автореферат диссертации по энергетическому, металлургическому и химическому машиностроению, 05.04.02, диссертация на тему:Расчетный и экспериментальный методы определения температурного поля и калильных чисел свечей зажигания бензиновых двигателей

госудтлзэшыа гсшгег рсэср ш деш наукл и-выадя аколы

псковский автомеханический институт

На правах рукописи

Зхутдь Лаут Роказанович

удк 621.43.045

РАСЧЕТНЫЙ И ЖХЕРЛШШЫШ ¿ЕГОДз ОПРЕДЕЛЕНИЯ Та!£ЕРШгКОП) ШЛЯ И КШЛЬНЫХ ЧИС2Д С2ЕЧЕЯ ЗАЯИГАНИЯ БЕНЭЖВЫХ З^АТЕИЕй

Спевйагъгастъ 05.04.02 - тспзэеггэ двигателя

автэрезерат

диссертации на соискание учетаЯ степени гандндата тегничесяих кауа

Йосхгз

- 1992

1 »йГиОУДАРОТБШШЛ КО^Ш'ЬТ РСФСР 110 ДьШ НАУКИ

1 I

<я. I. !>. лггг.и;

Отд.«.;, ? Иоск^вский автомеханический институт Одмсвдртацку ¡:

На пра£

Яхутль Даут Ромазаноиич

УДК 62]

РАСЧЁТНЫЙ И ¿Ки1КР»Ш1ТАЛиШ .¿¿ГОДИ ОИРе» ТвЛ1ЬРАТУРН0ГО НОЛЯ И КАЖШШл ЧИСЬЛ С! ЗАНЙГА1ЫЯ БЕНЗИНОВЫХ ДВИГАТвЛЬЗ!

Специальность 05.04.02 - тепловые даига

АВТОРЕФЕРАТ

диссергацш; на соискание ученоП сте кандидата технических наук

Москва - 1991

Работа выполнена в Научно-нсслодооагольско» и якелоримтпмт. но« институте автомобильной электроники и элоктрооборудооанил (НИИЛЗ) йннисторстшг аптомобильного и сольскохозяАстпрнного ««гае построения СССР.

Нпучний руководитель - кандидат технических наук,

ст.ншуч1шп сотрудник, доцент Арусгамоп Л.Х.

Официальные оппоненты - доктор технических наук,

профессор ЧаПнов Н.Д.

- кандидат технических наук, доцент Чернлк Б.Я.

Воду.цео предприятие - ВНМютэпром

Защита диссертации состоится а часов на заседании специализированного 'Совета по таплопыи

двигателям (шифр К ОКШОП при Посковском автомеханическом инсти туте по адресу: г.Цоскпа, ул. Б.Семеноаскал, д.Зй, ауд. Б-31.

С диссертацией иошга ознакомиться в библиотеке института.

Отзиэ на автореферат а двух экземплярах, зазоретшх горбероП печатьо учреждения, просим направить по адресу: 105023, г.&сяол, ¿-23, ул. Б.Ссиенояскал, д.ЗВ, специализиропашшП Совет института

Апторефзрпт разослан "23 " ^¿{«¡Л/ЬЛ.1991 г.

УчениП сопрзтар специализированного Сопета кандидат технические наук, лэцонт.

Наяош»! Б.Л.

ОЩАЯ ХАРАКТЬРИОПШ РАБОТи

Актуальность проблемы. Технический прогресс в машиностроении ставит пород автомобильной промизленностьп задачу повшения безотказности бензиновых двигателей транспортных средств.

Одним ил факторов, в значительной море продопроделяпаик успга-• ноо решение этой задачи, является правильны!) подбор к двигателю по тепловой характеристике и безотказная работа свочи заянганип (СЗ).

Температура центрального электрода и теплового коцуса изолято-""ра СЗ долгий л окать в продолах 400^,° 0^050-900 при любом скоростном и нагрузочном режимах работы двигаталя, в том числе и форсированного наддувом. Наруиение этого тробооания приводит или « еунтн-рованип искрового пронекутка СЗ токопросодящим нагароы, отлагающимся на поверхности теплового конуса ее -изолятора и, как следствие, нарс^зениш бесперебойности искрообразопания, или к возникновений в цилиндре двигателя неуправляемого калильного зааиганил (КЗ) горячей смеси перегретыми элементами СЗ, каковыми шгут являться центральный электрод или тепловой конус изолятора.

В связи г, иэлокенныч, расширение температурного диапазона работоспособности СЗ, обеспечивавшего ев нормальное (^нкциопнросг:-ние на двигателях с различными уровнями форсирования, является актуальной проблемой, являвшейся для разработчиков СЗ комплексной задачей конструкторского, технологического и цатерналоведчоского характера.

