Гришин Ю.А. - Оптимизация впускных трубопроводов на динамический наддув. Двигатели внутреннего сгорания. Т. IV-14, страница 3

3.7.14), в области практически реальных длин трубопроводов своими экстремумами совпадает по фазе с т), = ЯЛ). Характерно, что главный Яет!и находитсЯ между двуми главными т)е атее. Таким образом, настройка на максимальную экономичность должна соответствовать условию по числу периодов свободных колебаний (3,25 + 2,25) = 2,75, тогда длину соответствующего трубопровода можно определить по формуле . (3.7.9) Эксперименты с трубопроводом такой длины показали следующее. С точки зрения т1, эта длина не является одной из самых благоприятных. Последняя 1/2 волны свободных колебаний по фазе окончания как раз оказывается противоположной всасывающему действию поршня, и интенсивность отраженной волны сжатия уменьшается, что приводит к некоторому снижению т)„по сравнению с т1„,„.

Но при этом площадь между кривыми давления перез клапаном и в цилиндре уменьшается (ем. рис. 3.7.16, а и б), что свидетельствует об уменьшении затрат на наполнение. Это подтверждено экспериментально. В этот момент кривая давления р, имеет минимум. Причиной всему этому является согласование по фазе «старого» колебательного процесса (штриховая линия на рис. 3.7.16, б) и «новых» свободньг. колебаний, что хорошо видно в момент тр,„= 180'+Лтр« /2. Таким образом, на каждом ОПТИМИЗАЦИЯ ВПУСКНЪ|Х ТРУБОПРОВОДОВ НА ДИНАМИЧЕСКИЙ НАДДУВ 459 я«, г/(кВт ч 280 260 240 0,3 0,4 0,5 0,6 р„ МПа Рис. 3.7.17. Влияние настройки впуска на удельный расход топлива я«в дизеле 4Ч10,5/12 (при п = 1800 мин ~): — |, = 1„4 м; — — — — Т, = 1,25 м; — — —— ненастроенная система Тж (3.7.10) 2п~/16.+ 0,05(Р/ с|) т),% 0,75 2г/Ы 0 0,25 0,5 Рис.

3.7.18. Увеличение в, за счет использования входных насадков на трубопроводы: — влияние радиуса скругления насадка (а); Л вЂ” установка конфузора (1 = 0,2 м, у = 8'); О— скругление на входе в конфузор (б) из циклов работы двигателя затраты на органи~ацию «нового» колебательного процесса будут минимальными, что и обеспечивает 8« Испытания дизеля Ч10,5/12 с изменениями расхода топлива подтверждают это.

При первой настроенной длине на т)„„, длина 6 = = 1,25 м, когда число периодов свободных колебаний 3,25, снижение 8, по сравнению с не- настроенной впускной системой составило 9%. Наибольшее снижение 8«пришлось на седловину между двумя основными всплесками т)„, когда Т, = 1,4 м и число периодов 2,75, и составило 16% (рис. 3.7.17). Учитывая, что «старые» и «новые» свободные колебания при настройке на экономичность практически совпадают по фазе, и на всем цикле (в 720' д„к,) условно размещаются примерно четыре полных периода свободных колебаний, вместо (3.7.9) можно использовать более простую формулу Таким образом, настройку индивидуальных трубопроводов можно оптимизировать на максимальную форсировку на одном из режимов (в области либо максимального момента, либо номинальной мощности) или на максимальную экономичность. Так, для дизеля 4Ч!0,5/12 по сравнению с вариантом непосредственного впуска в головки (2 = 0,08 м, и, = 0,78) при |, = = 1,25 м, ~)„= 0,97 можно получить прирост мощности около 18 % одновременно с заметным снижением расхода топлива.

При Т, = 1,4 м, и„=- 0,94 помимо соответствующего увеличения мощности можно достичь наибольшей экономичности. В экспериментах зафиксировано также снижение температуры выпускных газов на 40 'С. Дополнительные мероприятия при использовании индивидуальных впускных трубопроводов. Улучшение параметров получается при использовании специальных насадков при входе в индивидуальные впускные трубопроводы (рис.

3.7.18). Скругляющие насадки в различных схемах настройки, а также конфузоры имеют широкое распространение. Индивидуальные впускные трубопроводы особенно часто применяют в конструкциях высокооборотных автомобильных бензиновых двигателей. Поскольку длина Т, обратно пропорциональна частоте вращения л, это не приводит к значительному увеличению массогабаритных показателей двигателей. Однако необходимо иметь в виду, что впуск непосредственно в трубопроводы из атмосферы возможен только для короткоресурсных гоночных двигателей.

Для двигателей массового наземного транспорта необходимо предусмотреть общий фильтр-воздухоочиститель, за которым по тракту должен следовать ресивер достаточно большого объема, обеспечи- 4бО Глава 3.7. ВПУСКНЫЕ СИСТЕМЫ 0,94 0,90 0,82 0,78 0 0,2 0,4 0,6 0,8 Е„ м Рис. 3.7.19. Зависимости я,, дизеля Ч10,5/12 прн и = 1800 мнн от длины Ее, диаметра Не внуг- -1 ренней трубы возвухоочнстнтеля н длины Е нндпвидуальных труб за очистителем (Н = 42 мм): 0 — Е = 1,10 м, ~1, = 42 мм; Ь вЂ” Е = 0,90 м, ~( = = 42мм; Е3 — Е=0,90м, о',= 51мм (с насадками, г=15мм); о — Е= 1,25м, с( =42мм или 51 мм (с насадками); + — штатная система ди- зеля, общий коллектор Е = 0,85 м, с(, = 51 мм вающий отражение волн на концах выходящих из него индивидуальных труб по типу атмосферного.

