Гришин Ю.А. - Оптимизация впускных трубопроводов на динамический наддув. Двигатели внутреннего сгорания. Т. IV-14
Описание файла
PDF-файл из архива "Гришин Ю.А. - Оптимизация впускных трубопроводов на динамический наддув. Двигатели внутреннего сгорания. Т. IV-14", который расположен в категории "". Всё это находится в предмете "газовая динамика" из 7 семестр, которые можно найти в файловом архиве МГТУ им. Н.Э.Баумана. Не смотря на прямую связь этого архива с МГТУ им. Н.Э.Баумана, его также можно найти и в других разделах. Архив можно найти в разделе "книги и методические указания", в предмете "газовая динамика" в общих файлах.
Просмотр PDF-файла онлайн
Текст из PDF
452 Глава 3.7. ВПУСКНЫЕ СИСТЕМЫ а) г) Рис. 3.7.9. Схемы регулировании вихря в четырехклапанном двигателе: а-в — осевого; г — радиального; д — наклонного (вихревых клапанов) приведены на рис. 3.7.9. При подаче заряда через два нейтральных канала обеспечиваются минимальные закрутка потока и сопротивление. Отключение одного из каналов по схеме, приведенной на рис. 3.7.9, а, повышает скорость потока почти в 2 раза в другом канале и создает в цилиндре осевой вихрь, относительная интенсивность которого о = 1,3...1,б. При этом сопротивление канала значительно увеличивается. Для более широкого диапазона регулирования вихря обычно используют винтовой и тангенцианьный каналы. «Тандемная» схема расположения этих каналов (рис. 3.7.9, а) позволяет изменять Ю от 0 до 12. При параллельной схеме (рис. 3.7.9, б) диапазон регулирования обычно уменьшается до о = 0...5.
Для регулирования радиального вихря применяют направленные каналы, разделенные на две секции горизонтальной перегородкой (рис. 3.7.9, г). Повышение интенсивности вихря достигается отключением нижних секций пары каналов с помощью вихревых засло- нок, установленных на входе. Применение фигурных вихревых заслонок на входе в каналы одного цилиндра позволяет комбинировать радиальное и осевое вращения заряда, создавая «наклонный» вихрь (рис. 3.7.9, д). В ряде случаев такая комбинация обеспечивает лучшие газодинамические условия для смесеобразования и сгорания. Геометрия и характеристики впускных каналов, клапанов, заслонок предварительно определяются с помощью трехмерного моделирования течения. Окончательный выбор осуществляют по результатам экспериментальных исследований на газодинамических установках и на двигателе. 3.7.2.
ОПТИМИЗАЦИЯ ВПУСКНЫХ ТРУБОПРОВОДОВ НА ДИНАМИЧЕСКИЙ НАДДУВ Способы оптимизации впускных систем. Периодичность процессов в цилиндрах поршневых двигателей является причиной колебательных динамических явлений в газовоздуш- ОПТИМИЗАЦИЯ ВПУСКНЫХ ТРУБОПРОВОДОВ НА ДИНАМИЧЕСКИЙ НАДДУВ 453 Рнс. 3.7.11, Система ступенчатого регулирования длины настроенного тракта У-образного шестицнлиндрового двигателя автомобиля Ауди Аб (Рл = 2,8) Рис. 3.7.10. Рядный четырехцилиндровый двигатель автомобиля Ауди А4 (Ул = 1,6, настроенные впускные трубопроводы фиксированной длины) -ых трактах. Известно, что эти явления могут быть исполыованы для существенного улучшещ!я основных параметров двигателей (мощноти, экономичности, крутящего момента).
На начальном этапе впуска во впускном .—.атрубке перед клапаном создается разреже.-л!е, и соответствующая волна разрежения, достигая противоположного конца индивнлу=тьного впускного трубопровода, отражается волной сжатия. Путем подбора длины и проходного сечения индивидуального трубопрово:а можно добиться прихода этой волны к цигп!ндру в наиболее благоприятный момент перел закрытием клапана, что позволит сущестзенно увеличить коэффициент наполнения !)„ з следовательно, мощность Ф, и крутящий момент М, двигателя.
На практике это явление использовано в отечественных двигателях для легковых автомобилей с настроенными индивидуальными зпускными трубопроводами и с впрыскиванием бензина, а также в дизеле 2Ч8,5/11 стационарного электрогенератора, имеющего один настроенный трубопровод на два цилиндра. Широко используется этот эффект и в заруоежных двигателях (рис.
3.7.10). Однако применение этого способа фор=ирования связано с определенными пробле- мами. Во-первых, не всегда имеется возможность рационально скомпоновать достаточно протяженные настроенные впускные трубопроводы. Особенно это трудно сделать для низкооборотных дизелей, поскольку с уменьшением частоты вра!цения длина настроенных трубопроводов увеличивается.