Вместо с тем, для правильного подбора СЗ из числа серий!» выпускаемых промышленностью в конкротгацу дпигателю или разработки для него новой СЗ, необходимо знать закономерности изменения температурного поля СЗ при ее работе на двигателях с различтыи уровнями форсирования,в первую очередь - по ерздиему нндикатордацу давлению их рабочих циклов. Получение таких дгиашх путей тер^о--метрироьашетСЗ при моторных стандових испытаниях даигателоП явлпот-сп весьма трудоеитш и дорогостоящим.

Токии образом, актуальность проблеии заключается в создании экспрэсс-методов опродоления теиператургюго состояния элементов СЗ в зависимости от их конструкции, геонотрнчоских размеров и тепло-физических характеристик их материалов.

Цель работы. Целями настоящего исследования являются:

I, Разработка математической иодоли, позволяемой расчетный путем определять температурниз поля п калняьнш числа (КЧ) СЗ для автомобильных двигателей с искровым засиганиеи горзчвп смеси.

А

2. Разработка, изготоалияно, догодкл и янодр^мип нотортй 'м- ■ гштатолькой установки ллп 1 ;tc i <i рич п ¡:т <\j; ь: г. г го апрпдплпиия КЧ IX) сериПкого п о путного ияго?оплпт;п,

3. 3:;CnnpHMf!!tT!Vlb!f'Jf! ОПрпД«!ЛС!!:!П ИГ MOT'.ipmR ИСтлаТГЧЫПЯ устатзко пяилння лонстпукции, матсриалоп и технологии нзг :Т'.)плс»м>< элементов СЗ из их течппратурнио поля и КЧ. Сравнима р<пульг1т >в рзсчотп и пкспсриионтп, оценка я* адекватности.

Задачи.»сследзпппид

!. Пибор «отода и разработка натеиатическоП мод«лн расчета т€гпор.гтург?ого по ЯП я КЧ СЗ, отрплп*«Я плиян.ю на и»« тпрамотрип jr»6o<?jro цикля дпигателл с исароп!« яаяигпнням, а таг«* кокстпукшм «3, рдзксрэа, узториалоз и тэхшлэгии изготоялонип ее ал(н«жтл>.

2» Рглработкп ял го ритма цодплиропамия на томпорну ptwro тол г, LS3.

3. Рг.СЧПТИОО ИССЛОДОЯЙНИО вариантов СЗ п сзотоптстаии с тро-

4. Прооктнрозание, язготоалениа и доподкп двигателя истла-?зл:>;:оЯ yc?R!5ornt;i, обрспачмспипаго иознкянапянио г» его цилиндра

¡£3 -)? 1;ссло,гуг!-:оП СЗ, проднадначонной для автомобильных дпигаталгп с пировны диапазоном (JopcupoDmwn го српднпму иидигаторюму дзпге ;гиг!. Bbt5op нзипчгодкоПзия реяимкги и регулировании* парчнетрог? дпигателл, л тяжза аппаратуру длл регистрации начала IQ n era цилиндра.

5. Разработка канстругпг.ж и иэготовлония отопим* обрллцпп СЗ с t»c?po95na.T!'.i п пя аяеионти ?сргогтрг.ии»

6. Злспэримзнтпдъная otjetrm шшлтт конструкции, гоонвтрнч^г trus рлзнороп и »пториаяоп элекзитоп 13 sra оэ температурной поло

я 1СЧ.

Погоди исследования

При построении нзтсттичосгсоА !юдоли и алгоритма числонтга тдвлиропсиил на 3315 тсг:пор!тур!:ого пола СЗ использопалксь мотоди теории диф|)ар3!гцнаяыапс уравнения и пичисдитольноП клтеиатики,

Дял уточнегсш pic40T!tirt н пнпиричоспих зяпистястпП, мспаль-зуегшх о «зтсиаткчоскоА подели томпортгурного поля СЗ, пиполиплигд, экспорикенти на специально скапструхроагипагс и изготовлении* СЗ. Лолучешшо розулътати анализировались методами математической ста тистиии.

'о

Нп.учции попилил. Разработана методикп математического модели-роплнил температурного состоянии 03, позволяющая учитывать параметры и режимы риОоти двигателя, папиеимости теплофизических пара-мгт{Х)П материалов элементов СЗ от их темперчтуры, л также констр^ тинные и технологические особенности 03. ¡¡оказано, что тепловое состояние 03 определяется стационярноп составляющей ее температурного полл. Разработан алгоритм расчета температурного полп 03 на UDBM. Алгоритм реализоппн и виде комплекса прикладных программ 5PARK на ПЭВМ IBM ГС ЛТ/ХГ. Получены зависимости, связыпащио температурное поле и 1(4 1X3 с изменением конструкции, материалов и тех мологии изготовления ее элементов.