Эффективность отражения зависит от объема г'этого ресивера, который должен быть не меньше суммарного рабочего объема всех цилиндров, присоединенных к этому ресиверу. Наличие ресивера и фильтра с определенным гидравлическим сопротивлением, очевидно, несколько ухудшает наполнение двигателей. Частота вращения большинства дизельных двигателей находится в пределах 35 с ', и с увеличением количества цилиндров применение большого числа индивидуальных труб длиной более 1 м становится затруднительным.

Однако исследования показали, что заметного результата по динамическому наддуву можно достичь и с использованием разветвленного впускного тракта. С тракторным дизелем Ч10,5/12 испытывалось несколько опытных впускных систем типа общая труба-ресивер-индивидуальные трубы. Ресивером служил штатный масляно-инерционнный воздухоочиститель объемом около 10 л с фильтрующим наполнителем, имеющий внутренний входной трубопровод длиной Е, и диаметром (рис.

3.7.19). Из очистителя выходили инди- видуальные трубопроводы с геометрическими параметрами Е = хат и д = сопя = 42 мм. По сравнению со штатной впускной системой после очистителя, имеющей общий разветвленный впускной коллектор длиной 0,85 м, внутренним диаметром 51 мм и обеспечивающей г1„= 0,80, применение индивидуальных трубопроводов после объема очистителя дает значительный экономический эффект. Следует отметить, что прирост т1„становится наибольшим, когда сумма Е, + Е соответствует длине настройки индивидуальных трубопроводов 1,7 м, т.е.

на второй максимум т1,,при ~ = 2. При этом длина индивидуальных труб Е обязательно должна соответствовать настройке на один из т~,п„„/ Наибольший прирост т1, = 20 % получен в системе с Е = 0,9 м (при числе полных периодов ~ = 4), Е, = 0,75 и с использованием насадков. Такая длина индивидуальных труб Е близка к длине штатного коллектора 0,85 м, что обеспечивает их размещение в подкапотном пространстве трактора.

Увеличение длины Е, вертикального входного трубопровода до 0,75 м также можно считать практически полезным, так как обеспечивает забор над капотом ненагретого воздуха меньшей запыленности. Применение разветвленных настроенных систем типа общая труба — ресивер — индивидуальные трубы оказалось весьма эффективным в сочетании с турбонаддувом. Известной проблемой является неудовлетворительное согласование гидравлических характеристик поршневой части комбинированного двигателя и свободного турбокомпрессора в широком диапазоне скоростных и нагрузочных режимов, характерном для транспортных силовых установок.

Она заключается в том, что, если турбокомпрессор обеспечивает необходимые параметры наддува на номинальном режиме работы, то в области наибольшего кругящего момента наддув оказывается недостаточным. Это ухудшает условия сгорания, приводит к росту удельного расхода топлива, температуры и дымности выпуска. Недостаточный наддув на малых и средних частотах вращения ухудшает и разгонные характеристики транспортного средства. Для решения этой проблемы может быть применен комбинированный наддув, когда впускной тракт настраивают на пониженные частоты вращения, повышая подачу заряда в СИСТЕМЫ ПУСКА ДВИГАТЕЛЕЙ 461 Рис. 3.7.20. Схема комбинированного турбо- газодинамического наддува этой области скоростных характеристик, а на номинальном режиме необходимый наддув обеспечивается турбокомпрессором, оптимизированным на этот режим. Для многоцилиндровых двигателей с числом цилиндров, кратным трем, наиболее эффективной является система„предложенная Чер Дюлой.

Воздух от компрессора подается в ресивер, объем которого Уз не должен быть меньше рабочего объема Р'„двигателя (рис. 3.7.20). В ресивере происходит выравнивание пульсаций и обеспечивается отражение волн по типу атмосферного на концах настроенных трубопроводов длиной Тч. Трубопроводы стыкуются с ресиверами (коллекторами) небольшого обьема 1;, в которых происходит разветвление тракта на тройки цилиндров с равномерным чередованием циклов. При обьединении трех цилиндров со сдвигами по фазе работы 240' <рл„„волны разрежения от отдельных цилиндров формируются практически без наложения одной на другую.

Это повышает интенсивность волнового процесса и, соответственно, эффекта настройки. Патрубки к отдельным цилиндрам желательно иметь небольшой длины Х, так как при ее увеличении так же, как объема Рь возрастает интенсивность внутренних отражений волн в этой разветвленной части системы, что значительно ухудшает эффективность динамического наддува. Кроме того, при уменьшении Р, и Е, системы труб снижаются общая масса и габаритные размеры системы. Уменьшению размеров способствует также конструктивное исполнение, когда трубопроводы Х~ размещают внутри ресивера ~'ъ Расчеты по формуле (3.7.7) показали, что наилучшие результаты динамического наддува и в данной схеме получаются при условии, когда сумма А, + Ц соответствует длине 1, при настройке на второй максимум В„, т.е.

при ~ = 2. Применение такой схемы на автомобильных дизелях зарубежных фирм показало ее значительную эффективность. Максимальный крутящий момент возрос до 18%, дымность снижена в 2 раза, причем максимальное значение момента достигается на меньших частотах вращения. На автомобилях с такими дизелями уменьшается частота переключения передач, заметно снижается путевой расход топлива. Таким образом, комбинированный наддув с использованием динамических явлений на впуске без применения сложных систем регулирования позволяет обеспечить улучшение параметров работы двигателя практически во всем диапазоне режимов.