автореферат диссертации по энергетическому, металлургическому и химическому машиностроению, 05.04.02, диссертация на тему:Совершенствование расходных характеристик газовоздушных трактов поршневых двигателей внутреннего сгорания

На правах рукописи

Балашов Андрей Алексеевич

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ РАСХОДНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ГАЗОВОЗДУШНЫХ ТРАКТОВ ПОРШНЕВЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

00345285Б

05.04.02 - Тепловые двигатели

Автореферат диссертации на соискание учёной степени доктора технических наук

Барнаул - 2008

003452856

Работа выполнена в государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования ««Алтайский государственный технический университет им. И. И. Ползунова

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Гришин Юрий Аркадьевич

доктор технических наук, профессор Жмудяк Леонид Моисеевич

доктор технических наук, профессор Кукис Владимир Самойлович

Ведущая организация:

ОАО ХК «Барнаултрансмаш»

Защита диссертации состоится «_19» декабря 2008 г. в 11 час. 00 мин. на заседании диссертационного совета Д 212.004.03 при Алтайском государственном техническом университете им. И. И. Ползунова по адресу: 656038 г. Барнаул, пр. им. В. И. Ленина, 46 (тел/факс (3852) 26 05 16; E-mail: D21200403@mail.ru)

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Алтайского государственного технического университета.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью, просим направлять по указанному адресу на имя ученого секретаря диссертационного совета.

Автореферат разослан «£¿7 £ 200 ¿Т г.

Ученый секретарь диссертационного совета

А. Е. Свистула

Общая характеристика работы

Актуальность темы. Предельная максимальная мощность поршневого двигателя внутреннего сгорания (ПДВС) ограничивается, прежде всего, количеством поступившего в цилиндр воздуха (окислителя топлива) или свежего заряда.

При увеличении расхода воздуха за счет применения наддува или повышения частоты вращения коленчатого вала важную роль приобретают газодинамические потери в процессах впуска свежего заряда и выпуска отработавших газов.

Они определяются газодинамическим совершенством элементов систем наполнения и очистки цилиндров ПДВС, оказывают влияние на мощностные и экономические показатели двигателей как через расход воздуха, так и через затраты мощности на осуществление насосных ходов. И существующие в этой области резервы - далеко не исчерпаны.

Последнее подтверждается и практикой создания современных автомобильных двигателей, у которых наметившееся в недавнем прошлом уменьшение мощности и экономичности в связи с выполнением постоянно ужесточающихся требований к снижению токсичности ОГ было ликвидировано, в частности, за счёт совершенствования газовоздушных трактов в направлении увеличения расхода воздуха и снижения механических потерь.

Учитывая эти обстоятельства, необходимо отметить, что проведение работ, направленных на снижение газодинамических потерь в основных элементах систем газообмена ПДВС, позволит улучшить их расходные характеристики, увеличить степень использования теплоты и поднять технико-экономические показатели двигателей в целом.

Информация по расходным характеристикам элементов систем газообмена может быть полезна для получения более достоверных результатов при математическом моделировании процессов наполнения цилиндров свежим зарядом и выпуска отработавших газов в ПДВС.

Цель работы. Научное обоснование, разработка методов исследования и средств улучшения расходных характеристик поршневых ДВС для повышения их мощностных и экономических показателей.

Для достижения поставленной цели предусматривалось решение следующих задач:

- проанализировать влияние конструктивных мероприятий и факторов, влияющих на расходные характеристики основных элементов систем газообмена поршневых ДВС, направленных на улучшение их мощностных и экономических показателей;

- выполнить термогазодинамический анализ течения воздуха и «горячего» газа по проточным каналам поршневых ДВС для получения зависимостей, на базе которых разработать методику обработки данных статической продувки;

- создать стенды для статической продувки основных элементов газовоздушных трактов поршневых ДВС, позволяющих выполнить низконапорную, высоконапорную, «горячую» и динамическую продувки, а также стенды для проведения моторных испытаний с двигателями 6415/18, 6ЧН15/18;

- выполнить экспериментальные исследования по выявлению влияния геометрических и газодинамических факторов на расходные характеристики впускных и выпускных каналов с клапанами ПДВС и по определению критического режима течения в выпускном канале с клапаном с помощью высоконапорной продувки воздухом;

- осуществить доводку конструкции впускных и выпускных каналов с клапанами с помощью гипсовых моделей, после чего изготовить усовершенствованные экспериментальные головки цилиндров двигателя 64 15/18 в металле и провести их проверку на моторном стенде.

Объектом исследования являются газовоздушные тракты систем газообмена 4-тактных дизелей типа Ч 15/18, Ч 15/15, ЧН 15/18, Ч 13/14, ЧН 13/14 с верхнеклапанными механизмами газораспределения и газовоздушный тракт системы газообмена 2-тактного двигателя (ДК ДВС) с количественным способом изменения мощности и золотниковым механизмом газораспределения типа Д 7,2/6,0.

Предметом исследования явились закономерности изменения расходных характеристик газовоздушных трактов систем газообмена поршневых ДВС и закономерности влияния на расходные характеристики термогазодинамических процессов с газодинамическими потерями и внешним теплообменом.

Методы исследования. Для решения перечисленных задач и достижения поставленной цели в работе нашли применение теоретические методы, базирующиеся на основных положениях классической термодинамики и газодинамики, а также различные экспериментальные методы исследования как хорошо известные, апробированные на практике, так и специально разработанные для решения поставленных задач методы математического моделирования с настройкой модели и привлечением экспериментальных данных, обобщение научной и специальной литературы. Работа носит теоретико-экспериментальный характер.

Обоснованность и достоверность результатов подтверждается применением комплекса современных методов исследования, подбором измерительной аппаратуры, её систематической поверкой и тарировкой, соблюдением требований соответствующих стандартов и руководящих документов на проведение испытаний. Научные положения и выводы подтверждены результатами, полученными в ходе натурных экспериментов.

Научная новизна и теоретическая значимость работы заключается в следующих положениях, выносимых автором на защиту:

- путём термогазодинамического анализа адиабатного и политроп-ного процессов расширения рабочего тела показана возможность теорети-

ческого обоснования зависимостей для изменения энтропии , коэффициентов газодинамических потерь £ и расхода //, а также критического отношения давлений с учетом аэродинамических потерь в канале;

- разработаны методики обработки результатов статической продувки впускных и выпускных каналов воздухом и «горячим» газом;

- предложен способ косвенного определения коэффициента расхода системы продувки двухтактного двигателя с использованием свойства аддитивности энтропии Д5, позволяющий исключить непосредственное измерение давления в выходном сечении продувочных окон;

- предложен способ разделения энтропии А5" и газодинамических потерь, характеризуемых коэффициентом £ в адиабатном потоке на составляющие от механического ¿¡ам и термического А5'аГ, даТ

воздействия газодинамических сопротивлений на параметры потока;

- показана возможность более качественного профилирования выпускных и впускных каналов на малых и средних подъемах клапанов в процессе отработки проточных элементов 4-тактных ДВС с помощью гипсовых моделей.

Практическая ценность работы заключается:

- в использовании возможностей разработанных методик обработки результатов статических продувок для анализа и оценки газодинамической эффективности отдельных элементов систем газообмена в процессе их совершенствования и доводки при проведении опытно-конструкторских работ;

- в применении гипсовых моделей, которые позволяют уменьшить объем трудоемких и дорогостоящих работ по созданию основных элементов газовоздушных трактов и сократить время доводки двигателей в целом;

- в использовании армированных гипсовых стержневых ящиков, изготовленных по отработанным профилям впускных и выпускных каналов с помощью гипсовых моделей, при отливке развернутых головок цилиндров;

- в использовании метода статической продувки для экспресс-контроля качества изготовления впускных и выпускных каналов с клапанами в процессе их производства и модернизации;

- показана возможность путём математического моделирования повышения мощностных и экономических показателей 4-тактного двигателя за счёт увеличения эффективных проходных сечений системы газообмена и повышения индикаторной мощности двухтактного двигателя за счёт снижения газодинамических потерь продувочно-выпускного тракта;

- в разработке метода разделения и ранжирования газодинамических потерь в продувочно-выпускном тракте двухтактного ПДВС.

- в отработке профилей каналов с улучшенными газодинамическими характеристиками на гипсовых моделях, защищенные авторским свиде-

тельством СССР № 1145167. По полученным профилям изготовлены армированные гипсовые стержневые ящики, отлита, обработана и собрана опытная партия головок цилиндров, проведены испытания двигателей и разработана рабочая конструкторская документация.

Реализация результатов работы. Результаты исследований приняты ОАО ХК «Барнаултрансмаш» и ОАО «ПО Алтайский моторный завод», а также по 2-тактному двигателю ЗД 7,2/6,0 - ООО КБ «Мотор» г. Бийск. Разработанные методы исследований и расчетов используются в учебном процессе и НИРС кафедры ДВС Алтайского государственного технического университета им. И. И. Ползунова.

Апробация работы. Результаты работы докладывались на следующих конференциях и семинарах:

- научной конференции, посвященной 40-летнему юбилею института ЧИМЭСХ, г. Челябинск, 1971 г.;

- XXXII научной конференции СибАДИ им. В. В. Куйбышева, г. Омск, 1972 г.;

- научной конференции «Исследование рабочих процессов ДВС», Ангарский филиал ИПИ, г. Ангарск, 1972 г.;

- 66-ом заседании Всесоюзного научно-технического семинара по комбинированным ДВС, МВТУ им. Н. Э. Баумана, г. Москва, 1973 г.;

- научной конференции профессорского-преподавательского состава и научных работников, АПИ им. И. И. Ползунова, г. Барнаул, 1975 г.;

- Всесоюзных межотраслевых научно-технических семинарах «Тепловыделение, теплообмен и теплонапряженность ДВС, работа на неустановившихся режимах», ЛПИ им. М. И. Калинина, г. Ленинград, , 1980, 1982 гг.;

- Всесоюзном семинаре «Современные проблемы газодинамики и теплообмена в энергетических установках», г. Москва, 1983 г.;

- отраслевом семинаре «Проблемы форсирования и надежности тракторных и комбайновых двигателей», г. Владимир, 1985 г.;

- Всесоюзном научно-техническом семинаре по ДВС, МВТУ им. Н. Э. Баумана, г. Москва, 1987 г.;

- Всесоюзной научно-технической конференции «Актуальные проблемы двигателестроения», г. Владимир, 1987г.;

- Всесоюзном семинаре «Диагностика, повышение эффективности, экономичности и долговечности двигателей», г. Пушкин, 1989 г.;

- Всесоюзной конференции «Совершенствование мощностных, экономических и экологических показателей ДВС», г. Владимир, 1989 г.;

- научно-практ. семинаре «Совершенствование мощностных, экономических и экологических показателей ДВС», г. Владимир, 1991 г.;

- Международной научно-технической конференции «Совершенствование быстроходных ДВС», АлтГТУ, г. Барнаул, 1993, 1999 гг.;

- Международной конференции «Совершенствование автомобилей, тракторов и агрегатов», АлтГТУ, г. Барнаул, 2000 г.;

- Международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы теории и практики современного двигателестроения», ЮУрГУ, г. Челябинск, 2003, 2006 гг.;

- Всероссийской научно-практ. конференции «Проблемы энергоснабжения и энергобезопасности в Сибири», АлтГТУ, г. Барнаул, 2003 г.;

- III семинаре вузов Сибири и Дальнего Востока по теплофизике и теплоэнергетике, АлтГТУ, г. Барнаул, 2003 г.;

- Международной научно-техн. конференции «Современные технологические системы в машиностроении», г. Барнаул, АлтГТУ, 2003 г.;

- Всероссийской научно-практ. конференции с международным участием «Двигатели внутреннего сгорания - современные проблемы, перспективы развития», АлтГТУ, г. Барнаул, 2007 г.;

- XI Международной научно-практ. конференции, - ВГТУ, г. Владимир, 2008 г.

- внутривузовских научно-практических конференциях и семинарах АлтГТУ, г. Барнаул, 1972-2007 гг.

Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 64 печатных работах, из них 45 статей (9 в рекомендованных ВАК изданиях), 15 тезисов докладов, 2 учебных пособия, 2 авторских свидетельства.

Структура и объём диссертации. Диссертация состоит из введения, 8 разделов, основных результатов и выводов, списка литературы из 219 наименований и приложения, содержит 365 страниц, включая 1 таблицу и 164 рисунка.

Содержание работы

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, сформулированы цель и задачи исследования, его научная новизна и практическая ценность, приведены основные положения, выносимые автором на защиту.

В первом разделе проведен обзор и анализ факторов, влияющих на расходные характеристики систем газообмена как 4-тактных, так и проду-вочно-выпускного тракта 2-тактных ДВС, рассматриваются методы их исследования и совершенствования.

Анализ изученности проблемы снижения газодинамических потерь в процессе газообмена показал, что наибольшее распространение как в России, так и за рубежом получили экспериментальные методы, основанные на снижении, в основном, диссипативных потерь в проточных системах.

Для ускорения процессов исследования по отработке и доводке впускных и выпускных каналов с клапанами ПДВС все чаще стали использовать модели, изготавливаемые из быстротвердеющих материалов (гипса, смол, пластмасс и т.д.) совместно с одним из способов визуализации потока.

Для оценки газодинамической эффективности и доводки вновь создаваемых и модернизируемых газовоздушных трактов ПДВС широкое распространение получил метод статической продувки, в котором реализуется стационарное течение газа через исследуемый элемент. Однако, при различных методиках обработки данных статической продувки, т.е. с учетом реальных условий течения потока или без учета, можно получить при определении расходных характеристик основных элементов систем газообмена и двигателей в целом достаточно ощутимую разницу в результатах.

Исследование процессов газообмена поршневых двигателей проводится с использованием теоретических и экспериментальных методов, причем, наилучшие результаты получают при их совместном применении.

Тщательная отработка конструкции органов газораспределения является одним из важнейших путей повышения мощности и снижения расхода топлива, особенно у 2-тактных поршневых ДВС. Особое внимание уделяется при этом повышению аэродинамического качества каналов впуска, продувки и выпуска. Работа эта кропотливая и длительная, поэтому очень важно иметь данные о степени влияния расходных характеристик отдельных элементов газовоздушного тракта на показатели двигателей.

В заключение первого раздела сформулированы цель и задачи исследования.

Второй раздел посвящен расчётно-теоретическому исследованию и определению расходных характеристик основных элементов систем газообмена ПДВС. Для решения этой задачи, прежде всего, необходимо провести термодинамический и газодинамический анализ изменения параметров рабочего тела в изоэнтропном, адиабатном и политропном потоках в открытых системах без совершения внешней работы с целью получения обоснованных зависимостей для дальнейшего использования их как при обработке результатов статических продувок, так и при математическом моделировании.

Газодинамические потери, вызывающие внутренний теплообмен при адиабатном процессе расширения рабочего тела в открытой системе, описываются известными дифференциальными уравнениями:

&1Г=СУЧГГ + Р-С1У; (1) ¿Щг = Г • ей1; (4)

5цг =СУ -йТ-Р-йч \ (2) (5)

5цг = • с/Г; (3)

где цг,СР, Сг, Са, Р, Т, V, 5, и> - соответственно удельная теплота газодинамических потерь; удельные теплоемкости при постоянном давлении, объеме адиабатного процесса; абсолютные давление и температура; удельный объем; энтропия и скорость рабочего тела в потоке.

Совместное решение этих уравнений осуществляется с целью определения показателя адиабатного процесса расширения рабочего тела в от-

крытой системе т, удельной теплоемкости адиабатного процесса Са и коэффициента газодинамических потерь £ в потоке.

Используя, преобразуя и комбинируя зависимости (1 -=- 5), получим:

кг-(£ + 1) _ _ т- к

т = —ТТГ' (6) --р (П)

к ■ д +1 т -1

к г к-т т =-т-5-, (7) £ = -рг, (12)

т = к-(к-(8) Са=-%-Ср, (13) р-аи

С -С 1

т = ^ /, (9) £ = — (14)

_ _ т-к

Са=Ср--,-п, (10)

и к-{т-1)

где к, т, ср, р, V - соответственно, показатели изоэнтропного и

адиабатного процессов расширения; коэффициент газодинамических потерь; коэффициент скорости; абсолютное статическое давление; удельный объем, определённый по статистическим параметрам потока. Кроме этого, с целью установления связи параметров в движущемся потоке между сечениями 1-1 и 2-2 нужно решить две системы уравнений, содержащих по два уравнения в изоэнтропной и адиабатной постановке:

Pi'»!" =Р2'°2 > О5) \Р;-и;т=Р2-о?, (16)

p2-v2=p2-vK2 , (17) p\-vxK = pT-vKT , (18)

где p{, p2, p2 и pT - абсолютные заторможенные и статическое давления в адиабатном и изоэнтропном потоке соответственно, в сечениях 1-1 и 2-2;

* *

Ц и V2 - удельные объёмы, определённые по параметрам заторможенного потока;

Ц , и2 и иТ - удельные объёмы, определённые по статическим параметрам адиабатного и изоэнтропного потоков;

тик- соответственно показатели адиабатного и изоэнтропного процессов расширения в потоке.