111>лктичоскпн ценность. Разработанные программные сродстпа поа оолнют:

- оценивать расчетным путем тепловое состояние СЗ и со посадочного места и голопко цилиндра;

- осуществлять подбор СЗ к существующим и вновь создаваемым бензиновым двигателям, используя вычислительный эксперимент;

- исследовать расчетным путем влияние конструктивных, технологических и материаловедческих ({тктороп элементов 03 на ее тепловую характеристику.

Указпнние средства дают возможность конструкторам СЗ производить расчетным путем выбор методов расиирения теплового диапазона работоспособности 03, а их изготовителям - выбор мероприятий длп воспроизведения КЧ 03 в случае изменений в производственных процессах.

Разработанная и внедренная в производственную практику моторная установка УВ11-3 позволяет экспериментальным путем определять КЧ 03.

Практическая реализация. В результате проведенных исследаишш разработаны и внедрены:

- в НИИаотозлектроника: одноцилиндровая тарировочная устоноо-ка УВ11-3 для проведения исследопшшП, направленных на пооыаеиио стабильности КЧ ИЗ, a такие комплокс прикладных программ "5PAR К" для числонного ыодолиронания на ПЭВМ IBM PC АТ/ХГ температурных полей опытных СЗ;

- на Уфимском УАКБ"Молнил": одноцилиндровая тарировочная установка УВ11-4 для определения КЧ СЗ серийного производства.

Апробация работы. Основное содержание работы докладывалось ни научно-технической и научно-методической конференции, посвященной 50-летию МАМИ в 1989г.; на заседании НГС НИИавтозлектроника

б

ц 1У137 и 1УУ1 гг.; ни научно-методнчисксС. и иау■•жи~исел<,догт,г<ш -с ко И конференции МАДг! п 1УУ0г; на Всисопгншх семинарах "Вопросы электронизации антомобилеН": п'1уУ0 и 1уу1 иг.

Публикации. JJo тома работ« оиуОликонамо у статей.

06l.RU рабО'ГЫ. ДиОСОртаЦИЯ состоит ИЗ ШШДеНИЯ, ЧО'П.'реХ глш» и общих выводов, изложена на L'\2 страницах машинописного текста, содерг.ит 37 рису икон, Ь тпблии и 7 приложен«!!. Список использованной литературы содержит УЬ наименовании, н том числе [6 икоетран-них.

Содегшишс работы

il nepnoi! главе рассмотрены существующие методы математического и зкепориментального исследования температурного поли <J3, экспериментального определения КЧ СЗ, а тпкяо дается анализ существу-ргци:: методов математического моделировании температурных полей и твердом теле. (ХЗ рассматривается как конструктивный элемент камеры сгорания двигателя.

Теплообмен меяду стенками :тмери сгорании и рабочим телом ис-следопали: В.Д.Ананд, II,Р, Брилинг, В.А.ВнншеАдт, Г.Вошни,В.И.Иноземцев, А,В.Костров, В.Нуссельт, Р.Л.Петриченко, Цфлаум, Г, Б. Розен--блпт, Д.ШнткеН, А.А.Чирков, Эйхельберг и др. В результате этих исследований было установлено, что температурное поле элементов каперы сгорания, находящихся d тепловом контакта с рабочим толом,носит пульсирующий характер, причем амплитуда пульсаций экспоныщп-аколыю убывает при удалении от огновой поверхности детали. Поэтому для оценки теплового состояния элементов камеры сгорании допустимо использовать стационарное температурное поле, которое вычисляете» при помоги усредненных значений коэффициентов теплообмена и температурь/ рабочего тела.

Вопросы математического моделирования температурного полл'СЗ были исследованы В.О.Кулебакиным, А, ^Михайловым, японскими инженерами Укон tyflpa и Хайруки Dre. Отмечено, что а этих исследованиях недостаточно полно учитывались особенности конструкции 03 как составного тела и зависимость теплофизическич характеристик ео материалов от температуры.

