунком робочого процесу в циліндрі. Критерієм при цьому є приріст потужності,

крутного моменту або зниження питомої витрати палива. Ці розрахунки дуже складні. Простіші методи визначення L три d засновані на результатах експериментальних досліджень.

В результаті обробки великого числа експериментальних даних для вибору внутрішнього діаметра d настроюється трубопроводу пропонується наступна залежність:

де (μ F щ) max - найбільше значення ефективної площі прохідного перетину щілини впускного клапана. довжина L тр настроюється трубопроводу може бути визначена за формулою:

Зауважимо, що застосування розгалужених налаштованих систем типу загальна труба - ресивер - індивідуальні труби виявилося досить ефективним в поєднанні з турбонаддувом.