Решая систему, содержащую уравнения (15) и (16), с учётом равенства Т — const по потоку будем иметь:

Рг

Рг

ЛТ ( 5+1 Рг

РУ)

Р\

, откуда £ =

1п р\ / р*2

(19)

\ар2/р2

Решая систему с уравнениями (17) и (18), с учётом тех же условий получим:

«г-1

(20)

Кроме этого, коэффициент % можно ещё определить и через действительную и теоретическую скорости потока, тогда получим:

« _ К - И? =2-СР-{т*~ ту)-2 • Ср-(Г -Т2) = АТт (21)

IV:

2 ■ С„

А Т

где \¥т и }¥д - теоретическая и действительная скорости потока (соответственно) в сечениях 1-1 и 2-2;

Т и Т2- абсолютные заторможенная и статическая температуры (соответственно) в адиабатном потоке;

Тт - абсолютная базовая теоретически достижимая термодинамическая температура в изоэнтропном процессе расширения рабочего тела в потоке;

АТт =Т2—Тт - перепад абсолютных статических температур в адиабатном потоке, характеризующих его необратимую часть;

АТ =Т —Т2 - перепад абсолютных заторможенной и статической температур в адиабатном потоке, характеризующих его обратимую часть.

Таким образом, имеем четыре равнозначных выражения для определения коэффициента газодинамических потерь (12), (14), (19) и (21), но для более детального уточнения физической сущности явлений, происходящих в потоке, необходимо проанализировать изменение энтропии АБ.

Как известно, изменение энтропии определяется по выражению

Для открытых адиабатных проточных систем изменение энтропии Д5 будет выглядеть так:

АЗ = Ад/т=срхАТутт'

(22)

где А5 - изменение энтропии в адиабатном процессе расширения рабочего тела в потоке;

Д<7Г = Ср • АТт - элементарное количество внутренней теплоты в адиабатном процессе расширения;

Ср - удельная теплоёмкость при постоянном давлении.

Тогда, интегрируя выражение (22) в обозначенных пределах, будем

иметь

= = № = С,.1|Д. (23)

Тт

Далее, подставив выражение (20) в (23), получим *

Д$ = /МпА- + /Мп—■ (24)

р2 рт

Преобразуя выражение (23) и выражение (24), будем иметь

г, % », р1 м/

Тт рт р1

Из выражения (24) следует, что изменение энтропии А5 в потоке складывается из двух составляющих:

- первая составляющая в правой части этого выражения свидетельствует о том, что газодинамические сопротивления, находящиеся в канале,

*

механически воздействуют на поток, снижая заторможенное давление р2 *

относительно рх ;

- вторая составляющая в гой же части этого выражения свидетельствует о термическом воздействии на поток из-за преобразования газодинамических потерь в теплоту, за счёт механического воздействия тех же аэродинамических сопротивлений в канале, увеличивая тем самым статическое давление в адиабатном потоке р2 относительно изоэнтропного уровня рт .

Полученные выражения для приращения энтропии в адиабатном потоке (23) и (24) не полностью отражают взаимосвязи параметров в процессе течения, т.к. не учитывают влияния на Д5 скорости потока.

С этой целью воспользуемся выражением (21) и, преобразовав его, будем иметь:

_ А Тт \-Тт1Т7

% =-- = ./ ■ (26)

ДГ Т Т -1

Заменим в этом выражении (26) отношение Тт/Т2 на его выражение (25), а отношение Т /Т2 на его выражение

где М число Маха в выходном сечении потока. Тогда будем иметь

V еД5/с'

(27)

(к - {)■ М2

Преобразуя это выражение относительно приращения энтропии А5", получим

2

Д5 = С,-1п

. ■ — , , • (28)

Таким образом, получено три равнозначных уравнения (23), (24) и (28) для определения изменения энтропии А5 в адиабатном потоке.

При определении и анализе расходных характеристик газовоздушных трактов ПДВС используется коэффициент расхода ц, который представляет из себя отношение действительного и теоретического массовых расходов

И = Од/Сг. (29)

Преобразовав выражение (29) с учётом (20) и уравнения состояния, будем иметь

^=7Г=1'ш'Р2 = (30)

ит г • уУт ■ рт рт Р1

где (р - коэффициент скорости, (р — 1Уд/1¥т ;

сг - коэффициент давления, О = р2/рх ;

рт и р2 - соответственно, плотности рабочего тела в потоке, определённые по теоретическим и выходным параметрам; .Р - площадь проходного сечения.

Таким образом, на основании проведенного термогазодинамического анализа изменения параметров рабочего тела в адиабатном потоке получено семь базовых выражений, три из которых (12), (19) и (21) предназначены для определения коэффициентов £, другие три (23), (24) и

(28) - для определения изменения энтропии Д5 , а одно (30) - для коэффициента расхода [X . Используя эти выражения, можно получить другие

(производные) зависимости для различных отношений давлений и температур, а также их перепадов.

Далее можно представить итоги проведенного термогазодинамического анализа в адиабатном процессе расширения рабочего тела в потоке без совершения внешней работы с помощью тепловой диаграммы Т - S (рисунок 1).

Прежде всего, должно быть выдержано основное условие в адиабатном потоке с учетом принятых допущений Т{ = Т2 = Т3 . Теоретически возможные процессы расширения без газодинамических потерь, т.е. изоэнтропные, будут развиваться (с учетом индексации) от точек 1*, 2* и 3* до точек 1Ъ 2т и Зт.

После появления в потоке газодинамических сопротивлений процесс расширения из изоэнтропного (точка 1Т) преобразуется в адиабатный

(точка 2 или точка 3), причем статическая температура будет Тъ>Т2>Тт, статическое давление Ръ> Р2> Рт, а энтропия S} > S2 > S], и поэтому развитие адиабатного процесса по изобаре Рт = const не произойдет.

\ \ \ \ \| С * S-, 11 £ ■ч £ й

\

ш. ///// к я

1т 2т Зт

Si

V' Vj к/ V2V2TVj V3 vn

Рисунок 1 - Диаграмма Т-Б расши- Рисунок 2 - Диаграмма Р-У расшире-рения рабочего тела ния рабочего тела в потоке

Анализируя процесс адиабатного расширения рабочего тела в потоке (рисунок 1), можно выделить три характерных перепада температур:

АТт , АТ и ДГГ, два из них представлены в выражении (21), а третье будет выглядеть так: АТг=Т —Тт- суммарный перепад абсолютных заторможенной и теоретически достижимой температуры в изоэнтропном процессе.

Развитие изоэнтропных процессов между точками 1*-1т, 2*-2т и 3*-3Т будет происходить по выражению (18) с соответствующей индексацией для каждой изоэнтропы, а развитие адиабатных процессов между точками

1*-2 и ]'-3 будет происходить по выражению (16) с соответствующей индексацией для каждой адиабаты. Развитие адиабатных процессов от точек 1Т и 2-3 для статических температур будет происходить в соответствии с выражением (24).

Итоги проведенного термогазодинамического анализа можно представить ещё и с помощью диаграммы работы в координатах P-V (рисунок 2).

Изменение заторможенного давления в потоке будет развиваться по изотерме Т = const, точки Г, 2* и 3*, соответственно, давления Pi , Р*2 и Р3\

Теоретически возможные процессы расширения рабочего тела без газодинамических потерь, т.е. изоэнтропные, будут развиваться по изоэн-тропам S = const до точек 1Т, 2Т и Зт.

После появления в потоке газодинамических сопротивлений процесс расширения из изоэнтропного (точка 1Т) преобразуется в адиабатный

(точки 2 и 5), причем статическое давление будет Ръ> Р2> Рт, а удель-

♦ * *

ные объёмы U3 > U2 > VT и U} > V2 > Ц .

Дальнейший анализ адиабатного процесса расширения рабочего тела приводит к тому, что в потоке можно выделить четыре характерных перепада давлений АР , АР, АРТ и APZ , где АР = Pi — Р2 - перепад заторможенных давлений на входе и выходе потока, характеризующий (основную) необратимую часть адиабатного термодинамического процесса;

АР = Р2 — Р2 - перепад заторможенного и статического давления в выходном сечении потока, характеризующий обратимую часть термодинамического процесса; АРТ = Р2— Рт - перепад статических давлений в адиабатном потоке относительно изоэнтропного уровня, характеризующий необратимую (меньшую) часть термодинамического процесса;

APZ = Pt — Рт - суммарный перепад давлений в адиабатном процессе, характеризующий как обратимую, так и необратимую части термодинамического процесса расширения рабочего тела в потоке. Таким образом, можем записать:

АРХ =АР* +АР + АРТ. (31)

Развитие изоэнтропных процессов будет происходить по кривым Si = const, S2 — const и S3 = const, определяемым по зависимостям

(17) и (18) с соответствующей индексацией, а развитие адиабатных процессов между точками 1*-2 и Г-3 будет проходить по выражению (16) с необходимой индексацией (рисунок 2).

Развитие адиабатных процессов между точками 1г2 и 3 для статических давлений будет происходить в соответствии с выражением (25).

Газодинамические потери в адиабатном потоке согласно рисунку 2 будут складываться из площади Г-12'-1 ¡'-3*-2'-1", характеризующей механическое воздействие сопротивлений в канале на движущийся поток, и площади 1-г2-3-Зг2г1т, характеризующей термическое воздействие тех же сопротивлений в канале на поток рабочего тела.

Принудительный внешний отвод теплоты от ОГ в выпускной системе ПДВС ставит термодинамический процесс расширения отработавшего газа в потоке в разряд политропного, который можно представить как адиабатный процесс с наложенными на него условиями, характеризующими внешний теплообмен.

Для этого введем корректирующий коэффициент внешнего теплообмена в потоке, который будет равен

ат=/;//■;, (32)

где /, и /2 - энтальпии заторможенного потока в сечениях 1-1 и 2-2.

Элементарное суммарное количество теплоты в политропном процессе расширения рабочего тела в потоке складывается из теплоты, образующейся от преобразования газодинамических потерь и теплоты, принудительно отведенной от рабочего тела, то есть:

«5'цг=5Чг-5Чюеш. (33)

В связи с этим можно ввести коэффициент, характеризующий перераспределение теплоты в политропном потоке из-за наличия как внутреннего, так и внешнего теплообмена

^^««еш/^г* (34)

где Ут - коэффициент перераспределения внутренней и внешней теплоты в политропном потоке.

Тогда с учетом (35) выражение (8) можно записать:

п = (35)

р-с1о р-(1и

где п - показатель политропного процесса расширения рабочего тела в потоке.

Используя, преобразуя и комбинируя зависимости (6),(7),(8),(33) и (35) с учетом уравнения состояния, получим К

П=-—-:-. (36)

£+1 V Т)

Помимо этого, необходимо решить вопрос о возникновении критического течения в канале с учетом газодинамических потерь и внешнего

теплообмена. Определить критическое отношение давлений можно по выражению

2

(37)

Ркр *

Л

к + 1

где р - абсолютное статическое критическое давление рабочего тела в потоке.

Таким образом, проведенный термодинамический анализ изменения параметров рабочего тела в одномерном стационарном потоке с внутренним и внешним теплообменом показал, что на базе вновь полученных физически более обоснованных зависимостей можно создать методику обработки данных статической продувки основных элементов системы газообмена ПДВС, которая учитывала бы влияние газодинамического сопротивления и внешнего теплообмена на расходные характеристики газовоздушных трактов.

В третьем разделе дано описание безмоторных и моторных экспериментальных установок, методик проведения испытаний, измерительной аппаратуры и специального оборудования.

Экспериментальные исследования, выполняемые с целью улучшения расходных характеристик и газодинамической эффективности впускных и выпускных каналов с клапанами 4-тактных, а также продувочно-выпускного тракта 2-тактных ПДВС, проводились на натурных образцах и гипсовых моделях методом статической и динамической продувки воздухом и «горячим» газом.

Для этой цели были разработаны и изготовлены пять экспериментальных установок: три установки для низконапорной и высоконапорной продувки воздухом; одна установка для продувки «горячим газом» и одна для динамической продувки.

Проверка результатов исследования, совершенствования, отработки и доводки расходных характеристик впускных и выпускных систем ПДВС проводилась на моторных установках с двигателями размерностью 4 15/18 и Д 7,2/6,0, оборудованных необходимыми контрольно-измерительными приборами, датчиками, усиливающей и записывающей аппаратурой для снятия индикаторных диаграмм насосных ходов и колебаний давления в коллекторах впуска и выпуска.

В четвёртом разделе представлены результаты исследования расходных характеристик основных элементов газовоздушных трактов ПДВС методом низконапорной и высоконапорной продувки воздухом.

Обработка результатов продувок проводилась по вновь полученным зависимостям, приведённым в разделе 2. Процесс расширения воздуха в продувочных системах принимался адиабатным.

Под низконапорной продувкой, в этом случае, следует понимать статическую продувку основных элементов газовоздушного тракта, проводимую при абсолютном давлении на входе не выше Р*=0,115 МПа.

В результате проведенных расчетов оказалось, что показатель термодинамического процесса расширения воздуха в потоке т очень близок к единице (рисунок 3), т.е. адиабатный термодинамический процесс практически становится изотермическим, особенно это заметно на малых подъёмах клапанов = 1,0 4- 3,0 мм, а диапозон его изменения в потоке будет

находиться в пределах 1 < т < К .

Как видно из графика, полученного с помощью высоконапорной продувки воздухом выпускного канала с клапаном, коэффициенты газодинамических потерь снижаются с уменьшением отношения давлений (или ростом перепада давлений АР) и увеличением подъёма клапана, причём на малых подъёмах И^ = 1,0-г 3,0 .ш/ - резко снижаются, на средних

подъёмах Ик1 = 3,0 -ь 8,0 мм - имеют менее выраженную тенденцию к

снижению, на больших подъёмах Иу1 = 8,0 ч-12,0 мм - снижаются в значительно меньшей степени (рисунок 4).

Коэффициент расхода /л представлен в двояком исполнении - условном и действительном. Условность коэффициента расхода получается из-за того, что определяемое эффективное проходное сечение в процессе продувки относится к геометрическому проходному сечению щели

клапана , хотя продувается система «клапан-канал-спрямляющий патрубок». Действительный коэффициент расхода определяется как отношение того же ¡л/, но только к геометрическому проходному сечению спрямляющего патрубка в выходном сечении потока.

Использование условного коэффициента расхода вызвано тем, что его можно сравнить с результатами, опубликованными в отечественной литературе по продувке впускных и выпускных каналов, с клапанами, обработанными по методике продувки, предложенной профессором Н. М. Глаголевым, а также определить аэродинамическое качество канала с клапаном (характеризуемое коэффициентом // ).

ш

I,К 1,08 1,06 1,04 1.02

i 1 1 ................i............L I

¡ i

I ¡ * ¡ 1 !

1 i

j I -л_____ --------

0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,S ^

О—□ li=l мм; A—Д h~2 mm;

к—A h~3 мм; *—• li=6 мм Рисунок 3 - Изменение показателя адиабаты т от отношения давлений

И

0,6 0,5 0,4 0,3 0.2 0.1

lililí

— 1 • - канал ПО АМЗ (серийный) —¿^ш кана! ЯМЗ (не очищенный) ф-. канал ЯМЗ (очищенный) —О— канал №9 АпгГТУ-ГТО АМЗ —

с ДР=1 кПа

2 4 б 8 10 1гк.1. мм Рисунок 5 - Зависимость действительного коэффициента расхода р от подъема выпускного клапана

0,9

1'!

h~Ms.nl; о—о 11-12 мм

Рисунок 4 - Зависимость коэффициента газодинамического сопротивления £ от отношения давлений М

1,1 1,0

0,9 0,8 0,7 0,6 0,5

N, Ькл=6 ММ

Ъкл=8 мм

Ькл=12 мм/ /

0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 Рз/г

1*1

Рисунок 6 - Зависимость условных коэффициентов расхода /и от отношения давлений

Таким образом, условный коэффициент расхода с увеличением подъёма клапана снижается, а действительный коэффициент увеличивается (рисунки 5 и 6).

Зависимость условного коэффициента расхода от отношения давлений при hm = const заключается в том, что с уменьшением отношения

давлений P2jРх коэффициент расхода растёт (рисунок 6), действитель-

ный juà будет тоже расти при = const и увеличении подъёма клапана, тогда как условный цу будет снижаться согласно выражению

Mà=My-FKJI/Fcn, где /Л0 и ¡Лу - действительный и условный коэффициенты расхода соответственно; F^ и Fcn - площадь геометрического проходного сечения клапанной щели и спрямляющего патрубка при продувке соответственно.

С уменьшением отношения давлений Р2/Р} растёт действительная скорость потока, характеризуемая числом Маха М, и снижается коэффициент газодинамических потерь Ç , что приводит, согласно выражению (28),

к росту энтропии AS (рисунок 7).

При высоконапорной продувке выпускного канала с клапаном двигателя 14 13/14 воздухом не было обнаружено (по внешним признакам) критического истечения в щели выпускного клапана. В этом случае должна была произойти стабилизация относительного расхода воздуха Ge ¡Gвкр , чего при проведении эксперимента не произошло (рисунок 8). Эти данные говорят о том, что клапанная щель на малых подъёмах клапана =1,0 -г 3,0 мм обладает высоким газодинамическим сопротивлением,

которое резко снижает заторможенное давление за клапанной щелью Р2, а поэтому критическое отношение давлений PKpjР2 не достигает величины 0,528 из-за высоких газодинамических потерь в клапанной щели. Определить, какое давление нужно иметь в цилиндре для создания критического истечения за щелью клапана, можно по выражению

р; U+iJ

На возможное отличие коэффициентов расхода fj., полученных с

помощью статической продувки канала с клапаном и с помощью индици-рования низких давлений в коллекторах и цилиндре двигателя в условиях нестационарного потока, указывают многие авторы.