Цоэтоцу была поставлена задача построить математическую модель температурного состояния СЗ, удовлетворяющую следующим требованиям:

- учитывать конструкцию СЗ и технологию ее изготовления;

- давать возможность учета зависимости тешюфизическнх характеристик материалов от температуры;

- опуделить условия, при которых вместо пульс ируоцего теыпо ратуршго поля допустимо вычислять только его стационарнус состав

ю;

- возмонноеть ее реализации на |ЦВо1,

Во втощй главе изложены методические основы математическое моделирования температурного поля 03. Показано, что температурное поло ЛЗ описывается систем^ нелинейных уравнений теплопроводности нида;

I. = • •, М.

Здесь индекс Ь идентифицирует элемент 03 или прилегающей части головки цилиндра,^ - платности материалов с -го элемента 03 и о посадочного места в головке цилиндра, С(,0 и .Ац» - средние в рассиат ринпемои интервале температур значения теплоемкости и теплопровод нисти материала этого элемента, и!*,. - относительные отклоно имя соотвегстветюСс(Т) иА^(Т) от и* средних значониП.

На границе Г^ меяду Ь -и к ^ -и элементами осуществляется теплообмен по закону Ньютона, который цокно записать в виде уравнения:

= 0 (2)

Здесь П*^ - единичный вектор внешней по отношении к I -му элоисн-ту 03 нормали к его поверхности Г^, <••• !•••>- сиыоол скалярного произведения' векторов, а "Т\ и Т| - продельные значения и Т^ при (х,у,£)-*Тц/. В этих уравнениях принимается, ч?

коэффициенты теплопередачи лолпвтея функциями температур поверхностей контактируй^«* элементов.

Аналогичные у раин с ни п описывают теплообмен и езду олоиоитйнг, 03 н соответстпувдей часть» "оптаней" сроду: рабочий толои с коио ре сгорания двигателя, шдаостьа о системе охлаждения и создукои в подкапотной пространство. Коэффициенты топлоперодачи цезду элементами 03 и рабочий телом являются функциями температуры и давления последнего,Поэтому эти коэффициенты ыошо рассматривать как заданные фуикцкл времени "С , 11ри устатвивзихся скоростюц и нагрузочном режимах работы двигателя они периодичны по "Ь с перкодзи равным 1Л&. с » гдо П ♦ шиГ* - частота в радения коленчатого вчич.

Проведенные рядом отечественных и зарубеаных авторов теорети ■к'ср.ми и экспериментальные исследования по проникновении высоко-

а

частотных температурных волн в твердое тело покалывают, что температурное поло СЗ можно представить в виде суммы кваэиетационар-ной составляющей Т^, и пульсирующей составляющей Ti, . При установившихся скоростном и нагрузочном режимах работы двигателя квазистационарная составляющая температурного поля становится стационарной.

Для того, чтобы составить уравнения, описывающие по отдельности стационарную и пульсирующую составляющие температурного поля СЗ необходимо рассматривать совместно уравнения теплопроводности и граничные условия. Это достигается переходом к обобщенной постановке задачи моделирования поля и виде системы интегральных тождеств:

f J'лш <\а li + №i(Ti)]%ZctdTL\yzad фс> dcc dy dZ + ♦Дп/ ОЦ/ Ck,Tj)(Ti-Tj) d + (3,

'¿r Ajag wc^-tjwj - о

I = 1,2 •• - M .

Здесь ф1" - произвольные гладкие финитные функции, определенные в области ,dG;j- дифференциальный элемент поверхности Г: j ,

К 0(1 I/ °4t. " • 0

^ и is - множества индексов J -тих тел, которые имеют с телом Л^общую границу.

Дня разделения тождеств (3) на интегральные тождества, описывающие порознь стационарную и пульснруктцую составлявшие температурного поля СЗ, выполнена квазилинеариэация задачи путем введения при помощи подстановки Кирхкофа:

Vi(TI) = ACLoр OfCtCnjdT (4)

новых искомых функций 6 ^¿.Счх>у>а) ~ плотностей внутренней энергии элементов.

Согласно методу усреднения Крылова-Боголюбова, в задаче выделен малый параметр qq

О - ЛГп (Ь)

и вводится "растянутоо"время U при помощи формулы:

У

Параметр % выбран так, чтобы при изменении "Ь на С , соответствующих двум оборотам коленчатого нала, t изменялось бы на 2JC, После выполнения необходимых преобразований получены следупцие интегральные тождества, описывающие стационарцую составляющую"!^ с

\cj + (fioo)]92cxdfLoo|32adi|),'>c|XdVdZ+

4

+ Е. ( сХ;; Т: Ф1 с| бд = «. я,,; Ф1

-Л- Г ■ -с

Здесь: О^с^' ~ ¿я- ] ("С ) с/Т? - среднее за цикл зна-

чение коэффициента теплообмена мехду С -м элементом 03 и ^ -и элементом "внешней" среды;

^ Ч Я «Г { (/С) ^ ^ ■ СрСДМее

за цикл значение плотности теплового потока, который отдал бы ^ ■ элемент "внешней" среды с -му элементу ф, если бы поверхность последнего поддерживалась при температуре Т^ оо = О.