Во-вторых, фиксированная геометрия трубопроводов дает динамическую настройку лишь в некотором, вполне определенном диапазоне скоростного режима работы. Для обеспечения эффекта в широком диапазоне применяют плавную или ступенчатую регулировку длины настроенного тракта при переходе с одного скоростного режима на другой. Ступенчатое регулирование с помощью специальных клапанов или поворотных заслонок считается более надежным и успешно применяется в автомобильных двигателях многих зарубежных фирм. Чаще всего используют регулирование с переключением на две настроенные длины трубопровода (рис.
3.7.11). В положении закрытой заслонки, соответствующем режиму до 4000 мин, подача возду— 1 ха из впускного ресивера системы осуществляется по длинному пути (рис. 3.7.12, а). В результате (по сравнению с базовым вариантом двигателя без динамического наддува) имеет место значительное улучшение характеристики крутящего момента М„. С повышением частоты вращения и > 4000 мин подача переключается — ! на короткий путь (рис. 3.7.12, б), и это позволяет увеличить мощность Ф, на номинальном режиме на 10 %. Существуют и более сложные всережимные системы.
Например, конструкции с Глава 3.7. ВПУСКНЫЕ СИСТЕМЫ 454 Ф„кВт М„Н. м 105 240 75 200 45 15 3 5 н 10з мин' Ф„кВт 1И„,Н м 105 240 200 45 15 3 5 н.10з, мин' настраиваемого трубопровода необходимо проводить расчеты с использованием численных методов газовой динамики, описывающих не- стационарное течение, совместно с расчетом рабочего процесса в цилиндре. Критерием прн этом является прирост мощности, крутящего момента или снижение удельного расхода топлива. Эти расчеты весьма сложны. Более простые методы определения Т. и д основаны на результатах экспериментальных исследований. Ио результатам измерений расходи воздуха, поступающего в двигатель через индивидуальные впускные трубопроводы переменной длины при постоянных частотах вращения н, можно построить зависимости для коэффициента наполнения ц, = ЯТ,): как бы наложение колебаний (модуляция) на постепенное нарастание, а затем снижение т~,.
При этом можно отметить два наиболее значительных экстремума Практические исследования целесообразно ограничить окрестностью второго из этих экстремумов, так как длина труб становится слишком большой для прихода волны сжатия перед закрытием клапана, а длину, соответствующую первому из них, следует считать оптимальной при настройке на г), . Результаты экспериментов, проведенные Б.Н. Семеновым и А.В.
Комовым, показали, что экстремумы т1„совпадакп по фазе с экстремумами температуры выпускньь трубопроводами, охватывающими цилиндрический ресивер с поворотным барабаном, имеющим окна для сообщения с трубопроводами (рис. 3.7.13), Определение размеров настраиваемых трубопроводов. Для определения длины 1. и внутреннего диаметра д (или проходного сечения) Рис. 3.7.13. Схема трубопроводов, охватывающих цилиндрический ресивер с поворотным барабаном при плавном регулировании длины настроенных индивидуальных трубопроводов Рис. 3.7.12.
Двухрежимпая система настройки: а, б — улучшение крутящего момента М, (максимальная длина тракта); б— повышение номинальной мощности Фе (короткая длина тракта); — — — — без динамической настройки ОПТИМИЗАЦИЯ ВПУСКНЫХ ТРУБОПРОВОДОВ НА ДИНАМИЧЕСКИЙ НАДДУВ 455 р, кПа 270 250 Т„, 'С 380 0,96 340 0,92 8„г((кВт ч) 270 260 0,2 1,8 2,6 Е„м 1,0 Рис. 3.7.14. Влияние длины Х впускного трубопровода на коэффициент наполнения т1т, удельный эф- фективный расход топлива я„температуру выпускных газов Т, и среднее давление трения р в ди- зеле 1Ч8,5/11 при и — — 1500 мин 0,96 0,92 0,88 0,84 0,5 0,75 1,0 1,25 1,5 1,75 /, м Рис.
3.7.15. Влияние внутреннего диаметра а' впускных трубопроводов на коэффициент наполнения ят и результаты расчетов настроенной длины Х (я ) в дизеле 4Ч10,5/12 при и = 1800 мин — 1. — д = 32 мм; — — — — д = 36 мм; — — — — т( = 42 мм газов, удельного эффективного расхода топлива и давления трения, оценивающего затраты мощности на наполнение (рис.
3.7.14). При исследовании влияния внутреннего диаметра д индивидуального трубопровода в области двух наиболее значительных экстремумов т)„было отмечено, что существует определенное оптимальное значение т1, обусловленное расходными характеристиками тракта (рис. 3.7.15). В результате обработки большого числа экспериментов для выбора с( при динамическом наддуве предложена формула: где ()тр,„) — наиболыпее значение эффективной площади проходного сечения щели впускного клапана. Важным фактором является улучшение параметров двигателя сразу после того, как начинается увеличение длины индивидуального трубопровода несмотря на рост затрат на трение потока в канале.