В связи с этим желательно выяснить вопрос о зависимости пропускной способности впускного тракта двигателя при продувке его стационарным и нестационарным потоком воздуха (динамическая продувка), т.к. в данном случае есть основание полагать, что располагаемое «градус-сечение» впускных клапанов будет полностью использовано для прохода воздуха, а явления заброса газа и выброса заряда, существующие на реальном двигателе, будут практически отсутствовать.

I — +1,

40 35 Mi 25 20 15 10

л*»

j v

4 „

ч

у.

м„

11.4 0.5 0.6 0.7 0,K l'J.

Pi

OJ 0,1 0,5 »,7 »,•)

l-s

—-13 MM;-*4vct 'Л MMI-#-1I>SI=0 «я! —Jk-lif-r 3 мм,-Л-1)»1 2 мм: -оЬч l Mst

Рисунок 7 - Изменение коэффициентов чисел Маха М и энтропии Д5 от отношения давлений

АР, кПа

13.7

11.8

9,8

7.8

5.9

Рисунок 8 - Зависимость отношения расходов ввЮв.кр. от отношения давлений дя.

! t

в 4

j у

/ 4 "г

У г

0,30 0.34 JP=5t9xI7a АР-9,3 кПа

АР-1%7 кПа

О 50 100 150 200 Ов.кг!ч

■И вып\схные окна {/х^вып -относительная

плоишь выпускных окон) • А— выпускной капал в корпусе редуктора

— продувочные окна (fx\fnpod -относительная площадь продувочных окон) _ __ —С— сис1ема bits ска

Рисунок 9 - Расходная харакгеристи- Рисунок 10 _ с ение од_ ка впускной системы головки двига- ных характеристик основных теля 64 15/18 по воздуху элементов газовоздушного трак-

та двигателя ЗД 7,2/6,0

Для проверки правильности высказанных предположений была выполнена динамическая продувка впускной системы 6-цилиндровой блочной головки дизеля 64 15/18. Продувка производилась в два этапа: на первом этапе выполнялась статическая продувка при последовательно открывающихся клапанах 6-ого и 2-ого цилиндров (порядок работы 1-5-3-6-2-4); на втором этапе проводилась динамическая продувка впускного тракта при вращающихся газораспределительных валиках в диапазоне

п =250 +1000 лат'1 и при различных перепадах давления АР =0,006; 0,01; 0,014 МПа (рисунок 9).

Результатом работы явилось определение средних динамических и статических коэффициентов расхода цдт ср = ¡ист ср = 0,7 -5- 0,71.

Таким образом, ранее высказанное предположение о влиянии нестационарности потока воздуха, движущегося через систему «коллектор-канал-клапан», в исследованном диапазоне частот вращения не подтвердилось.

В связи с поставленной целью необходимо выполнить сравнительный анализ аэродинамической эффективности отдельных элементов газовоздушного тракта 2-тактного двигателя в составе подвесного лодочного мотора (ПЛМ), использовав для этих целей разработанную методику обработки результатов статической продувки воздухом.

Сопоставляя расходные характеристики отдельных элементов, составляющих газовоздушный тракт двигателя, можно дать количественную оценку их газодинамического сопротивления при различных режимах течения воздуха (рисунок 10).

Самое высокое сопротивление у системы впуска, а выпускные окна имеют наименьшие потери. В среднем по расходу воздуха сопротивление выпускных окон в 4 раза меньше чем у продувочных и в 6 раз меньше системы впуска в целом. Основным лимитирующим звеном системы впуска является обратный пластинчатый клапан (ОПК), на долю которого приходится 70% от общих потерь системы. Основная причина повышенного давления в дейдвуде при работе двигателя на высоких частотах вращения - недостаточная площадь проходного сечения канала, выполненного в корпусе редуктора гребного винта. Аэродинамические потери на этом участке практически сопоставимы с потерями в системе впуска.

В пятом разделе представлены результаты экспериментального исследования выпускного канала с клапаном методом высоконапорной статической продувки его воздухом и «горячим газом».

Проведение сравнительной статической продувки выпускного канала с клапаном воздухом и «горячим» газом (в дальнейшем газом) вызвано, прежде всего, необходимостью выяснения влияния основных факторов (отношения давлений, внутреннего и внешнего теплообмена в потоке) на его расходную характеристику, а также на показатели, коэффициенты и параметры, характеризующие поток, такие, как показатель политропы и, коэффициенты расхода ¡л , газодинамических потерь £ и изменение энтропии Д5.

С этой целью был проведен эксперимент по продувке выпускного канала с клапаном модельной головки двигателя размерностью Ч 12/12 со штатным выпускным коллектором. Сравнительная статическая продувка осуществлялась на сходственных режимах воздухом и газом при абсолют-

ных давлениях в цилиндре р* =0,12 + 0,24 МПа и температуре газа от Т\ =308 К до Т'х =91ЪК. В период продувки газом головка охлаждалась водой.

К п

1,4 13 1,2 1,1

Ji

-Y— к

41

0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 Ру

Рисунок 11а - Изменение показателей к и и от отношения давлений

та 20

10 17

0,6

0,5 0,4

IF*"1

t— /

-o-o ■o-e

V

if

§

i У \ VT

400 600 S00 Тх ,К

Рисунок 116 - Изменение са от температуры входа

Ma f-h 0,25

0,2

0,1 S

0,1

Ss

ч v

N 4 ■

•

«s, ^ 4

0,4 0,5 0,6 0,7 0, S Р:/

Рисунок 12 - Изменение энтропии ASn, ASa, от температуры входа потока

Рисунок 13 - Изменение действительных коэффициентов расхода ца и цп от отношения давлений

Проведённые расчёты показывают, что показатель политропного процесса расширения газа в потоке изменяется в широком диапазоне и = 4,0-5-1,1, что свидетельствует о наличии внешнего отвода теплоты и внутреннего её притока в газ за счёт преобразования газодинамических потерь (рисунок 11а). Коэффициенты газодинамических потерь В, не зависят от температурного режима продувки при hm = const, а зависят только от отношения давлений (рисунок 116).

Изменение энтропии AS в потоке, движущемся по охлаждаемому выпускному каналу, будет зависеть от интенсивности внешнего теплоот-

вода и с увеличением температуры продувки Тх будет снижаться (рисунок 12) из-за возрастающего теплообмена, причём, изменение энтропии в политропном потоке Добудет происходить как в положительной,

так и в отрицательной зоне.

Одним из результатов проделанной работы по продувке выпускного канала с клапаном явилось определение коэффициентов расхода при политропном цп и адиабатном ¡ла процессах расширения газа в потоке, которые в значительной степени, как оказалось, зависят от отношения давлений р2/р\к с уменьшением его увеличиваются (рисунок 13). Причём ¡ла > ¡Лп, и эта разница достигает 25 30%, что говорит о влиянии внешнего теплообмена на поток.

В шестом разделе представлены результаты оценки эффективности мероприятий по совершенствованию и отработке расходных характеристик основных элементов газовоздушных трактов поршневых ДВС.

Значительное внимание в работе уделено исследованию влияния формы и конфигурации впускных и выпускных каналов на их расходные характеристики.

В последнее время исследователи всё чаще и чаще обращаются к различным методам ускоренной обработки впускных и выпускных каналов с клапанами ввиду того, что применение их позволяет достаточно быстро и со значительно меньшими затратами выполнить отработку каналов на моделях. Поэтому признано целесообразным использовать для отработки основных элементов систем газообмена поршневых ДВС гипсовые модели.

Полученные сведения по влиянию отдельных элементов проточной части каналов на расходные характеристики позволили организовать ускоренную отработку и получение парафино-стеариновых слепков усовершенствованных впускных и выпускных каналов, по которым изготовлены армированные гипсовые стержневые ящики, песчаные стержни, собраны формы, а затем произведена их заливка. Таким образом, были отлиты и обработаны четыре блочных головки двигателей 64 15/18 с усовершенствованными каналами впуска и выпуска.

Среднее эффективное проходное сечение впускных каналов увеличено на 27%, а выпускных - на 25%.

Поэтому следующим этапом совершенствования расходных характеристик 4-тактного двигателя будет этап подбора фаз газораспределения , с учётом текущего давления во впускном и противодавления в выпускном коллекторах, на моторном стенде.

В седьмом разделе представлены результаты моторных испытаний 4-тактных ДВС с усовершенствованными впускными и выпускными каналами, результаты определения расходных характеристик двигателей на моторных установках с учётом заброса газа во впускную систему, результаты испытаний 2-тактного двигателя с целью определения и исследования расходных характеристик его газовоздушного тракта, а также получения исходных данных для настройки математической модели.

Отлитые, обработанные и собранные головки цилиндров (четыре опытных и одна серийная) проходят сравнительные испытания на нагрузочной установке.

Результаты сравнительных испытаний головок цилиндров двигателя 64 15/18 выявили лучший вариант головки, испытание которой показали, что на номинальном режиме его работы удельный эффективный расход топлива снизился до ge - 5,0 г/кВтч, а на режиме 50% нагрузки до

ge = 10,0 г/кВт ч (рисунок15).

В развитие этой работы было признано целесообразным проведение работы по подбору фаз газораспределения выпускной системы лучшей опытной головки цилиндров двигателя с над дувом 6ЧН 15/18.

Параллельно с работой по подбору фаз газораспределения 4-тактных ДВС проведено расчётное определение расходной характеристики двигателя по воздуху с учётом заброса газа во впускную систему. Для этого использован условный средний коэффициент расхода /Лср, полученный с помощью статической продувки, который рекомендуется выбирать в пределах ц = 0,7 н- 0,8. При этом имеется ввиду, что рср и, соответственно, эффективное проходное сечение pfcp впускных каналов с

клапанами определяются на всём участке открытия клапанов, т.е. тем самым предполагается, что свежий заряд воздуха поступает в цилиндры работающего двигателя с момента открытия до момента закрытия клапанов.

Однако эксперименты показывают, что располагаемое «градус-сечение» впускных клапанов для наполнения цилиндров воздухом полностью не используется из-за наличия обратных забросов во впускную систему отработавших газов в начале открытия клапанов и практически свежего заряда - в конце их закрытия.

Наличие обратных забросов и перетеканий приводит к тому, что весь период открытия впускного клапана можно разбить на три участка (рисунок 16) по углу поворота коленчатого вала:

первый участок (рх - от начала открытия клапана до момента окончания заброса ОГ (точка пересечения рк и рц);

второй участок (р2 - от момента окончания заброса ОГ до начала выброса свежего заряда перед закрытием клапана;

третий участок <ръ - от начала выброса свежего заряда перед закрытием клапана до его закрытия. Поэтому (рп - <рх + (р2 + (р3,

где (рп - период полного открытия впускного клапана в градусах поворота

коленчатого вала. Я Ип

0,25 0,2 0,15

<7„,

'1кол кДж/кг S4

63 42 21

_

8=. ■ —

4 —

<70,л • Мл

й

400 600 800 T¡,K

Рисунок 14 - Изменение коэффициентов расхода //<,, //„ и количества отведенной теплоты qox„ и qKO„ от температуры входа потока

Рисунок 16 - Осциллограммы давлений во впускном коллекторе Рк и в цилиндре Р„

SO 60 70 г0 90 100 Ne. кВт

Рисунок 15 - Сравнительные нагрузочные характеристики дизеля 64 15/18 при и=1500 об/мин:

•-• головка блока серийная;

--головка блока опытная

210 190 14

зс- МгЬ ж у

*— -ь й я. ^ /

Pi ж \

— —í U 5 1_„

0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 о,г Р4,МПа

Рисунок 17 - Изменение углов чистого наполнения (р2 и обратных выбросов (р1 и ц>$ от нагрузки

Решение этой задачи связано с использованием данных, полученных с помощью статической продувки впускного канала с клапаном. Для этого, прежде всего, нужно иметь экспериментально полученную зависимость ¡л/кл = ]{<р), тогда можно получить среднее значение эффективного проходного сечения цилиндра ¡л/ц ср, а также двигателя в целом.

В этом случае Ццср не есть коэффициент расхода системы «канал-

клапан», а скорее всего, есть коэффициент эффективности использования проходного сечения канала с клапаном за период его открытия т.к. он, в

отличие от обычного коэффициента расхода рц, должен быть связан уже

и с режимными факторами, т.е. с частотой вращения, нагрузкой, противодавлением в выпускном коллекторе, сопротивлением на впуске и т.д. Поэтому коэффициент эффективности использования проходного сечения ср будет меньше среднего (за период открытия клапана) коэффициента

расхода ркл ср и в пределе, может быть, равен ему.

Таким образом, для определения эффективного среднего «градус-сечения» (за период открытия клапана) и коэффициента использования

проходного сечения с учётом режимных факторов ¡л[ср , необходимо, прежде всего, иметь диаграммы изменения низких давлений в цилиндре рц и во впускном коллекторе рк, затем определить точки их пересечения, а после этого найти эффективное среднее проходное сечение р/цср и далее

определить коэффициент его использования /uicp за период открытия впускного клапана.

На основании вышеупомянутых предпосылок были проведены моторные испытания двигателя 6ЧН 15/18 с целью определения реальных фаз наполнения с учётом заброса газа во впускную систему.

Моторные испытания проводились по нагрузочным характеристикам двигателя 6ЧН 15/18 при «=1000мин1 и «=1800мин', в процессе испытаний снимались индикаторные диаграммы насосных ходов и колебания давления в коллекторах впуска и выпуска.

Индикаторные диаграммы и колебания давления в коллекторах были приведены к одному масштабу, а затем определены реальные фазы наполнения и углы (р^ и (р3 (рисунок 17).

На основании определенных реальных фаз наполнения были найдены коэффициенты эффективности использования располагаемого проходного сечения jUlcp и эффективное проходное сечение двигателя pfde ср в

зависимости от нагрузки.

В результате проведенного расчета был определен текущий (по углу

поворота коленчатого вала) расход воздуха Ge и цикловой суммарный его расход Gz.

0,8 0,9 1,0 1,1 1,2 1,3 ¡if^

S—{-

Ш: Ж

I zn,...........

■-г~т~

1

- —

"few

Ifa 1

Tr 800 750 700 Ax,

•M

-J

0,8 0,9 10 1,1 1,2 1,3

Рисунок 18 - Влияние эффективного проходного сечения каналов впуска (а) и выпуска (б) на показатели дизеля 6ЧН 15/18 при п=1500 мин"'^=0,95 МПа

1 1 1 t\(KB

1 i П 4 м. \ l \

¿N

^Г— 1 1

1 1

1 га •Г*-"-0

/ щ

-J ? в*

21NKI JOIKI 4000 5ООО

Рисунок 19 - Внешняя скоростная характеристика двигателя ЗД 7,2/6,0 ПЛМ «Бийск-45»

Рисунок 20 - Расчетное влияние коэффициента расхода системы впуска на показатели двигателя ЗД 7,2/6,0 ПЛМ «Бийск-45», при и=5000 мин"1

Для оценки возможности форсирования 2-тактного двигателя ЗД 7,2/6,0 за счет снижения противодавления на выпуске были сняты внешние характеристики с дейдвудом и реверс-редуктором и без них (рисунок 19).

Условия снятия характеристик: диапазон частот вращения коленчатого вала двигателя и=1 ООО -ь 5600 мин1, полное открытие дроссельных заслонок /г, =100%.

Перед снятием внешних характеристик были сняты регулировочные характеристики по углу опережения зажигания и составу смеси.

Сравнение внешних скоростных характеристик в диапазоне частот и=4900 -н 5600 мин'1 позволяет сделать следующие выводы:

- на номинальном режиме и=5000±100 мин1 снижение противодавления на выпуске приводит к росту мощности и крутящего момента в среднем на 20% и повышению экономичности двигателя на 10%;

- увеличение частоты вращения коленчатого вала до 5600 мин1 позволяет достичь расчетной мощности N6 = 33,0+1,5 кВт, но при снижении экономичности на 8,5%;

- коэффициент наполнения кривошипной камеры в этом диапазоне

частот имеет низкие значения = 0,65 - 0,69, что указывает на высокое

сопротивление обратного пластинчатого клапана (ОПК) и ограничивает форсирование двигателя по частоте вращения.

В восьмом разделе проведено исследование возможности совершенствования расходных характеристик поршневых ДВС на математических моделях.

Для теоретического исследования процессов газообмена в поршневых ДВС были приняты две математические модели, течение рабочего тела в которых через впускные и выпускные каналы принимается одномерным, квазистационарным, адиабатным с учетом газодинамических потерь. В 2-тактных двигателях рабочее тело представляет собой смесь свежего воздуха и продуктов сгорания, относительное содержание которых определяется процессом сгорания, а расчетная модель газообмена в этом случае строится на базе сочетания гипотез о послойном вытеснении продуктов сгорания и полном смешении газа.

Соотношение времени продувки по той или иной гипотезе подбирается таким образом, чтобы расчетный коэффициент продувки соответствовал экспериментально определенному. Принятые модели относительно просты, вполне пригодны для практических расчетов при небольших затратах машинного времени, они позволяют считать процессы газообмена в дизелях с перекрытием и без перекрытия клапанов, определять работу насосных потерь, оценивать эффективность совершенствования впускных и выпускных систем по эффективному проходному сечению каналов, выбирать фазы газораспределения и ряд других вопросов, а для 2-такных ДВС учитывать значительное влияние геометрии и газодинамического сопротивления органов газообмена на протекание процессов в двигателе; тесную взаимосвязь между процессами в цилиндре и смежных с ним объемов; большую вероятность обратных течений смеси и газа через продувочные и выпускные окна; смещение продуктов сгорания со свежей смесью.