Интегральные тождества, которым удовлетворяет пульсирующая составляющая температурного поля 03, по своей структуре аналогичны интегральным тождествам (3), однако их коэффициенты являются ({ункциями не Т-и , а "Т\ <*> Выполненный анализ глубины проникновения пульсирующей составляющей температурного поля рабочей тела в центральный электрод и тепловой конус изолятора (3 показа, что при переходе через поверхность амплитуда пульсаций ГО -й гер конической составляющей температуры ослабляется в Дт раз,

и сдвигается по фазе на угол

где Л/Рс " коэффициент температуропроводности. При дальней шем продвииении вглубь соответствующего элемента 03 амплитуда пу саций ГП -й гармонической составляющей температуры затухает проп циональио

EXP xtffc-.

где X " расстояние от поверхности, Вычислении показали, что глубина проникнопения пульсаций температуры и центральный злектрлд составляет 0,4Ь мм, а » тепловой конус изолятора <~0,14 мм.

Таким образам, анализ пространственного и променного распри-деления температуры в элементах £3, показывает, что ее топловоо состояние определяется стационарной составляющей температурного поля, описываемой интегральными тождествами (7), а элементом, лимитирующим возникновение 1Q, являмтся лона торца центрального электрода.

Анализ существующих методоп численного моделировании температурного поля 03 показал, что его целесообразное всего выполнить при помощи проекционно-сеточного алгоритма Галоркина, Его использование приводит к необходимости решения нелинейной системы алгебраических уравнений вида

A (Xj X = В, (Ю)

где X - вектор температур п узлах расчетной сетки, А (X) -матрица теплопрооодиости, коэффициенты которой являются ([ункциями узловых температур, а 6 - вектор тепловых нагрузок,описывапдий теплообмен с "внешней" средой,

Для решения системы уравнений (10) применен универсальный итерационный алгоритм Кошелева, Дли этого при помощи коэффициентов -ALo строится линеаризованная матрица теплопроводности До* const и решается система линейных алгебраических уравнений (ОЛЛУ)

А„Хо = В. СИ)

Вектор К , полученный в результате этого, принимается в качестве начального приблияения. Далее выполняется оценка спектра матрицы 4С и вычисляется релаксационный множитель £ (0<£.<1). Следующие приблияения Хп, П -1,2,..., получаются как решения СЛАУ

ЛоХп-АоХг,-1-6 [A(Xn-i)Xn-i-В] . (12)

Практика моделирования температурного поля СЗ показала, что для ого вычисления с погрешностью не более 1% достаточно 3-6 итераций (12).

В главе рассмотрены вопросы численного моделирования рабочего цикла бензинового двигателя, ^которое необходимо для вычислония_ коэффициентов теплопередачи CX^j и плотности тепловых потоков ^ц}* а токае описан алгоритм расчета 'рабочего цикла по заданной индикаторной диаграмме. При моделировании процесса сгорания использованы его двухзоннал модель, предложенная Б.С.Стечкиным и уравнение выгорания И.И.Вибо.

Работа алгоритма численного моделирования рабочего цикла предсггаиляпт собой итерационный процесс построения индикаторной диаграмм« путем решении дифференциальных уравнений, описыващих его последовательные стадии и уточнение его параметров путем сравнения расчетной индикаторной диаграммы с фактической. В качестве параметров, определяющих рабочий цикл и уточняемых в процессе расчета, приняты Pq.»Ta»Pi»Tz»fi«т» средняя температура стенки камеры сгорания"?we, а также средние температуры поверхностей цилиндра Twc и днища порганяТ^р.

Описана структура комплекса прикладных программ (Will) SPARK, предназначенного для численного моделирования на H3Bi типа IBM PC АТ/ЭТ температурного поля СУ по описанным алгоритмам. В состав комплекса пходят программы БV5, GSP/1 RK, TRI ANG,SYMBOL,TERMS' TERM1T, ISQTERM. iinoK-схема Kllll SPARK приведена на рис.1. КШ1 трооуот для своей работы 530К оперативной памяти.

Результаты работы 1Ш11 выводились на экран дисплея, принтер илр 1'рлг{«построитель а виде чертежа 03 с нанесенными на него изотермами температурного поля.

13 третьей главе приведены описания моторной установки УВП-3, предназначенной для исследования температурного состояния и определения 1(4 03, объектов исследований, а также произведена оцонка точности разработанных экспериментальных методов.