Как и все модели, они обладают рядом допущений, направленных на упрощение алгоритма, в связи с чем сходимость с экспериментом во

многом определяется корректным заданием граничных условий (настройка модели). Начальные условия задаются из анализа предварительных моторных испытаний по одному из режимов. В первую очередь, для расчета необходимо задание газодинамических характеристик системы газообмена, которые в данной модели задаются в виде массива эффективных проходных сечений ¡л/ или коэффициентов расхода /Л по углу поворота коленчатого вала. Для их определения были проведены специальные исследования на стендах для статической продувки.

Для оценки возможностей совершенствования системы газообмена при определении основных направлений по улучшению показателей дизелей проведены расчетные исследования влияния изменения эффективных проходных сечений JUf каналов впуска и выпуска одновременно на показатели дизеля 6ЧН15/18 (фазы газораспределения при этом оставались неизменными). Кроме этого принято, что увеличение ¡л/ происходит пропорционально на всех подъемах клапанов, начальное значение принятого /л/ получено с помощью статической продувки. Расчет производился для режима с постоянной цикловой подачей топлива соответствующей Pj= 0,95 МПа на номинальной частоте вращения п=1500 мин '.

На графике (рисунок 18) отражено влияние эффективных проходных сечений каналов впуска и выпуска на показатели дизеля 6ЧН 15/18 при п=\500 мин' и Pi =0,95 МПа, где qi - удельный индикаторный расход

топлива; q™ - удельный индикаторный расход топлива с учетом насосных потерь; - цикловое наполнение цилиндров воздухом; ql,

q"p - цикловой расход воздуха, забрасываемого во впускной коллектор и расходуемого на продувку, выраженные в процентах; а - коэффициент избытка воздуха; Тт - температура отработавших газов перед турбиной; Р/а — давление насосных потерь.

При одновременном изменении эффективных проходных сечений ¡л/, каналов впуска и выпуска получены следующие результаты: расход воздуха и, следовательно, а в исследуемом диапазоне ¡л/ увеличиваются, однако заметного изменения qi не происходит, это связано с тем, что общий уровень а достаточно высок (а =1,93-г 1,98), и прирост Aqi компенсируется потерями в индикаторном процессе в период предварения выпуска; изменение экономичности зависит в основном от изменения

АРш, которое может быть представлено степенной зависимостью от изменения ¡л/.

Из приведенного краткого анализа следует, что увеличение flf каналов двигателя 6ЧН 15/18 на 20% следует признать целесообразным.

Для уменьшения потерь на выпуске, которые в большей мере определяют уровень Рш, особенно при низком значении juf необходима оптимизация фазы предварения выпуска. Что касается фаз впуска, то их оптимизацией можно достичь улучшения наполнения цилиндров.

Расчетные исследования с помощью математической модели проведены с целью оценки влияния параметров и расходных характеристик органов газообмена на индикаторные показатели 2-тактного двигателя ЗД 7,2/6,0. В исходных данных использовались параметры, определенные экспериментальным путем. Расчет проводился для номинальной частоты вращения «=5000 мин'1. При моделировании варьировался один из параметров в предположении, что все остальные остаются неизменными.

В результате математического моделирования проведена оценка влияния на индикаторные показатели 2-тактного двигателя ЗД 7,2/6,0 следующих его параметров и систем: продувочных и выпускных окон, а также системы впуска и противодавления на выпуске.

В качестве примера можно привести график (рисунок 20) расчетного влияния коэффициента расхода Цвп системы впуска на показатели двигателя ЗД 7,2/6,0 при «=5000 мин'1, где Л^. - индикаторная мощность двигателя; - удельный индикаторный расход топлива; TJvlf - коэффициент наполнения цилиндра; 77,. - индикаторный к.п.д. двигателя; <рпр - коэффициент продувки; уг - коэффициент остаточных газов; Кносл - коэффициент послойного вытеснения продуктов сгорания.

Оценка влияния системы впуска на индикаторные показатели двигателя проводилась путем изменения ее коэффициента расхода

Цвп= 0,31,0, что соответствует изменению эффективного проходного сечения /1/^=0,34+11,33 см2. Противодавление на выпуске оставалось постоянным Рг = 110 кПа. Первоначально коэффициент послойного вытеснения был принят Кносл = 0,32.

Увеличение эффективного проходного сечения системы впуска способствует росту наполнения кривошипной камеры свежим зарядом (рисунок 20). Из графика видно, что при достижении коэффициентом расхода

своего максимального значения fJ.en = 1,0, наполнение кривошипной каме-

ры не превышает Т]ук= 0,91. Основной причиной, сдерживающей рост 7]у к в данном случае, является повышенное давление на впуске. Коэффициент остаточных газов при этом снижается с у г~ 0,23 до уг - 0,14, а наполнение цилиндра возрастает на 16% - - 0,47-г 0,56. С повышением

заряда цилиндра мощность двигателя возрастает на 17%, А^- =28,7 -5-34,6 кВт, но экономичность снижается на 11%. Увеличение удельного расхода топлива qi =404 г/кВт ч связано с ростом прямых потерь смеси при продувке. Повышение среднего давления продувки приводит к возрастанию коэффициента продувки практически на 13% (рпр =1,42 -г- 1,63 и снижению индикаторного к.п.д. двигателя Г^ =0,2 ч- 0,18.

Допуская возможность увеличения продолжительности послойного вытеснения продуктов сгорания с ростом наполнения кривошипной камеры, был проведен расчет при Кпосл =0,48. Результаты моделирования указывают на значительное влияние продолжительности послойного вытеснения на индикаторные показатели. С увеличением Кпосл происходит как изменение абсолютных значений показателей двигателя, так и характера их зависимости от цвп. При изменении Кпосд =0,32-^0,48 удельный индикаторный расход топлива снизился в среднем на 20%, а динамика роста при ¡леп =0,3 ч-1,0 составила 2,6% (рисунок 20). В целом одновременное увеличение эффективного проходного сечения системы впуска до /леп = 11,33 см2 и продолжительности послойного вытеснения до Кносл = 0,48 позволяет: на 28% повысить наполнение цилиндра и увеличить мощность до N¡=41 кВт, снизить прямые потери топлива при продувке на 13% и

повысить к.п.д. цикла на 3%.

Анализ влияния расходных характеристик органов газообмена на индикаторные показатели двигателя ЗД 7,2/6,0 позволяет сказать, что наиболее значительное влияние на индикаторные показатели оказывает система впуска при продолжительности послойного вытеснения Кносл= 0,32,

которая позволяет повысить коэффициент наполнения и увеличить индикаторную мощность. Вместе с тем, это приводит к росту потерь свежего заряда и повышению удельного расхода топлива. Увеличение продолжительности послойного вытеснения продуктов сгорания до Кносд =0,48 позволяет значительно повысить качество процесса газообмена.

Основные результаты и выводы

1. Проведен термогазодинамический анализ адиабатного и полит-ропного процессов расширения рабочего тела в открытой системе без совершения внешней работы, для уточнения физической сущности процесса течения и получения более достоверной информации об изменении параметров состояния в потоке.

2. Получены и обоснованы теоретические зависимости изменения энтропии Д5, коэффициентов газодинамических потерь £ и расхода /и , а также критического отношения давлений от параметров рабочего тела, аэродинамических потерь и внешнего теплообмена.

3. Разработаны методики обработки результатов статической продувки проточных элементов газовоздушных трактов поршневых ДВС, позволяющие получить данные для сравнительного анализа аэродинамической эффективности отдельных элементов систем газообмена.

4. Предложен способ косвенного определения коэффициентов расхода системы продувки 2-тактного двигателя, использующий свойства аддитивности энтропии и позволяющий исключить непосредственное измерение давления в выходном сечении продувочных окон.

5. Установлено по результатам высоконапорной статической продувки воздухом выпускного канала с клапаном, что критическое отношение давлений в выходном сечении потока зависит от газодинамических сопротивлений, находящихся в канале, по которому движется поток, и должно определяться с их учетом.

6. Путём статической продувки гипсовых моделей основных элементов системы газообмена получены экспериментальные данные об их

газодинамической эффективности, в результате ц/ср впускных каналов

увеличилось на 27 %, а выпускных - на 25 %.

7. Установлено с помощью расчёта на математических моделях, разработанных для поршневых ДВС, что расходные характеристики основных элементов газовоздушных трактов серьёзно влияют на эффективные показатели двигателя, но в связи с тем, что есть резервы их улучшения до 20% за счёт увеличения ¡л/ впускных и выпускных систем; что имеется целесообразность в увеличении «градус-сечения» дизелей с наддувом, оборудованных 2-клапанными головками, за счёт увеличения фазы выпуска до 70 ч-80° п.к.в. до НМТ; что снижение аэродинамического сопротивления на впуске 2-тактного ДВС в 2 раза, позволит на 20% повысить наполнение кривошипной камеры и на 15% увеличить индикаторную мощность.

8. Показана возможность при использовании гипсовых моделей в процессе отработки впускных и выпускных систем более тщательного профилирования проточных частей на малых и средних подъемах клапа-

нов, что позволит улучшить расходные характеристики двигателей в целом при одновременном снижении насосных потерь на 5 + 6 кПа.

9. Проведена оценка эффективности мероприятий по совершенствованию расходных характеристик систем газообмена 4-тактных ДВС на моторных установках, в результате чего при 100%-ной нагрузке экономичность дизеля улучшилась до Ag<?=5,0 г/кВт-ч, а на 50%-ной нагрузке - до

Age=10,0 г/кВт-ч.

Основные положения работы отражены в следующих публикациях:

а) в изданиях, рекомендованных ВАК:

1. Нечаев, JI. В. Исследование пропускной способности 4-тактного дизеля в период перекрытия клётанов / JI. В. Нечаев, А. А. Балашов, Т. Ф. Стреб-кова, В. П. Пятков // Изв. вузов. Машиностроение. - 1975. - №4. - С. 94-98.

2. Балашов, А. А. Снижение аэродинамических потерь в газовоздушном тракте лодочного мотора - важнейший фактор увеличения мощности и улучшения экологических качеств / А. А. Балашов, В. А. Синицин, Е. А. Герман, А. Г. Кузьмин // Исследование, моделирование и управление в технических системах и природной среде. Ползуновский вестник. - 2003. - №1-2. -С. 38-41.

3. Балашов, А. А. Определение параметров адиабатного процесса расширения газа в потоке / А. А. Балашов, А. Г. Кузьмин, Е. А. Герман, Е. М. Калюжный // Двигатели внутреннего сгорания - современные проблемы, перспективы развития. Ползуновский вестник. - 2006. - №4. - С. 19-22.

4. Балашов, А. А. Расчётно-экспериментальный метод определения коэффициента расхода продувочных окон двухтактного двигателя с кривошип-но-камерной продувкой / А. А. Балашов, Е. А. Герман, А. Г. Кузьмин // Ползуновский вестник. - 2006. - №4. - С. 48-53.

5. Балашов, А. А. Газодинамические потери в адиабатных потоках поршневых двигателей / А. А. Балашов // Ползуновский вестник. - 2007. - №4. -С. 18-23.

6. Балашов, А. А. Газодинамические потери в политропных потоках поршневых двигателей / А. А. Балашов // Ползуновский вестник. - 2007. - №4. - С. 24-28.

7. Балашов, А. А. Изменение энтропии и газодинамических потерь в элементах системы газообмена поршневых ДВС / А. А. Балашов, И. А. Карпов, Р. А. Вебер // Научные проблемы транспорта Сибири и Дальнего Востока. Научный журнал. - 2008. - №1. - С. 202-204.

8. Балашов, A.A. Определение показателей изменения параметров газа в проточных каналах поршневых ДВС / А. А. Балашов, Р. А. Вебер, И. А. Карпов // Ползуновский вестник. - 2008. - №4. - С. 57-62.

9. Балашов, А. А. Характер изменения энтропии и коэффициентов расхода в каналах газовоздушных трактов поршневых ДВС / А. А. Балашов, Р. А. Вебер, И. А. Карпов // Ползуновский вестник. - 2008. - №4. - С. 63-68.

б) авторские свидетельства:

10. A.c. №1145167 СССР. Голова цилиндров двигателя внутреннего сгорания / Г. В. Пыжанкин, А. А. Балашов, JI. В. Нечаев, М. В. Бояркин, А. М. Глушенко, Б.В. Сопов (СССР). - Заявл. 19.07.82; Опубл. 15.03.85, Бюл. №10-ЗС.

11. A.c. №1643753 СССР. Выпускная система двигателя внутреннего сгорания / Г. В. Пыжанкин, А. А. Балашов, В. П. Пятков, В. Т. Толстов (СССР). - №4650838/06; Заявл. 15.02.89; Опубл. 23.04.91, Бюл. №15-3 с.

в) в сборниках научных трудов, материалах международных конференций и других изданиях:

12. Балашов, А. А. Расчетное определение проходного сечения клапанов 4-тактных дизелей в период продувки / А. А. Балашов, JI. В. Нечаев // Исследование рабочих процессов двигателей внутреннего сгорания: сб. статей. -Ангарск, 1972. - С. 53-56.

13. Балашов, А. А. К вопросу о методике исследования гидравлических (расходных) характеристик четырехтактного турбопоршневого двигателя / А. А. Балашов, JI. В. Нечаев // Исследование и совершенствование рабочего процесса, систем турбонаддува дизелей: тр. Алт. политехи, ин-та. — Барнаул, 1972.-Вып. 22.-С. 142-145.

14. Балашов, А. А. Экспериментальное определение коэффициента расхода впускных клапанов дизелей АМЗ / П. Ф. Ефремов, JI. В. Нечаев, А. А. Балашов, JI. В. Еременко // Исследования и совершенствование рабочего процесса, систем турбонаддува дизелей: тр. Алт. политехи, ин-та. - Барнаул, 1972. -Вып. 22. - С. 149-155.

15. Балашов, А. А. Результаты статической и динамической продувки головки дизеля ЗД6 / А. А. Балашов, Л. В. Нечаев // Судовые силовые установки и механизмы: тр. НИИВТа. - Новосибирск, 1973. - Вып. 84. - С. 62-66.

16. Балашов, А. А. Графоаналитическое определение эффективности использования «время-сечения» впускных клапанов турбопоршневого двигателя с учетом продолжительности обратных выбросов / А. А. Балашов, Л. В. Нечаев// Исследование рабочего процесса, динамики и систем наддува транспортных дизелей: тр. Алт. политехи, ин-та. - Барнаул, 1975. - Вып. 47. -С. 68-75.

17. Балашов, А. А. К методике расчета коэффициентов расхода выпускных систем 4-тактных дизелей по результатам статической продувки «холодным» и «горячим» газом / Г. М. Савельев, А. А. Балашов, М. П. Лоцманов II Исследование и совершенствование быстроходных дизелей: межвузовский сб. - Барнаул, 1978. - Вып. 1. - С. 132-146.

18. Балашов, А. А. Уточненная методика статической продувки воздухом выпускных каналов дизелей / А. А. Балашов, А. Г. Кузьмин, Г. М. Савельев // Актуальные проблемы двигателестроения: тезисы Всесоюзной науч. конф. - Владимир, 1987. - С. 185-188.

19. Балашов, А. А. Методика разделения энергетических потерь в системах газообмена ДВС /А. А. Балашов, А. Г. Кузьмин // Совершенствование мощностных, экономических и экологических показателей ДВС: тезисы Всесоюзного научно-практ. семинара. - Владимир, 1989. - С. 46-48.

20. Балашов, А. А. Возможность совершенствования показателей рабочего процесса двухтактного карбюраторного двигателя стабилизацией процесса сгорания / А. А. Балашов, Д. Д. Матиевский, А. Г. Кузьмин // Тезисы Всесоюзного науч.-практ. семинара. - Владимир, 1989. - С. 16-18.

21. Балашов, А. А. Методика разделения газодинамических потерь в выпускных каналах двигателей / А. А. Балашов, А. Г. Кузьмин // Тезисы постоянно действующего семинара. - Барнаул, 1990. - С. 39-40.

22. Балашов, А. А. Анализ направлений повышения мощностных и экономических показателей двухтактного карбюраторного двигателя /А. А. Балашов, А. Г. Кузьмин, В. А. Синицин // Тезисы докладов Международной науч.-практ. конф. - Барнаул, 1993. - С. 55-56.

23. Балашов, А. А. Методика расчета процесса газообмена двухтактного карбюраторного двигателя / Е. А. Герман, А. А. Балашов // Совершенствование мощностных, экономических и экологических показателей ДВС: тезисы докладов. - Владимир, 1995. - С. 42-43.

24. Балашов, А. А. Проблемы и результаты модификации конструкции малоразмерных ДК ДВС для средств малой механизации / В. А. Синицин,

A. А. Балашов, А. Г. Кузьмин, Е. А. Герман // Математическое моделирование и исследование процессов ДВС: уч. пособие. - Барнаул: Изд-во АлтГТУ, 1997. - Юс.

25. Балашов, А. А. Статическая продувка газовоздушного тракта двухтактного лодочного мотора «Бийск-45» / А. А. Балашов, Е. А. Герман,

B. А. Синицин, А. Г. Кузьмин // Фундаментальные и прикладные проблемы совершенствования поршневых двигателей: материалы IX Международной науч.-практ. конф. - Владимир, 2003. - С. 48-53.

26. Балашов, А. А. Газодинамические потери во впускных и выпускных каналах ДВС / А. А. Балашов // III семинар вузов Сибири и Дальнего Востока по теплофизике и теплоэнергетике: тезисы докладов. - Барнаул-Новосибирск: изд-во ИТ СО РАН, 2003. - С. 25-26.

27. Балашов, А. А. Статическая продувка газовоздушного тракта двухтактного лодочного двигателя «Бийск-45» / Е. А. Герман, А. А. Балашов, А. Г. Кузьмин // III семинар вузов Сибири и дальнего востока по теплофизике и теплоэнергетике: тезисы докладов. - Барнаул-Новосибирск: Изд-во ИТ СО РАН, 2003.-С. 16-17.

28. Балашов, А. А. Методика обработки результатов статической продувки каналов двигателя /А. А. Балашов, Е. А. Герман // Повышение экологической безопасности автотракторной техники: сб. статей под ред. д.т.н., про-

фессора, академика PAT А. А. Новоселова; Российская академия транспорта, АлтГТУ им. И. И. Ползунова. - Барнаул: Изд-во АлтГТУ, 2004. - С. 62-67.

29. Балашов, А. А. Стендовые испытания подвесного лодочного мотора «Бийск-45» / Е. А. Герман, А. В. Шашев, А. А. Балашов, А. Г. Кузьмин // Повышение экологической безопасности автотранспортной техники: сб. статей PAT. - Барнаул, 2005. - С. 70-84.

30. Балашов, А. А. Расчетно-экспериментальный метод определения коэффициента расхода продувочных окон двухтактного двигателя с кривошип-но-камерной продувкой / Е. А. Герман, А. А. Балашов, А. Г. Кузьмин // Ползу-новский альманах. - 2005. - №4. - С. 157-162.

31. Балашов, А. А. Статическая продувка выпускной системы ДВС / А. А. Балашов, Е. А. Герман, А. Г. Кузьмин, Е. М. Калюжный // Актуальные проблемы теории и практики современного двигателестроения: тр. Международной науч.-практ. конф. - Челябинск, 2006. - С. 35-39.

32. Балашов, А. А. Направления повышения топливной экономичности и эффективности использования теплоты поршневых ДВС, работающих в составе энергетических установок / А. А. Балашов, И. А. Карпов, Е. А. Герман // Материалы Всероссийской научно-практической конференции с международным участием / Под ред. Д. Д. Матиевского, П. К. Сеначина; Алт. гос. техн. ун-т им. И. И. Ползунова. - Барнаул, 2007. - С. 66-67.

33. Балашов, А. А. Политропное течение газа с газодинамическими потерями и внешним теплообменом по выпускным каналам ДВС / А. А. Балашов // Материалы Всероссийской научно-практической конференции с международным участием / под ред. Д. Д. Матиевского, П. К. Сеначина; Алт. гос. техн. ун-т им. И. И. Ползунова. - Барнаул, 2007. - С. 90-92.

34. Балашов, А. А. Адиабатное течение газа с газодинамическими потерями в проточных каналах ДВС / А. А. Балашов // Материалы Всероссийской научно-практической конференции с международным участием / Под ред. Д. Д. Матиевского, П. К. Сеначина; Алт. гос. техн. ун-т им. И. И. Ползунова. -Барнаул, 2007.-С. 92-96.

35. Балашов, А. А. Адиабатное течение с потерями по каналам поршневых ДВС / А. А. Балашов, И. А. Карпов, Р. А. Вебер // Фундаментальные прикладные проблемы совершенствования поршневых двигателей: материалы XI Междунар. науч.-практ. конф. / Владим. гос. ун-т. - Владимир, 2008. -С. 146-150.

36. Балашов, А. А. Определение газодинамических потерь и изменение энтропии в трактах газообмена поршневых ДВС / А. А. Балашов, И. А. Карпов, Р. А. Вебер // Фундаментальные прикладные проблемы совершенствования поршневых двигателей: материалы XI Междунар. науч.-практ, конф. / Владим. гос. ун-т. - Владимир, 2008. - С. 150-155.

Подписано в печать 20.10.08 г. Формат 60x84 1/16.

Печать - цифровая. Усл.п.л. 2,09.

Тираж 110 экз. Заказ 2008 - 62

Отпечатано в типографии АлтГТУ 656038, г. Барнаул, пр-т Ленина, 46 тел.:(8-3852) 36-84-61

Принятые обозначения и сокращения.

Введение.

1 Состояние вопросов определения, совершенствования и исследования расходных характеристик проточных элементов систем газообмена поршневых ДВС.

1.1 Анализ факторов, влияющих на расходные характеристики основных элементов системы газообмена 4-тактных ДВС.

1.2 Анализ факторов, влияющих на расходные характеристики и конструктивные решения, направленные на совершенствование систем впуска, продувки и выпуска 2-тактных поршневых ДВС

1.3 Методы определения и исследования расходных характеристик основных элементов систем газообмена поршневых ДВС.

1.4 Состояние вопроса и задачи исследования расходных характеристик поршневых ДВС.

2 Определение расходных характеристик основных элементов систем газообмена поршневых ДВС.

2.1 Задачи термодинамики открытых систем.

2.2 Термогазодинамический анализ изоэнтропного процесса расширения рабочего тела в открытой системе.

2.3 Термогазодинамический анализ адиабатного процесса расширения рабочего тела в открытой системе без совершения внешней работы.

2.4 Термогазодинамический анализ политропного процесса расширения отработавшего газа в выпускных каналах поршневых

2.5 Определение расходных характеристик основных элементов газовоздушных трактов поршневых ДВС.

3 Экспериментальные установки для исследования и совершенствования поршневых ДВС.

3.1 Экспериментальные установки для низконапорной статической продувки воздухом впускных и выпускных каналов 4-тактных ПДВС.

3.2 Экспериментальные установки для низконапорной статической продувки воздухом впускной, продувочной и выпускной систем 2-тактных ПДВС.

3.2.1 Общее устройство и компоновка узлов и агрегатов установки для низконапорной продувки воздухом основных элементов газовоздушного тракта 2-тактного ПДВС.

3.3 Экспериментальная установка для низконапорной динамической продувки воздухом системы газообмена 4-тактного

ПДВС.

3.4 Экспериментальные установки для высоконапорной статической продувки воздухом и газом выпускного канала с клапаном 4-тактного ПДВС.

3.5 Экспериментальные установки с 4-тактными двигателями

64 15/18 и 6ЧН 15/18.

3.6 Экспериментальная установка с 2-тактным двигателем ЗД 7,2/6,0 подвесного лодочного мотора «Бийск45».

4 Определение и исследование влияния газодинамических потерь в потоке на расходные характеристики основных элементов систем газообмена поршневых ДВС методом статической и динамической продувки воздухом.

4.1 Определение влияния газодинамических потерь в потоке на расходные характеристики впускных и выпускных каналов с клапанами 4-тактных поршневых ДВС с помощью низконапорной и высоконапорной продувки воздухом.

4.2 Определение расходных характеристик впускной системы 4-тактного поршневого двигателя с помощью низконапорной динамической продувки воздухом.

4.3 Определение и исследование влияния газодинамических потерь в потоке на расходные характеристики впускных, продувочных и выпускных систем 2-тактных поршневых ПДВС с помощью низконапорной продувки воздухом.

5 Определение и исследование влияния газодинамических потерь и внешнего теплообмена в потоке на расходные характеристики выпускного канала с клапаном 4-тактного ПДВС методом статической продувки «горячим газом».

5.1 Определение влияния газодинамических потерь и внешнего теплообмена в потоке на расходные характеристики выпускного канала с клапаном 4-тактного ПДВС от отношения давлений.

5.2 Определение влияния газодинамических потерь и внешнего теплообмена на расходные характеристики выпускного канала с клапаном 4-тактного ПДВС от температуры газа на входе потока

6 Оценка эффективности мероприятий по совершенствованию и отработке расходных характеристик газовоздушных трактов поршневых две.

6.1 Этапы совершенствования и отработки газодинамической эффективности впускных и выпускных каналов в поршневых

6.2 Отработка и доводка геометрических характеристик впускных и выпускных каналов с клапанами поршневых ДВС на натурных образцах и гипсовых моделях.

7 Оценка эффективности мероприятий по совершенствованию расходных характеристик газовоздушных трактов поршневых ДВС на моторных установках.

7.1 Результаты моторных испытаний 4-тактных ДВС с усовершенствованными впускными и выпускными каналами газовоздушного тракта.

7.2 Результаты определения расходных характеристик газовоздушных трактов 4-тактных ДВС на моторных установках с учетом заброса газа во впускную систему.

7.3 Результаты моторных испытаний 2-тактного ДВС с целью определения расходных характеристик его газовоздушного тракта и получения исходных данных для настройки математической модели

8 Исследование возможности совершенствования расходных характеристик поршневых ДВС на математических моделях.

8.1 Исследование возможности совершенствования расходных характеристик 4-тактных поршневых ДВС на математической модели

8.2 Исследование возможности совершенствования расходных характеристик 2-тактных поршневых ДВС с помощью математической модели.

8.2.1 Общие положения и допущения, принятые в математической модели.

8.2.2 Результаты расчетной оценки влияния расходных характеристик систем впуска, «продувки-наполнения», выпуска и противодавления ОГ на индикаторные показатели 2-тактного двигателя ЗД 7,2/6,0 в составе ПЛМ.

Анализируя перспективы развития двигателестроения в России и за рубежом, можно сказать, что одним из основных направлений в этой области является увеличение удельных мощностных показателей, топливной экономичности и долговечности. Эти вопросы наиболее остро встают в связи с ограниченными запасами нефти.

Общая мощность поршневых двигателей внутреннего сгорания (ПДВС), использующихся в народном хозяйстве, примерно в 5 раз больше установленной мощности всех стационарных электростанций, поэтому решающую роль в топливном балансе нашей страны играет их экономичность, возрастает актуальность совершенствования, особенно в направлении снижения расхода топлива [11].

Снижение расхода топлива нефтяного происхождения может быть достигнуто за счет совершенствования рабочего цикла, снижения механических потерь, а также за счет использования альтернативных топлив.

Форсирование двигателей по их литровой мощности и скоростному режиму приводит к увеличению количества газа, проходящего через органы газораспределения, и сокращению времени протекания процессов газообмена и, как правило, более важную роль приобретают газодинамические потери в процессах впуска и выпуска у 4-тактных, а также продувки и выпуска отработавших газов у 2-тактных поршневых ДВС. Все это приводит к известным негативным последствиям - увеличению газодинамических потерь в органах газообмена поршневых ДВС, ухудшению экономичности, достижению предельных границ по теплонапряженности, дымности и токсичности.

Учитывая эти обстоятельства при проведении работ по снижению газодинамических потерь в газовоздушных трактах, можно добиться улучшения их расходных характеристик и технико-экономических показателей двигателей в целом.

Поэтому исследования, проведенные как в нашей стране, так и за рубежом [15, 28, 31, 37, 67, 68, 81, 92, 111, 157, 163, 204, 205] дают полное основание утверждать, что одним из перспективных направлений на пути повышения эффективных показателей двигателей внутреннего сгорания (ДВС) является улучшение расходных характеристик основных элементов системы газообмена, в частности, каналов с клапанами впуска и выпуска для 4-тактных, а также наполнения, продувки и выпуска у 2-тактных ПДВС, так как они являются главным источником газодинамических потерь при наполнении цилиндров свежим зарядом, продувке и выпуске отработавших газов [15, 16, 23,28, 49, 55, 79, 82, 111, 119, 140, 150, 205].

Влияние большого количества факторов на расходные характеристики каналов ПДВС приводит к тому, что эта задача пока не может быть выполнена только с помощью расчетно-теоретических методов, а поэтому экспериментальные исследования, доводка и проверка являются необходимой и неотъемлемой составной частью в период проведения работ по их определению и совершенствованию.

При отработке газодинамической эффективности впускных и выпускных каналов с клапанами у 4-тактных и продувочно-выпускного тракта у 2-тактных ПДВС необходимо учитывать не только величину проходного сечения основных образующих элементов, но и их конфигурацию, профиль, относительное расположение, степень шероховатости и т.д.

В связи с этим в последнее время исследователи все чаще и чаще обращаются к различным методам ускоренной отработки каналов, ввиду того, что их применение позволяет достаточно быстро и со значительно меньшими материальными затратами выполнить эту работу на моделях [113].

Время отработки клапанных систем на моделях из гипса, быстротвердеющих пластмасс или смол, в последние годы практически стало соизмеримо со временем проектирования двигателей, что позволяет заложить в рабочие чертежи уже отработанные профили каналов [27, 45, 56, 68,107, 134, 204,211].

Определение расходных характеристик и оценку газодинамической эффективности реальных каналов и их моделей производят обычно общепринятым методом статической продувки, а обработка его результатов производится по методике, в основу которой положен изоэнтропный процесс расширения рабочего тела, т.е. процесс, не учитывающий реальные физические основы течения, в частности, потери на трение и диссипацию энергии потока [13, 14, 18, 20, 29, 55, 60, 69, 84, 97, 129, 152, 156, 206, 212].

Интенсивное развитие вычислительной техники в предшествующее десятилетие привело к резкому скачку в возможностях применения математического моделирования, с помощью которого можно проводить большое количество численных экспериментов с различными конструктивными решениями для впускных, продувочных и выпускных систем поршневых двигателей с незначительными затратами средств и времени на их проведение.

В случае правильно выбранного метода расчета, который учитывает реальные особенности течения (отрывные явления, трение, внешний теплообмен, вихреобразование), а также обоснованного подхода к выбору граничных условий, можно получить весьма полезную информацию для конструктора и наметить пути совершенствования основных элементов системы газообмена. Причем нужно заметить, что для всех типов двигателей все-таки одним из первостепенных моментов является расчет течения газа через выпускные органы цилиндра [14, 31, 37, 40, 43, 46, 47, 48, 59, 67, 70, 92, 103, 114, 136, 162, 168,212,213].

Поэтому следует сказать, что назрела необходимость в уточнении методики обработки результатов статической продувки с учетом реальных условий движения потока и, прежде всего, для выпускных систем ПДВС, с целью получения более достоверных коэффициентов расхода ц или газодинамического сопротивления £ для дальнейшего использования их как при отработке, так и при численном математическом моделировании процессов течения газа в квазистационарных методах расчета или в качестве одного из элементов задания граничных условий при нестационарных расчетах [37, 43, 46, 114, 126].

В связи с этим для получения зависимостей, которые характеризовали бы потоки рабочего тела по впускному и выпускному газовоздушным трактам, необходимо достаточно подробно рассмотреть следующие термодинамические процессы в открытых системах без совершения внешней работы: это - изоэнтропный (идеально-адиабатный) процесс без внутреннего и внешнего теплообмена, адиабатный процесс - только с внутренним теплообменом и политропный процесс - с внешним и внутренним теплообменом. В ходе анализа более детально рассмотреть вопросы о газодинамических потерях и о влиянии их на внутренний теплообмен, а также проработать вопросы изменения энтропии в потоке, так как энтропия -это единственный параметр состояния, обладающий свойством аддитивности, используя который, можно выделять в системе газообмена характерные участки и определять потери энергии отдельно для каждого из них.

Под действием высоких перепадов давлений в щели выпускного клапана (в начале его открытия) для 4-тактных и в щели выпускного окна для 2-тактных ПДВС, может теоретически возникнуть критическое истечение. Однако, наличие значительных газодинамических потерь и внешнего теплообмена, которые возникают в щелях выпускных клапанов и окон, приведет к тому, что критического истечения при реально существующих перепадах давлений в указанных местах газовых трактов может не произойти [37,40,42, 102, 135, 162].

В плане работ по конструированию, модернизации и доводке систем газообмена можно выделить две основные задачи у безнаддувных двигателей

- это снижение газодинамических потерь в основных элементах впускных и выпускных систем ПДВС, а также уменьшения неравномерности наполнения двигателей по цилиндрам. От качества решения этих задач всецело будут зависеть такие характеристики газообмена ПДВС, как коэффициенты наполнения и остаточных газов, величина затрат мощности на преодоление насосных потерь и другие показатели, ибо для комплексного решения проблем улучшения упомянутых процессов впуска и выпуска могут применяться как экспериментальные, так и расчетные методы, или их сочетание.

Экспериментальные исследования проводятся, как правило, на моделях, макетах или стендах, а проверка выполненных разработок осуществляется на моторных установках, оснащенных соответствующими приборами и оборудованием. По степени решаемых задач применяются различные конструкции как «холодных», так и «горячих» стендов с использованием различных приборов и оборудования, а сложность в выборе методов экспериментальных исследований обусловлена тем, что нет однозначных рекомендаций по применению того или иного метода, т.к. исследователи, как правило, ограничены возможностями материально-технической базы.

В связи со сложностью и быстротечностью протекающих в двигателе процессов, трудностью их регистрации и отсутствием по этим причинам достаточно надежных результатов, актуальность экспериментальных исследований, направленных на совершенствование технико-экономических показателей ПДВС за счет улучшения газодинамического качества систем газообмена, сохраняется.