Установка (рис.2) представляет собой комплекс агрегатов, систем, уетрэйств и аппаратуры, в состав которого входят:

1. Высокофорсироианный (до 74 кВт/л) по давлению на впуске (до Рк * 0,5 /<Ша) одноцилиндровый двигатель с впрыском бензола'во впускной патрубок и искровым зажиганием топливо-воздушной смеси.

2. Нагрузочное устройство.

3. Оистемы, обеспечивающие стабилизацию как температуры и влажности воздуха на впуске двигателя, так и его теплового состояния во всем диапазоне нагрузочных режимов работы.

4. Контрольно-измерительная, регулирующая и регистрирующая аппаратура.

Постоянные наивыгоднейшие значения частоты вращения двигателя Пs 2700 мин"1, угла опережения заяигания 0=40° до ВИГ и состава горючей смеси <Х ^0,9 при определении КЧ G3 были выбраны на основании результатов испытаний с учетом обеспечения возникновения КЗ в цилиндре от любых испытуемых СЗ, а такно требуемой долговечности самого двигателя.

Рис Л. Блок-схема комплекса программ "5РЛКК"

Г/ / Г/ // / /

Ш ШлЗ''Ш'И/

Л. Л Л -15- 12.

.7/7 ,

Рмс.2. П^нципмальная схема тарировочшЯ установки У1Ш-3

I - то наивный бак; 2 - отойип; 3 4 - Тп^^^'о^^^^ь:

26 - блок масляных фильтров; 27 хометр; 31 - фильтр; 32

о, - иасяяныП насос: 2о - иасдкныЯ бачок; ¿9 - динамометр; водоиасхоотдедатедь; 33 - теплообменник; 54- ко «стрессор.

Определения К1! испытуемых Л проидво^ились путем повыяенил давления на зпуске двигателя от порзннвого чомпряесор* с шагом 0,С1 ;Л1а вплоть до появления я цилиндре признаков КЗ, регистрировавшихся индикатором КЗ u¡K3>, Принцип работы последнего основывается на ионизации искрового промегзутки СЗ возникапаим при rG (д-j гюдпчи высоковольтного импульса) пламенем. »Ьнизяция вызывает резкие снижение электрического сопротивления и падение напряжения постоянного тока величиной 300 п, подяппемого на СЗ непрерывно за нсклпче-нием момента искрообрлзов&нил. Падение напряжения фиксируется на экране осциллоскопа.

За оценочный критерии КЧ испытуемой СУ было принято сроднее индикаторное давление Pj_ « рабочего цикла в цилиндре дпигателл УВИ-3, при котором в нем возникали первые признаки tC3, т.е.

К Ч = Р{, ю . ([3 i

Величина определялась косвенным путем,

„ PiHJ = Рм,. 141

где Р^ из - среднее эффективное давление , кгс/см**) при работе двигателе на пороге 1G в его цилиндра от испытуемой СЗ; Рм - условное среднее девление механических потерь (кгс/см^), определяемое путей прокрутки прогретого двигателя без наддува от тор юз ной динамома-шшы нагрупного устройства, работавшей о рсянис электродвигателя. С учетом длины рычага динамометра величина КЧ подсчнтывллась по выражению

K4 = Pikj= 4,31 (Рькз + РПР) , (15)

где: к $ - показание весового устройства (кгс) при работе

двигателя на пороге .КЗ а его цилиндра о? испытуема ít СЗ;

Рпр - показшше весового устройства (кгс) при прокрутке двигателя.

Определение температур а элемента* 03, необходимое для оценки достоверности разработанной математической модели расчета ее температурного полл, производилось с помоцьи опытных образцов СЗ с встроенными в их центральные электрода (рис.З) и изоляторы термопарами.

В четвертой главе излагаются результаты расчетного л экспериментального исследований влияния конструктивных, материаловедчес-ких и технологических факторов на температурное поле и КЧ СЗ. Решение поставленной задачи, ггроизподнваееся в отечественной практик впервые, осуцествлялось как путем математического модели;«ваниг

tu Т Г КС РЫ ti r>mio пары

4 - А

uiTíKtr пиевковолыиого ПРОВОЗА

ЫТИФТ

КОМПАУНДНАЯ ЗАЛИ&КД

UiHKfPOAf СЖА1 МЬ

ШЛИБА ГГРМСП/ЗИРУКИЦДЯ

КОНТАКТНАЯ ГОЛОЬМ

М»ОЛЯТОР

цсмтрлльныи j/tktpiy

ТЕ РМОЦСМП1Т

ц«6стви1ельн41м ÎAEMEH1 ТСРМОПЛРЫ

Рис.3. Конструкция свечи зажигания с тер^парой з !!питральном электроде.