Интенсивное развитие вычислительной техники за счёт ее быстродействия, привело к резкому увеличению возможностей применения математического моделирования, тем не менее, нет математической модели, которая бы при всестороннем отражении физической сущности явлений в работающем двигателе позволяла существенно облегчить и ускорить процесс конструирования или модернизации элементов впускных и выпускных систем ПДВС. Причина в том, что в математические модели, при задании исходных данных и граничных условий, заложены те или иные допущения, следовательно, для проведения расчета требуется значительный объем статистически - аппромаксимационного экспериментального материала. Как правило, для численного эксперимента, проведенного на математических моделях, требуется экспериментальная проверка на моторном стенде или на физической модели.

Сказанное позволяет констатировать, что как при отработке, так и при математическом моделировании процесса впуска свежего заряда и выпуска отработавших газов в ПДВС желательно использовать более достоверные параметры и коэффициенты, характеризующие газодинамическую эффективность впускных и выпускных каналов с клапанами, а также выпускных и продувочных окон, получить которые можно с помощью общепринятого метода статической продувки при условии создания методики обработки его результатов с учетом физических явлений, происходящих в потоке.

Таким образом, совершенствование систем газообмена ПДВС является одним из основных направлений по улучшению эффективных показателей двигателей. В связи со сложностью термодинамических и газодинамических явлений происходящих в потоке, пока не поддающихся надежному теоретическому анализу и экспериментальному исследованию, требуется подробное и всестороннее их изучение. Исследование нужно производить комплексно, т.е. на моторных стендах с двигателями и на моделях и макетах с применением как экспериментальных, так и численных методов.

Исходя из вышеизложенного, настоящая работа посвящена обоснованию и определению наиболее эффективных путей конструирования, модернизации, исследованию и доводке газовоздушных трактов ПДВС, основываясь на проведенном теоретическом термогазодинамическом анализе поведения рабочего тела в потоке, предварительном исследовании, отработке и доводке проточных частей основных элементов систем газообмена методом статической продувки, а также разработанных на этой основе принципов конструирования и совершенствования проточных элементов впускных, продувочных, выпускных каналов и систем, влияющих на изменение расходных характеристик двигателей в целом.

Цель работы. Научное обоснование, разработка методов исследования и средств улучшения расходных характеристик поршневых ДВС для повышения их мощностных и экономических показателей.

Для достижения поставленной цели предусматривалось решение следующих задач:

- проанализировать влияние конструктивных мероприятий и факторов, влияющих на расходные характеристики основных элементов систем газообмена поршневых ДВС, направленных на улучшение их мощностных и экономических показателей;

- выполнить термогазодинамический анализ течения воздуха и «горячего» газа по проточным каналам поршневых ДВС для получения зависимостей, на базе которых разработать методику обработки данных статической продувки;

- создать стенды для статической продувки основных элементов газовоздушных трактов поршневых ДВС, позволяющих выполнить низконапорную, высоконапорную, «горячую» и динамическую продувки, а также стенды для проведения моторных испытаний с двигателями 64 15/18, 6ЧН 15/18.

- выполнить экспериментальные исследования по выявлению влияния геометрических и газодинамических факторов на расходные характеристики впусных и выпускных каналов с клапанами ПДВС и по определению критического режима течения в выпускном канале с клапаном с помощью высо-кнапорной продувки воздухом;

- осуществить доводку конструкции впускных и выпускных каналов с клапанами с помощью гипсовых моделей, после чего изготовить усовершенствованные экспериментальные головки цилиндров двигателя 64 15/18 в металле и провести их проверку на моторном стенде.

Объектом исследования являются газовоздушные тракты систем газообмена 4-тактных дизелей типа Ч 15/18, Ч 15/15, ЧН 15/18, Ч 13/14, ЧН 13/14 с верхнеклапанными механизмами газораспределения и газовоздушный тракт системы газообмена 2-тактного двигателя (ДК ДВС) с количественным способом изменения мощности и золотниковым механизмом газораспределения типа Д 7,2/6,0.

Предметом исследования явились закономерности изменения расходных характеристик газовоздушных трактов систем газообмена поршневых ДВС и закономерности влияния на расходные характеристики термогазодинамических процессов с газодинамическими потерями и внешним теплообменом.

Методы исследования. Для решения перечисленных задач и достижения поставленной цели в работе нашли применение теоретические методы, базирующиеся на основных положениях классической термодинамики и газодинамики, а также различные экспериментальные методы исследования как хорошо известные, апробированные на практике, так и специально разработанные для решения поставленных задач методы математического моделирования с настройкой модели и привлечением экспериментальных данных, обобщение научной и специальной литературы. Работа носит теоретико-экспериментальный характер.

Обоснованность и достоверность результатов подтверждается применением комплекса современных методов исследования, подбором измерительной аппаратуры, ее систематической поверкой и тарировкой, соблюдением требований соответствующих стандартов и руководящих документов на проведение испытаний. Научные положения и выводы подтверждены результатами, полученными в ходе натурных экспериментов.

Научная новизна и теоретическая значимость работы заключаются в следующих положениях, выносимых автором на защиту:

- путем термогазодинамического анализа адиабатного и политропного процессов расширения рабочего тела показана возможность теоретического обоснования зависимостей для изменения энтропии АЗ, коэффициентов газодинамических потерь £ и расхода /л, а также критического отношения давлений с учетом аэродинамических потерь в канале;

- разработаны методики обработки результатов статической продувки впускных и выпускных каналов воздухом и «горячим газом»;

- предложен способ косвенного определения коэффициента расхода системы продувки двухтактного двигателя с использованием свойства аддитивности энтропии АЗ, позволяющий исключить непосредственное измерение давления в выходном сечении продувочных окон;

- предложен способ разделения энтропии А5 и газодинамических потерь, характеризуемых коэффициентом £ в адиабатном потоке на составляющие от механического ДЯ^, и термического АБаТ, £ат воздействия газодинамических сопротивлений на параметры потока;

- показана возможность более качественного профилирования выпускных и впускных каналов на малых и средних подъемах клапанов в процессе отработки проточных элементов 4-тактных ДВС с помощью гипсовых моделей.

Практическая ценность работы заключается:

- в использовании возможностей разработанных методик обработки результатов статических продувок для анализа и оценки газодинамической эффективности отдельных элементов систем газообмена в процессе их совершенствования и доводки при проведении опытно - конструкторских работ;

- в применении гипсовых моделей, которые позволяют уменьшить объем трудоемких и дорогостоящих работ по созданию основных элементов газовоздушных трактов и сократить время доводки двигателей в целом;

- в использовании армированных гипсовых стержневых ящиков, изготовленных по отработанным профилям впускных и выпускных каналов с помощью гипсовых моделей, при отливке развернутых головок цилиндров;

- в использовании метода статической продувки для экспресс-контроля качества изготовления впускных и выпускных каналов с клапанами в процессе их производства и модернизации;

- показана возможность путем математического моделирования повышения мощностных и экономических показателей 4-тактного двигателя за счет увеличения эффективных проходных сечений системы газообмена и повышения индикаторной мощности 2-тактного двигателя за счет снижения газодинамических потерь продувочно-выпускного тракта;

- в разработке метода разделения и ранжирования газодинамических потерь в продувочно-выпускном тракте 2-тактного ПДВС;

- в отработке профилей каналов с улучшенными газодинамическими характеристиками на гипсовых моделях, защищенные авторским свидетельством СССР № 1145167. По полученным профилям изготовлены армированные гипсовые стержневые ящики, отлита, обработана и собрана опытная партия головок цилиндров, проведены испытания двигателей и разработана рабочая конструкторская документация.

Реализация результатов работы. Результаты исследований приняты ОАО ХК «Барнаултрансмаш» и ОАО «ПО Алтайский моторный завод», а также по 2-тактному двигателю ЗД 7,2/6,0 - ООО КБ «Мотор» г. Бийск. Разработанные методы исследований и расчетов используются в учебном процессе и НИРС кафедры ДВС Алтайского государственного технического университета им. И.И. Ползунова.

Апробация работы. Результаты работы докладывались на следующих конференциях и семинарах:

- научной конференции, посвященной сорокалетию института ЧИМЭСХ, г. Челябинск, 1971г.;

XXXII научно-технической конференции СибАДИ им. В.В.Куйбышева, г. Омск, 1972 г.;

- научно-технической конференции «Исследование рабочих процессов ДВС», Ангарский филиал ИЛИ, г. Ангарск, 1972 г.;

- 66-ом заседании Всесоюзного научно-технического семинара по комбинированным ДВС, МВТУ им. Н.Э.Баумана, г. Москва, 1973 г.;

- научной конференции профессорского-преподавательского состава и научных работников института, АПИ им. И.И.Ползунова, г. Барнаул, 1975 г.;

Всесоюзных межотраслевых научно-технических семинарах «Тепловыделение, теплообмен и теплонапряженность ДВС, работа на неустановившихся режимах», ЛПИ им. М.И.Калинина, г. Ленинград, 1980, 1982 гг.;

- Всесоюзном семинаре «Современные проблемы газодинамики и теплообмена в энергетических установках», г. Москва, 1983 г.;

- отраслевом семинаре «Проблемы форсирования и надежности тракторных и комбайновых двигателей», г. Владимир, 1985 г.;

- Всесоюзном научно-техническом семинаре по ДВС, МВТУ им. Н.Э.Баумана, г. Москва, 1987 г.;

Всесоюзной научно-технической конференции «Актуальные проблемы двигателестроения», г. Владимир, 1987г.;

- Всесоюзном семинаре «Диагностика, повышение эффективности, экономичности и долговечности двигателей», г. Пушкин, 1989 г.;

- Всесоюзной конференции «Совершенствование мощностных, экономических и экологических показателей ДВС» г. Владимир, 1989 г.;

- научно-практическом семинаре «Совершенствование мощностных, экономических и экологических показателей ДВС», г. Владимир;

- международной научно-технической конференции «Совершенствование быстроходных ДВС», АлтГТУ, г. Барнаул, 1993, 1999 гг.;

- международной конференции «Совершенствование автомобилей, тракторов и агрегатов», АлтГТУ, г. Барнаул, 2000 г.;

- международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы теории и практики современного двигателестроения», ЮУрГУ, г.Челябинск, 2003, 2006 гг.;

- Всероссийской научно-практической конференции «Проблемы энергоснабжения и энергобезопасности в Сибири», АлтГТУ, г. Барнаул, 2003г.;

- III семинаре ВУЗов Сибири и Дальнего Востока по теплофизике и теплоэнергетике, АлтГТУ, г. Барнаул, 2003 г.;

- международной научно-технической конференции «Современные технологи-ческие системы в машиностроении», АлтГТУ, г. Барнаул, 2003 г.;

- Всероссийской научно-практической конференции с международным участием «Двигатели внутреннего сгорания - современные проблемы, перспективы развития», АлтГТУ, г. Барнаул, 2006 г.;

- внутривузовских научно-практических конференциях и семинарах АлтГТУ, г. Барнаул, 1982-2006 гг.

Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 64 печатных работах, в т.ч. 9 статей (в рецензируемых журналах), 15 тезисов докладов, 2 учебных пособия, 2 авторских свидетельства.

Работа выполнена на кафедре ДВС Алтайского государственного технического университета им. И.И. Ползунова.

На защиту выносятся следующие основные положения диссертации:

- результаты теоретического термогазодинамического исследования в виде уточнения физической сущности процесса течения рабочего тела в адиабатном и политропном потоках в открытой системе без совершения внешней работы;

- результаты проведенного теоретического анализа в виде новых полученных и обоснованных зависимостей для изменения энтропии коэффициентов газодинамических потерь £ и расхода ц, а также критического отношения давлений с учетом аэродинамических потерь в канале;

- методика разделения газодинамических потерь и приращения энтропии в адиабатном процессе, на механический и термический способы воздействия аэродинамических сопротивлений на поток;

- методика обработки результатов статической продувки на базе вновь полученных более физически обоснованных зависимостей, характеризующих изменение параметров рабочего тела в потоке;

- способ косвенного определения коэффициента расхода системы продувки 2-тактного двигателя, который позволяет исключить измерение давления в выходном сечении продувочных окон;

- результаты экспериментального исследования критического режима течения, где установлено, что критический режим течения рабочего тела за щелью выпускного клапана зависит не только от его физических свойств, но и от газодинамических потерь в щели;

- результаты обработки данных статической и динамической продувок по более физически обоснованной методике;

- результаты расчетного анализа влияния расходных характеристик основных элементов газовоздушных трактов на мощностные и экономические показатели ПДВС с помощью математических моделей;

- результаты совершенствования и отработки проточных элементов 4-тактных поршневых ДВС с помощью гипсовых моделей и визуализации потока;

- результаты моторных испытаний двигателей размерностью Ч 15/18, Ч 13/14 и Д 7,2/6,0 с целью исследования и определения их расходных, мощностных и экономических показателей до и после модернизации, с учётом подбора фаз газораспределения.

Основные результаты и выводы

1 Проведен термогазодинамический анализ адиабатного и политропного процессов расширения рабочего тела в открытой системе без совершения внешней работы, для уточнения физической сущности процесса течения и получения более достоверной информации об изменении параметров состояния в потоке.

2 Получены и обоснованы теоретические зависимости изменения^ энтропии коэффициентов газодинамических потерь £ и расхода ¡и, а также критического отношения давлений от параметров рабочего тела, аэродинамических потерь и внешнего теплообмена.

3 Разработаны методики обработки результатов статической продувки проточных элементов газовоздушных трактов поршневых ДВС, позволяющие получить данные для сравнительного анализа аэродинамической эффективности отдельных элементов систем газообмена.

4 Предложен способ косвенного определения коэффициентов расхода системы продувки 2-тактного двигателя, использующий свойства аддитивности энтропии и позволяющий исключить непосредственное измерение давления в выходном сечении продувочных окон.

5 Установлено по результатам высоконапорной статической продувки воздухом выпускного канала с клапаном, что критическое отношение давлений в выходном сечении потока зависит от газодинамических сопротивлений, находящихся в канале, по которому движется поток, и должно определяться с их учетом.

6 Путём статической продувки гипсовых моделей основных элементов системы газообмена получены экспериментальные данные об их газодинамической эффективности, в результате ¡4ср впускных каналов увеличилось на

27 %, а выпускных - на 25 %.

7 Установлено с помощью расчёта на математических моделях, разработанных для поршневых ДВС, что расходные характеристики основных элементов газовоздушных трактов серьёзно влияют на эффективные показатели двигателя, но в связи с тем, что есть резервы их улучшения до 20% за счёт увеличения ¡4 впускных и выпускных систем; что имеется целесообразность в увеличении «градус-сечения» дизелей с наддувом, оборудованных 2-клапанными головками, за счёт увеличения фазы выпуска до 70 + 80° п.к.в. до НМТ; что снижение аэродинамического сопротивления на впуске 2-тактного ДВС в 2 раза, позволит на 20% повысить наполнение кривошипной камеры и на 15% увеличить индикаторную мощность.

8 Показана возможность при использовании гипсовых моделей в процессе отработки впускных и выпускных систем более тщательного профилирования проточных частей на малых и средних подъемах клапанов, что позволит улучшить расходные характеристики двигателей в целом при одновременном снижении насосных потерь на 5 6 кПа.

9. Проведена оценка эффективности мероприятий по совершенствованию расходных характеристик систем газообмена 4-тактных ДВС на моторных установках, в результате чего при 100%-ной нагрузке экономичность дизеля улучшилась до Age-5,0 г/кВт-ч, а на 50 %-ной нагрузке - до Аge = 10,0 г/кВт-ч.

1. Абрамович Г.Н. Прикладная газовая динамика /Т.Н. Абрамович. -М.: Наука, 1969.-824 с.

2. Андрющенко А.И. Основы технической термодинамики реальных процессов /А.И. Андрющенко. М: Высшая школа, 1975. - 264 с.

3. Артюхов A.B. Методика расчета двухмерного нестационарного течения газа в выпускной системе ДВС /A.B. Артюхов, В.В. Бравин, Ю.Н.Исаков //Двигателестроение.-1985.-№ 11.- С. 55-57.

4. Асатурян А.Ш. Об электрическом моделировании газодинамических явлений во впускной и выпускной системах двухтактного двигателя /А.Ш. Асагурян, В.Д. Ольяк//Известия вузов. Машиностроение.- 1965.- № 5.- С. 84

5. Астахов В.А. Теплообмен и трение при течении газа в ассиметричном канале на участке после смыкания пограничных слоев / В.А. Астахов, С.Д.Панин, Б.Б. Петрикевич //Известие вузов. Машиностроение 1998-Я°4-6. -с.32-36.

6. Антипов Ю.А. Выбор степени сжатия газового двигателя / Ю.А. Анти-пов, И.А. Барский, A.A. Кирюшин //Известие вузов. Машиностроение. -2005. -№2.-с.30-34.

7. Балабаев А.Н. Моделирование работы вихревой трубы на влажном воздухе / А.Н. Балабаев //Известия вузов. Машиностроение. 2001.-№6.с.12-15

8. Барский И.А. Влияние подводящих патрубков на переходные характеристики теплообменников /И.А. Барский, P.P. Хизяпов //Известия вузов. Машиностроение.-2003 .-№3 .-с. 18-22.

9. Бажан П.И. Расчет и конструирование охладителей дизелей /П.И. Ба-жан.- М: Машиностроение, 1981.- 168 с.

10. Бажан П.И. Справочник по теплообменным аппаратам /П.И. Бажан, Т.Е. Каневец, В.М. Селиверстов.-М.: Машиностроение, 1989.-365 с.

11. Балакин В.И. Повышение экономичности дизелей одно из важнейших направлений совершенствования топливно-энергетического комплекса страны /В.И. Балакин //Двигателестроение.- 1981.-№ 5.- С. 3-4.

12. Бекман В.В. Гоночные мотоциклы /В.В. Бекман. Д.: Машиностроение, 1969. -245 с.

13. Бенедикт Р.П. Течение с потерями /Р.П. Бенедикт, H.A. Карлуччи // Энергетические машины и установки. 1965. - № 1. - С. 44-58. Бенедикт Р.П. Обобщенный подход в газовой динамике одномерных течений /Р.П.

14. Бенедикт, В.Д. Стельц // Энергетические машины и установки. 1962. -№ 1. - С. 65-86.

15. Бондаренко К.Ф. Исследование возможности снижения гидравлических потерь во впускных каналах тракторных двигателей /К.Ф. Бондаренко и др. //Вопросы конструирования и исследования тракторных двигателей. Челябинск, 1973.-Вып.2.-С. 137-143.

16. Брамсон JI.B. Маломощные двухтактные дизели /Л.В. Брамсон, Г.С. Игумнов//- Л.; М: ОНТИ НКТП СССР, 1936.-271 с.

17. Бартош Е.Т. К определению равномерности наполнения многоцилиндровых двигателей /Е.Т. Бартош //Труды ВНИИЖТ.- М, 1961.-Вып. 214.-С. 182187.

18. Бунов В.М. Исследование газодинамики опытного клапана механизма газораспределения /В.М. Бунов //Автомобили, тракторы и двигатели: тр. Челябинского политехи, ин-та.- Челябинск, 1976.-Ввып. 174.-С. 134-138.

19. Боровиков A.B. К вопросу о выборе коэффициента расхода осеради-ального полуоткрытого колеса при проектировании компрессора турбонад-дува ДВС /Л.В. Боровиков, A.M. Симонов //Двигателестроение.- 2004.-32.-с.23-27

20. Бурмистров A.B. Исследование течения в каналах вакуумных насосов и систем /A.B. Бурмистров, С.И. Саликеев, К.Б. Панфилович //Известия вузов. Машиностроение.-2003.-№2.-с.23-27

21. Васильев А.П. Расчет несбалансированного течения и теплоотдачи ламинарного потока в круглой трубе /А.П. Васильев //Известие вузов. Машино-строение.-2003.-№3.с. 20-25

22. Васильев-Южин P.M. Газообмен в четырехтактном дизеле /P.M. Васильев- Южин //Двигателестроение.- 1979.-№ 2.- С. 3-5.

23. Васильев Л.А. Особенности определения коэффициентов расхода органов газораспределения /Л.А. Васильев, В.М. Милютин.- В кн. Вопросы совершенствования работы дизелей при неустановившихся режимах и при высокой форсировке.- Хабаровск, 1978.-С. 92-100.

24. Винокуров Б.Н. Улучшение экономических показателей дизелей ВТЗ путем совершенствования выпускных каналов /Б.Н. Винокуров идр.//Повышение эксплуатационных показателей двигателей и тракторов. -Пермь, 1987,-С. 19-26.

25. Вихерт М.М. Исследование впускных каналов головок цилиндров дизелей с непосредственным смесеобразованием /М.М. Вихерт и др. //Автомобильная промышленность.- 1965.- № 3,- С. 8-12.

26. Вихерт М.М. Оценочные показатели систем впуска быстроходных дизелей /М.М. Вихерт, М.А. Литинский //Автомобильная промышленность. -1975.-№ 9.-С. 8-11.

27. Вихерт М.М. Конструирование впускных систем быстроходных дизелей/М.М. Вихерт, Ю.Г. Грудский.- М.: Машиностроение, 1982.- 151 с.

28. Володин В.М. Отработка впускных каналов на безмоторной установке /В.М. Володину, Б.Н. Давыдков// ЦНИИТЭИтракторсельхоз-маш. ДВС. -1973. -№ 7. -С. 28-32.

29. Вулис Л.А. Термодинамика газовых потоков /Л.А. Вулис- М., Л.: Гос-энергоиздат, 1950.- с.

30. Габдуллин А.Г. Улучшение экономических и экологических показателей двухтактных двигателей путем расслоения свежего заряда в процессе газообмена: дис. канд. техн. наук /А.Г. Габдуллин. -М, 1981.-144 с.

31. Гальговекий В.Р. Исследование выпускных каналов дизелей /В.Р. Галь-говский, И.Ф. Каракулина //Двигатели внутреннего сгорания. Ярославль, 1975.-С. 69-81.

32. Зысин В.А. Техническая термодинамика потока /В.А. Зысин. Л.: изд-во Ленинград, ун-та, 1977.-160с.

33. Гальговекий В.Р. Тепловые потери с отработавшими газами в дизеле с непосредственным впрыском /В.Р. Гальговекий //Двигателестроение.-1984.-№ 2.-с.57-61.

34. Герзон П.С. Математическое моделирование рабочего цикла двухтактного двигателя с двумя сообщающимися цилиндрами /П.С. Герзон; ВНИИ-Мотопром. Серпухов, 1987. - 31 с.

35. Герц E.B. Теория и расчет силовых пневматических устройств /Е.В. Герц, Г.В. Крейнин- М: Академия наук СССР, 1960. 177 с.

36. Глаголев Н.М. Рабочие процессы двигателей внутреннего сгорания /Н.М. Глаголев.- М.: Машгиз, 1965.- 480 с.

37. Гришин Ю.А. Исследование отрывного течения за выпускным клапаном ДВС //Ю.А. Гришин, A.A. Манджгаладзе //Перспективы развития комбинированных ДВС новых схем и топлив: тезисы докл. Всесоюзн конф.- М., 1980.-С.31-32.

38. Гришин Ю.А. Методы расчета разветвленных систем газообмена ДВС /Ю.А. Гришин, A.B. Гусев, М.Г. Круглов //Двигателестроение.- 1981.-№ 1,-С.10-12.

39. Гришин Ю.А. Разработка и проверка граничных условий для численного расчета нестационарных течений в газовоздушных трактах ДВС/Ю.А. Гришин, М.Г. Круглов //Двигателестроение .-1984.-№11.-С.51-53.

40. Гришин Ю.А. Расчет отрывного течения через щель тарельчатого выпускного клапана /Ю.А. Гришин, A.A. Манджгаладзе, A.M. Савенков //Двигателестроение.- 1982.-№3.-с.24-30.

41. Гришин Ю.А. Аналитический расчет истечения через выпускной клапан /Ю.А. Гришин //Межвузовский сб. науч. тр. М.:МГТУ «МАМИ».-Вып. XVII. -2001.-№3-с. 135-139.

42. Гришин Ю.А. Аналитический расчет через выпускное окно //Известия ТулГУ, Сер. Автомобильный транспорт. Вып.9.-Тула. ТулГУ, 2005.-е. 166-172

43. Гришин Ю.А. принципы профилирования выпускных каналов и выпускных патрубков двигателей внутреннего сгорания // Ю.А.Гришин, A.A.

44. Манджгаладзе //Известия вузов.-№9.-1982.-с.95-98.

45. Гришин Ю.А. Снижение газодинамических потерь на выпуске с целью улучшения экономичности дизеля /Ю.А. Гришин, Ю.Л. Маслов, A.M. Савенков //Вестник машиностроения.- 1984.- № 6.- С.47-49.

46. Грудский Ю.Г. Методы оценки совершенства выпускных каналов дизелей /Ю.Г. Грудский, В.И. Шайкин//Труды НАМИ.- М., 1979.-Вып. 176.1. С.130-140.

47. Двухтактные двигатели с регулируемой системой выпуска (обзор)/ М.Г. Акимов и др.; Владимир, политехи, ин-т.- Владимир, 1988. -37 с.

48. Двухтактные карбюраторные двигатели внутреннего сгорания/ В.М. Кондратов и др. М.: Машиностроение, 1990. - 272 с.

49. Дейч М.Е. Техническая газодинамика /М.Е. Дейч. М.: Энергия, 1974.592 с.

50. Добровольский В.В. Методология проектирования оптимальной системы воздухоснабжения ДВС /В.В. Добровольский //Двигателестроение.- 1981 .-№ 6.- С.20-23.

51. Драганов Б.Х. Исследование неустановившегося процесса наполнения двухтактных двигателей //Известия вузов. Машиностроение.-1966.-№9.-С. 9297.

52. Драганов Б.Х. Исследование впускной системы и процесса наполнения четырехтактных дизелей: автореф. дис.докт. техн. наук /Б.Х. Драганов.-Л, 1973.-35 с.

53. Драганов Б.Х. Методика профилирования проточной части впускных каналов двигателей внутреннего сгорания: сб. науч. тр /Б.Х. Драганов; Укр.сельскохоз. академия.- Киев, 1973.- Вып 89.- С.50-57.

54. Драганов Б.Х. Конструирование впускных и выпускных каналов двигателей внутреннего сгорания /Б.Х. Драганов.- Киев: Вища школа, 1987.- 175 с.

55. Дьяченко В.Г. Исследование влияния впускной системы на коэффициент наполнения двигателя /В.Г. Дьяченко, М.Г. Сандомирский //Механизация сельскохозяйственного производства: труды ХИМЭСХ.-Харьков, 1971.-Вып. 17.-С.135-142.

56. Дьяченко В.Г. Исследование равномерности наполнения по цилиндрам двигателя СМД-14 /В.Г. Дьяченко, М.Г. Сандомирский // Механизация сельскохозяйственного производства: труды ХИМЭСХ.-Харьков, 1971 .-Вып. 17.-С.143-148.

57. Егоров Я.А Определение коэффициента расхода выпускных органов двигателя по результатам индицирования /Я.А. Егоров, В.П. Дмитриев // Известия вузов. Машиностроение 1971. - № 8. - С. 72-76.

58. Егоров Я. А. Показатель процесса изменения параметров газа в потоке / Я.А. Егоров //Двигатели внутреннего сгорания.- 1982.- Вып. 35.-С. 43-49.

59. Ерченко Г.Н. Вихревый способ переноса теплоты /Т.Н. Ерченко //Двигателестроение.-2005.-№1 .-с. 12-16.

60. Жуковский B.C. Термодинамика /B.C. Жуковский.-М.: Энергоатомиз-дат, 1983.-304с.

61. Закомолдин И.И. Результаты продувок головок цилиндров тракторного дизеля воздушного охлаждения / И.И. Закомолдин, Д.В. Гаев, А.И. Смирнов //Двигателестроение.-1982.-№ 10.-С.45-47.

62. Зайдель А.Н. Элементарные оценки ошибок измерения /А.Н. Зайдель. -Л.: Наука, 1968. 95 с.

63. Зацерклянный Н.М. Особенности некоторых математических моделейдвижения среды в ДВС /Н.М. Зацерклянный, Д.А. Мундштуков //Двигателестроение.- 1980.- № 8.- С.21-24.

64. Зацерклянный Н.М. Квазистационарный метод расчета параметров рабочего процесса ДВС /Н.М. Зацерклянный, С.Г. Нестеренко; Харьковский ин-т. инж. жел. дор. трансп. - Харьков, 1987. - 40 с.

65. Ивин В.И. Экспериментальное исследование потока в выпускном канале двигателей внутреннего сгорания /В.И. Ивин, Л.А. Васильев, СМ. Возчиков // Известия ВУЗов. 1975. - № 12. - С. 81-85.

66. Ивин В.И. Профилирование впускных каналов дизеля/В.И. Ивин, Л.В. Грехов //Вопросы совершенствования работы дизелей на неустановившихся режимах и при высокой форсировке.- Хабаровск, 1978.-С. 64-72

67. Ивин В.И. Структура потоков в выпускных каналах ДВС /В.И. Ивин, Л.В. Грехов//Двигателестроение. -1981. —№8. — С. 8-10.

68. Ивин В.И. Структура и интегральные характеристики потока в выпускном канале двигателя при стационарных и нестационарных условиях /В.И. Ивин//Двигателестроение.- 1985. -№ 1.-С. 14-17.

69. Ивин В.И. Результаты экспериментального исследования нестационарного течения газа в выпускных каналах ДВС /В.И. Ивин,

70. Л.В. Грехов //Двигателестроение.- 1986.- № 11.- С.57-60.

71. Игумнов Г.С. Маломощные двухтактные двигатели с самовоспламенением топлива от сжатия /Г.С. Игумнов. Л., М.: Машгиз, 1951 .-200 с.

72. ИдельчикИ.Е. Справочник по гидравлическим сопротивлениям И.Е. Идельчик. М.; Л.: Госэнергоиздат, 1960. -464 с.

73. Ильин В.В. Пути уменьшения неравномерности наполнения цилиндров тракторных дизелей /В.В. Ильин //ДВС: Э.И.; ЦНИИТЭИтракторосельмаш.-М, 1978.-№9.-с.6.

74. Иванов Г.И. Повышение пропускной способности впускного канала /Г.И. Иванов, А.И. Меден, Н.И. Орехов, В.И. Сурков //Двигателестроение.-1983.-№1.-с.45-47.

75. Итбаев B.K. Ускоренные испытания компенсаторов систем выпуска транспортных средств /В.К. Итбаев //Проблемы машиностроения и надежности машин.-12996.-ЖЗ .-с.35-39.

76. Испытания двигателей внутреннего сгорания/ Б.С. Стефановский и др. -М: Машиностроение, 1972 367 с.

77. Сукомел A.C. и др. Теплообмен и трение при турбулентном течении газа в коротких каналах /A.C. Сукомел, В.И. Величко, Ю.Г. Абросимов. М.: Энергия, 1979.-216с.

78. Казачков Р.В. Исследование пропускной способности клапанов дизеля Д70 /Р.В. Казачков, E.H. Бесчаров //Двигатели внутреннего сгорания.- Харьков, 1966.- Вып. 2.- С. 53-69.

79. Казачков Р.В. Определение коэффициента расхода впускных и выпускных клапанов быстроходного дизеля Д6 /Р.В. Казачков //Энергомашиностроение.- 1985.- № 2.- С. 23-28.

80. Камкин C.B. Газообмен и наддув судовых дизелей /СВ. Камкин. -JL: Судостроение, 1972. 200 с:

81. Камкин СВ. Об обобщенных решениях задач газовой динамики в проточных частях двигателей внутреннего сгорания /C.B. Камкин //Двигатели внутреннего сгорания.- 1979.- Вып. 29.- С. 85-92.

82. Канэ К. Статистический анализ японских двухтактных бензиновых двигателей /К. Канэ //Найнэн кикан. 1980, 19. - № 8. - С 34-40.

83. Карасев В.А. Двухтактный двигатель с послойным смесеобразованием и сгоранием /В.А. Карасев, Л.И. Соболев, И.В. Шауров //Совершенствование мощностных, экономических и экологических показателей ДВС: тез. докл.-Владимир, 1989.-е.15-16.

84. Камкин C.B. Численный анализ потерь располагаемой энергии газа в выпускных трактах судовых дизелей /C.B. Камкин, Л.М. Вяземская, B.C. По-ловинкин //Двигателестроение.-1982.№4.-с. 10-12.

85. Колобов Б.П. Численная модель впускной системы ДВС /Б.П. Колобов, В.Н. Шелепенко //Прикладная механика и техн. физика.-1998.-№6.-125-131.

86. Киселев Б.А. Исследование рабочего процесса и газообмена двухтактного автомобильного дизеля с петлевой продувкой /Б.А. Киселев. -М: Маш-гиз, 1961.-94 с.

87. Клешня А .Я. Расчеты газообмена в двухтактных судовых дизелях /А .Я. Клешня. Л.: Судостроение, 1978. - 96 с.

88. Кольченко В.И. Исследование потерь на газообмен дизеля А-41 /В.И. Кольченко и др. //Тракторы и сельхозмашины.- 1976.- № 11.-С. 14-16.

89. Коптев К.Н. Гидравлическое совершенствование выпускных каналов в головке цилиндра дизелей ДН 23/30 /К.Н. Коптев и др. //Конструирование и динамика двигателей; НИИНФОРМТЯЖ-МАШ.- 1970.-Вып. 4-70-14.-С. 1418.

90. Королев П.П. Гидравлическое исследование всасывающих систем авиационных моторов /П.П. Королев //Труды ЦАГИ.- 1940.- Вып. 51 Г-С. 3-41.

91. Красовский О.Г. Исследование нестационарных процессов в выпускныхсистемах дизелей методом математического моделирования на ЭЦВМ: авто-реф. дис. канд. техн. наук/О.Г. Красовский. Л., 1969.- 16 с.

92. Круглов М.Г. Обобщенное выражение коэффициента наполнения и подачи ДВС и компрессоров объемного типа /М.Г. Круглов // Вестник машиностроения. 1962. -№ 12. - С. 41-46.

93. Круглов М.Г. Термодинамика и газодинамика двухтактных двигателей внутреннего сгорания (процессы газообмена) /М.Г. Круглов. М: Машгиз, 1963.-272 с.

94. Круглов М.Г. Исследование газообмена, наддува и условий смесеобразования комбинированного двухтактного дизеля большой мощности на модели / М.Г. Круглов, В.И. Ивин //Известия вузов. Машиностроение.- 1966.- № 10.-С. 78-81.

95. Круглов М.Г. Течение- газов через выпускной клапан в надкритический период свободного выпуска /М.Г. Круглов, В.К. Чистяков //Известия вузов. Машиностроение.- 1970.-№П.- С. 83-88.