с помощью мотодики расчета и разработанного на со основе комплекса программ, так и экспериментальным путем с помощью устаноики УВИ-.'1.

Лз всего многообразия <{>акторов, окяяыващих влияние на КЧ Ш и, как следствие, тепловой диапазон ее работоспособности, для рас-четно-зкспериментальных исследований били выбраны следующие оснои-ные:

- длина Е т.к. теплового конуса изолятора;

- выступание А 6 т. к. теплового конуса изолятора за торец ввертной части корпуса СЗ;

- теплопроводность АмЗ материала изолятора;

- выступание дбц.». конца центрального электрода за торец теплового конуса изолятора;

- величина зазора дБц.э. метлу центральным электродом и каналам изолятора;

- теплопроводность Ац.Э. материала центрального электрода.

В результате расчетно-экспериментальных исследований установлено следующее.

При изменении (2тх. одновременно изменяется и величина поверхности теплового конуса, нагреваемой газами в процессах сгорания " и выпуска, а также охлаждаемой свеяей горючей смесью в процессах впуска и, частично, сжатия. С другой стороны, соответственно изменяется и длина пути отвода тепла от наиболее нагретой части теплового конуса к теплоотводящей шайбе. Оба указанных фактора влияют в совокупности на температурное поле СЗ в целом и на температуру конца центрального электрода, обычно делящегося источником КЗ, в частности. Зависимости КЧ 03 от С т.к., полученные расчетным и экспериментальным путями, приведены на рис.4. Расхождение результатов расчета и эксперимента не превышает

Увеличение л . приводит к повышению *Ь т.к. и -(г ц.э. вследствие интенсификации нагрева теплового конуса и центрального электрода СЗ газами в процессах сгорания и расширения в цилиндре двигателя, что приводит к снижению.КЧ СЗ. Результаты количественной оценки влияния а &т.к. на КЧ СЗ, полученные расчетным и экспериментальным путями, приведены на рис.5. Значения расчетных данных отличаются от экспериментальных не более, чем на 3,1$, что свидетельствует о достаточной адекватности^расчетной модели.

Теплопроводность -А из керамического материала изолятора при прочих равных условиях оказывает существенное влияние на температуру теплового конуса последнего. Применение керамической массы с высоким коэффициентом теплопроводности, определяемым процентным

Рис.4. Зависимости к КЧ СЗ

от длины 6теплового юнуса изолятора

20

~Ь т. к. 1 ^ ♦ | | I

1

1 1 1 -РАСЧЕТ •ЭКСПЕРИМЕНТ

• 1 1

I 1 1 I

'1

0,5 4.0 1,5

2.0

1£т.ч. МИ

рис.э. Зависимости tT.fi.,"Ьч-э. и лЧ сЗ от

выступанля а*т«. теплзвэго кэ^ са изоля-тзра за торец ааертнзя части корпуса

содержанием в ним оксида алюминии, позволяет увиличить КЧ 03. На рис. 6 представлены зависимости теплопронодностей боркирундовий к уралитивой керамических масс от темпиратуры. Нопшеннан тепло проводн'ость боркорунда прицодит к повышению 1(4 03 иследстпии улучшения отвода тепла от центрального электрода, Отличие расчетных данных от экспериментальных ни пропитает 'V,í.

Увеличение А Е ц.э. влечет за собой уменьшение 1(4 (рис.7). Адекватность результатов расчета и эксперимента можно признать удовлетворительной, поскольку их отличио но припышает ü'í.

Увеличение зазора лвц-э. сверх оптимально!) величины приводит к снижению 1(4 03 вследствие увеличении подвода тепла к центрально-цу электроду и ухудшения отвода тепла от последнего (рис.У). Результаты расчета и эксперимента показывают, что их адекиатность удовлетворительна, т.к. отличио но превышает '¿'X,

Применении в качоство центрального электрода материала с повышенной теплопраподностью обеспечивает оущестиинное снижение его температуры и, следовательно, повышение 1(4 03. Зависимость 1(4 03 от теплопроводности Л ц.э.их центральных электродов приведена на рис/J. Анализ экспериментальных и расчетных данных показывает их достаточную близость (расхождение но прснышаит 'Ш.

OOHOBHUK PivjyJIb'FATU РАБОТ» И ЬиВОДи

I,.Разработанная математическая модель для расчета температурного поля свечи зажигания учитывает реальную геометрическуо <[юрму и размеры как составляющих ее элементов, так и посадочного моста в головке цилиндра двигателя, а также изменение топлофигшчееких свойств миториалои этих элементов '{дикцией их температуры.

2. На основании выполненных с помощью модели расчетов стационарной и пульсирующей составляющих тепловых потоков и элементах свечи зажигания установлено, что роль пульсирующей составляю,цоП пренебрежимо мала и при реаении практических задач от ео учета модно отказаться вследствие малой глубины ее проникновения вглубь каждого элемента.

3. встроенный на база метода конечных олементои вычислительный алгоритм и комплекс программ для расчета на ilÜÜM IBM PO АТ/ХТ стационарной составляющей температурного поля свечи зажигания в сочетании с разработанными алгоритмом и программоЦ численного моделирования рабочего цикла двигателя на основе снятых индикаторных диаграмм позволяет с требуемой точностью оценить расчетным путем

А иъ.ь^град

V

\ N БОРКОРУЦД

-1

у РА л ит.

200 400 600 ±?С

Рис.6. Зависимость КЧ СЗ от теплопроводности Лиз. натекала изолятора

• ЭКСПЕРИМЕНТ

дбц.Э^ММ

Рис.7. Зависимости температур теплового конуса

изолятора Ът.к., центрального электрода ^^ и КЧ СЗ от величины выступания«С*»-центрального электрода за торец изолятора

аоо

700

± т.«. »

•

» -- РАСЧЕТ • ЭКСПЕРИМЕНТ

"Ь и,.Э. »

|

0,5

аБц.з. г»ш

7 О

16

Расчет

ЭКСПЕРИМЕНТ

; 5 1

•

го о

10О

200

300 Ац.1.

/.и ж

Рис.8. Зависимости температуры центрального элек- Рис.9. Зависимость КЧ Со от теглз-эозэдногти г рода и теглээого конуса изолятора^«. цатериала цент рал ью г; электрет

от величины зазора д5*.э.цеаду центральны* электродом а стенками канала под него э изоляторе

Яатерлалы иентраль^го элехтрога • - Х2оГ . у.; ии -;- г хт.".'с к^ Л Д - г Си ,

д - А? ^мета-тлич-.-с.-ы:»

ai

H.niHiMi! геометрических jmnwi'pju и материалов алиментов свечи эопи-

гнмпи nu «ч! ти«1Н'рлтур1ио П)Л1'.

•I. l'a цтОотпннол при участии автора и внедрении! в промиилен-ii I'гь Mirjpiuui устинлжа УШ-З позволяет определить калилышо числи l'n'vii'il лакишшш автомобильных двигателей кик с целью проворки • j j питепшя и* )Ш1Ч1!НИ11 требованиям ОоГ 37.003.0131-1//, так и с и« 11.11 )Ц'М1ки влнннил конструкторских, .материалеиедчееких И TOXHO-л.)1'<1>;.'1'м.и ¡«нгорон на калильные числа создаваемых новых типов евв-

'll'll .'UlKHiniltUI.

За к ал ил ы и е числи спичи зижиганил принято численное значоние (u Ki'o/i!H'"i среднего индикаторного давления, соотвотствупциго появлении в цилиндре двигателя установки УШ1-3 первых признаков калильного зажигания.

Ь. Оопистшшчнш значении температур элементов свечой зажигании и калильных чисел последних, определенных расчетным путей с номоцыи разработанной математической модели, с экспериментальными данными, полученными с поиипьи специально разработанных и изготовлении* дпн этой цлли свечей-терлопир и нх испытинип на установил УШ1-3, позволяет констатировать их адекватность в пределах:

- дли килильнух чисел - 1не более,

- дли температур элементов - 3Î, не более.

ti. Результаты расчетного и экспериментального определения влияния Констанции, геометрические размеров и материалов элементом свечей зажигании на их калилышо числа позволили установить, чго:

- уменьшение на I мм длины тиилового конуса изолятора в про-дочнх or M до 10 ш приводит к увеличению калильного числа свочи и среднем на 1,1 ед., а в пределах от 10 до 4 мы - в сроднен на i!,!) («д. в диапазона калильных чисел от il,6 до 26 од.,

- уменьшение на I мм оыступания теплового конуса изолятора за горец нвертноп части корпуса свс н в пределах от 0 до 2,U ии приводит и увеличению ео калильного числа о сродним на I,U ед. в диапазоне калильных чисел от 16,0 до 19,0 ед.,

- увеличение теплопроводности материала изолятора (например-нри замгзме «го уталитовой керамическое, массы на Соркорундооуо -на И Ut/m.-град) приводит к увеличение калильного числа свочи (в указанном случае - lia L-2 ед. в диапазоне калильных чисол Ю-26од. )

- уменьшение на I им пыступання центрального электрода па торе изолятора п пределах от 2,13 до 0,i) мы приводит'к увеличению калильного чиг'ли свечи в сроднен на 3,V в диапазоне калильных чисел