96. Круглов М.Г. Применение метода газо-гидравлической аналогии для исследования выпуска и выпускных систем комбинированных двигателей внутреннего сгорания /М.Г. Круглов, В.К. Чистяков //Известия вузов. Машиностроение.- 1970.-№ 6.- С. 117-120.

97. Круглов М.Г. Коэффициент расхода выпускных клапанов двигателя при подкритическом режиме истечения /М.Г. Круглов, Я.А. Егоров, И.В. Переездчиков //Известия вузов. Машиностроение.-1971.-№ 2.- С. 95-99.

98. Круглов М.Г. Продолжительность периода надкритического выпуска при импульсном наддуве /М.Г. Круглов, Я.А. Егоров, //Известия вузов. Машиностроение.- 1971.-№ 4.- С. 104-109.

99. Круглов М.Г. О совершенствовании выпускных органов двигателей /М.Г. Круглов, Г.М. Савельев, В.Н. Зайченко //Автомобильная промышленность.- 1974.- № 12.- С. 4-5.

100. Круглов М.Г. Статическая продувка модели двухтактного дизеля С прямоточной схемой газообмена /М.Г. Круглов и др.// Двигатели внутреннего сгорания. Харьков, 1978. -№ 28. - С. 28-31.

101. Круглов М.Г. Метод «распад разрыва» в применении к расчету газовоздушного тракта ДВС /М.Г. Круглов, И.К. Якушев, A.B. Гусев //Двигателестроение.- 1980.- № 8.- С. 19-21.

102. Круглов М.Г. Применение метода стробоскопической визуализации для изучения кинематики газовых потоков в полостях ДВС /М.Г. Круглов,

103. B.И. Ивин, JI.B. Грехов//Двигателестроение.- 1982.-№ JI-C. 58-61.

104. Круглов М.Г. Газовая динамика комбинированных двигателей внутреннего сгорания /М.Г. Круглов, A.A. Меднов. М.: Машиностроение, 1988. - 360 с.

105. Куртесова A.A. К определению оптимальных соотношений проходных сечений выпускных и впускных клапанов 4-тактных дизелей /A.A. Куртесова,

106. C.С. Соколов //Труды ЦНИДИ.- 1973.- Вып. 63.-С. 23-29.

107. Кузьмин А.Г. Анализ топливной экономичности и теплового состояния 2-тактного двигателя 1 Д4,8/5,2 с целью повышения его технико-экономических показателей: дисс. канд. техн. нак / А.Г. Кузьмин.-Барнаул, 1992.-221с.

108. Лазурко A.A. К вопросу о выборе эффективных проходных сечений впускных и выпускных клапанов четырехтактных дизелей /A.A. Лазурко //Совершенствование конструкций тракторов, автомобилей и двигателей.- Челябинск, 1972.- Вып. 54.- С. 44-49.

109. Лазурко A.A. Результаты исследования газовыпускной системы с однотрубным коллектором для многоцилиндровых ДВС /A.A. Лазурко, С.С. Соколов //Двигателестроение.- 1979.- № 3.- С. 25-27.

110. Лазурко A.A. Измерения и моделирование при проектировании газовыпускных систем ДВС /A.A. Лазурко, С.С. Соколов //Двигателестроение.-1985.-№ 1.- С. 23-28.

111. Лашко В.А. К вопросу о расчетах отрывных течений в каналах/В.А. Лашко, В.И. Ивин //Вопросы совершенствования работы дизелей на неустановившихся режимах при высокой форсировке. Хабаровск, 1987.-С.81-91.

112. Лашко В.А. Численное моделирование нестационарных процессов в разветвленных системах впуска и выпуска многоцилиндровых ДВС/ В.А. Лашко // Сборник научных трудов НИИ KT.—1997.-№3.-с. 144-158.

113. Левкин И.В. Применение вычислительного эксперимента при моделировании газового потока в выпускном канале дизеля /И.В. Левкин, A.B. Тю-нин //Ползуновский вестник.- Барнаул, АлтГТУ.-2003.-с.40-45.

114. Лемещенко А.Л. Опытное определение характеристик прямоточно-клапанного газообмена /А.Л. Лемещенко //Двигателестроение.-1981.-№8.-С. 12-13.

115. Лобов Н.В. Моделирование рабочего процесса в двухтактном одноцилиндровом двигателе внутреннего сгорания /Н.В. Лобов; Пермский гос.техн. ун-т.- Пермь, 2003.- 81 с.

116. Лобов Н.В. Улучшение характеристик двухтактных двигателей внутреннего сгорания оптимизацией газовоздушного тракта: автореф. дис. докт. техн. наук /Н.В. Лобов. М., 2005. - 32 с.

117. Майер Я.М. Исследование наполнения по цилиндрам двигателя СМД-14 /Я.М. Майер, В.И. Кравец, Г.Д. Статейко //Вопросы конструирования, расчета и испытания тракторных и комбайновых двигателей.- Харьков, 1966.- С. 37-42

118. Майер Я.М. Способы снижения неравномерности наполнения по цилиндрам тракторного дизеля /Я.М. Майер, В.И. Кравец, Г.Д. Статейко //Двигатели внутреннего сгорания.- Харьков, 1967.- Вып 5.-С. 43-63.

119. Мамонтов М.А. Некоторые случаи течения газа по трубам, насадкам ипроточным сосудам.- М.: Оборонно, 1951С. 28-60.

120. Маринов В.Н. Исследование газообмена и газораспределительных органов двухтактного мотоциклетного двигателя с рабочим объемом 75 смЗ: дис. . канд. техн. наук/В.Н. Маринов. Минск, 1974. -228 с.

121. Масленников М.М. Новое уравнение коэффициента наполнения и критика существующих уравнении /М.М. Масленников //Труды ЦИАМ.- 1994.-.№75.-С. 5-30.

122. Мотоцикл. Теория, конструкция, расчет. /С.Ю. Иваницкий и др. М.: Машиностроение, 1971.-408 с.

123. Молодцов Н.И. Результаты экспериментального исследования гидравлического сопротивления головок цилиндров дизелей ЧН 12/14 и ЧН 14/14 /Н.И. Молодцов, М.Р. Петренко//Двигателестроение.-1982.-№4.-с.52-53

124. Меныпенин Г.Г. Основы методики теоретического определения аэродинамических характеристик воздушного тракта дизелей /Г.Г. Меныпенин, И.И. Закомолдин, Б.А. Арав, Н.Е. Александров //Двигателестроение.-2004.-№2.-с.7-9.

125. Мунштуков Д.А. Модель газодинамического процесса в двигателях внутреннего сгорания /Д.А. Мунштуков, Н.М. /Зацеркляный //Двигатели внутреннего сгорания.- Харьков,-1978.- Вып. 28.- С.14-21

126. Назаренко Д.А. Измерение скорости воздушного потока во впускных коллекторах двигателей внутреннего сгорания /Д.А. Назаренко, В.Г. Дьяченко //Тракторы и автомобили.- М., 1972.- Вып 2, ч. II.-T.X.-C.21 26.

127. Нечаев JI.B. Влияние пристеночного пространства на пропускную способность впускных трактов дизелей типа AM и ЯМЗ /JI.B. Нечаев, Б.Е. Фомичев, A.A. Балашов //Молодежь, наука, производство.- Барнаул, 1970.-Вып.З.-С. 16-20.

128. Нечаев JI.B. Исследование пропускной способности четырехтактного дизеля в период перекрытия клапанов /Л.В. Нечаев и др. //Известия вузов. Машиностроение.- 1975.-№ 4.- С. 94-98.

129. Никитин Е.А. Исследование теневыми методами структуры потока во впускном канале двигателя ЧН 30/38 /Е.А. Никитин, Б.Х. Драганов // Известия вузов. 1974.-№2.-С. 115-120.

130. Овсянников Ю.Р. Определение длительности периода надкритического выпуска в двигателях внутреннего сгорания /Ю.Р. Овсянников //Вопросы конструирования и исследования тракторов и тракторных двигателей.- Неля-бинск, 1974.-С. 142-148.

131. Овсянников Ю.Р. Исследование аэродинамического качества выпускных органов дизелей /Ю.Р. Овсянников, Г.Д. Драгунов //Автомобили, тракторы и двигатели.-Челябинск, 1976.- Вып. 174.-е. 122-126.

132. Орлин A.C. Двухтактные легкие двигатели /A.C. Орлин. М.: Машгиз, 1950.-320 с.

133. Орлин A.C. Комбинированные двухтактные двигатели /A.C. Орлин, М.Г. Круглов. М.: Машиностроение, 1968. - 576 с.

134. Орлин A.C. Методика расчета процессов газообмена ДВС с короткими каналами /A.C. Орлин. Д.К. Шмаков //Известия вузов. Машиностроение.-1977.-№ 10.-С. 103-107.

135. Особенности газообмена двухтактного двигателя с кривошипно-камерной продувкой и обратным клапаном на впуске/ В.В. Панов и др.; Владимир, политехи, ин-т. Владимир, 1984. - 11 с.

136. Перспективы создания двухтактных бензиновых двигателей с расслоением заряда для переносных мотопил /Н.И. Мищенко и др.; Донецк, политехи, ин-т (Горловский филиал). Горловка, 1990. -20 с.

137. Петриченко P.M. Рабочие процессы поршневых машин. Двигатели внутреннего сгорания и компрессоры /P.M. Петриченко, В.В. Оносовский. Л.: Машиностроение, 1972. - 167 с.

138. Петриченко P.M. Конвективный теплообмен в поршневых машинах P.M. Петриченко, М.Р. Петриченко. Л.: Машиностроение, 1979.-232 с.

139. Петриченко P.M. Физические основы внутрицилиндровых процессов в двигателях внутреннего сгорания /P.M. Петриченко,- Л.: ЛГУ, 1983.-244с.

140. Петунии А.Н. Измерение параметров газового потока /А.Н. Петунии,-М.: Машиностроение, 1974.- 259 с.

141. Пешехонов И.Ф. Приборы для измерения давления, температуры и направления потока в компрессорах /И.Ф. Пешехонов. М.: Оборонгиз, 1962. -273 с.

142. Повышение технико-экономических показателей двухтактных двигателей ИЖ-7 класса 500 смЗ: отчет о НИР/ Московск. автомеханический ин-т; рук. Райков И.Я. М., 1980. - 50 с. - № гр. 79049939.- Инв. № Б963954.^

143. Погорелов В.И. Газодинамические расчеты пневматических приводов /В.И. Погорелов. Л.: Машиностроение, 1971.-181 с.

144. Пыжанкин Г.В. Улучшение эффективных показателей быстроходных дизелей с газотурбинным наддувом путем совершенствования системы газообмена: дисс. канд. техн. наук / Г.В. Пыжанкин.- Барнаул, 1990.-186с.

145. Райков И.Я. Испытание двигателей внутреннего сгорания /И.Я. Райков. М.: Высшая школа, 1975. - 314 с.

146. Роганов С.Г., Рогов B.C. Методика исследования равномерности воз-духоснабжения цилиндров многоцилиндровых двигателей /Известия вузов. Машиностроение.-1967.-№ 12.-е. 121 -125.

147. Рудык Э.Г. Характеристика течения воздушного потока во впускной системе поршневого двигателя /Тр. Украинской сельхоз. академии, Киев, 1974, вып. 121, с.64-70.

148. Ривкин C.J1. Термодинамические свойства воздуха и продуктов сгорания топлив 1С.Я. Ривкин М.: Энергоатомиздат, 1984- 105 с.

149. Рудой Б.П. К вопросу о коэффициенте расхода в нестационарном потоке газа / Б.П. Рудой //Элементы теории рабочих процессов ДВС: межвуз.науч.-тех.сб.-Уфа, 1974.- Вып. 82.- С. 64-67.

150. Рудой Б.П. Основы теории газообмена ДВС: уч.пособие /Б.П. Рудой; Уфимск.авиац. ин-т.- Уфа, 1977.- 104 с.

151. Рудой Б.П. О профилировании впускных и выпускных каналов четырехтактных ДВС / Б.П. Рудой //Вопросы теории и расчета рабочих процессов тепловых двигателей: межвуз. науч. -тех. сб.- Уфа,1980.-вып. 4.- с.140-145.

152. Рудной Б.П. Расчет характеристик двигателей внутреннего сгорания/ Б.П. Рудой и др.; Уфимск. авиац. ин-т- Уфа, 1986. 107 с.

153. Рудой И.Б. Гидравлический расчет нестационарных течений в системах с капельными жидкостями /И.Б. Рудой // Вопросы теории и расчета рабочих процессов тепловых двигателей: межвуз. науч.-тех.сб.-Уфа, 1986.-Вып. 10.-С. 131-143.

154. Рындин В.В. Исследование нестационарного течения газа во впускном трубопроводе и равномерности наполнения многоцилиндрового двигателя: автореф. дис. .канд. техн. наук /В.В. Рындин.- М, 1977.-24 с.

155. Рындин В.В., Ивин В.И. /Исследование неравномерности наполнения многоцилиндрового двигателя //Известия вузов. Машиностроение.-1981.- №10.-С.71-75.

156. Седач B.C. Газовая динамика выпускных систем поршневых машин /B.C. Седач.- Харьков: Высшая школа, 1974.- 171 с.

157. Седов Л.И. Методы подобия и размерности в механике /Л.И. Седов.-М: Наука, 1967.- 428 с.

158. Селиверстов В.М. Термодинамика, теплопередача и теплообменные аппараты: учебник для институтов водного транспорта /В.М. Селиверстов, П.И. Бажан.- М.: Транспорт, 1988.- 287 с.

159. Силлат P.P. Исследование газообмена двухтактного карбюраторного двигателя с применением математического моделирования: дис. канд. техн. наук/P.P. Силлат. -Таллинн,. 1977. 180 с.

160. Симеон А.Э. Газотурбинный наддув дизелей /A3. Симеон.- М.: Машиностроение, 1964.- 248 с.

161. Соколов С.С. Профилирование выпускных каналов 4-х тактных дизелей /С.С. Соколов, A.A. Лазурко //НИИНФОРМТЯЖМАШ. ДВС- 1972.-Вып. 4-72-17.-С.26-31.

162. Соколов С.С. Влияние отдельных элементов на пропускную способность выпускной системы /С.С. Соколов, СИ. Ломов, Е.С. Горбунов // НИИИНФОРМТЯЖМАШ. 1975. - № 4-75-15. - С. 32-36.

163. Соколов С.С. Методика проектирования выпускных каналов /С.С. Соколов, Е.С. Горбунов /Тр. ЦНИДИ, 1975.- Вып.68.- С. 76-85.

164. Сонин В.И. Уточненная методика расчета площади проходного сечения клапанов /В.И. Сонин //Рабочие процессы дизелей: тр. ЦНИДИ.- 1975.-Вып. 67.-С. 96-101.

165. Сонкин В.И. Исследование течения воздуха через клапанные щели /В.И.

166. Сонкин //Испытания автомобилей и двигателей, их агрегатов и деталей.-1974.-Вып. 149.-С. 21-38.

167. Сташкевич А.П. Исследование влияния скорости истечения воздуха через проходное сечение впускного клапана на величину коэффициента расхода /А.П. Сташкевич, СМ. Шуваев //Труды НАТИ. -1967. -№ 185.-С. 18-24.

168. Сташкевич А.П. О возможности увеличения размеров тарелки впускного клапана и его седла в головке цилиндров двигателя Д-130 /А.П. Сташкевич, СМ. Шуваев //Автомобили, тракторы и двигатели.- Челябинск, 1969.-Вып. 52.- С. 279-283.

169. Стендовые испытания макетного образца двухтактного двухцилиндрового двига1еля с послойным распределением топлива в заряде: отчет по НИР /ВНИИМотопром; рук. Герзон П.С.- Серпухов, 1983.- № гр.80052619; инв. № 02825042805.- 48 с.

170. Стачней В.Г. Использование теплоты газовых выбросов /В.Г. Стачней //Воронежский гос. техн. ун-т. Воронеж, 1997.-С.44-50.

171. Столяров С.П. Интегральные соотношения для расчета подкритическо-го выброса /С.П. Столяров //Двигателестроение.- 2003.-№ 1.-е. 16-19.

172. Свещенский В.О. Общие проблемы изучения и использования вйхре-вых потоков жидкостей и газов в ДВС/ Свещенский В.О. -Барнаул, 1999.-41с.

173. Табачников Л.Я. О динамических явлениях, происходящих в выпускных трубопроводах двухтактных двигателей /Л.Я. Табачников //Тр. Ленингр. кораблестроит. ин-та.- Л., 1952.- Вып. X.- С. 149-178.

174. Тарасов A.M. Коэффициент расхода впускных систем двигателя /A.M. Тарасов. П.П. Мищенко //Энергомашиностроение. 1960. -№2.-с. 25-31.

175. Терский Б.К. Определение массового расхода отработавших газов при течении их из цилиндра двигателя через выпускной клапан /Б.К. Терский //Вестник машиностроения.-2002.-№11 .-с. 77-78.

176. Теория двигателей внутреннего сгорания. Рабочие процессы /Под ред.

177. Н.Х. Дьяченко. -JL: Машиностроение, 1974. 552 с.

178. Теплотехника: учеб. для вузов /В.Н. Луканин и др.; под ред. В.Н. Лука-нина.- М.: Высш. шк., 2006.- 671 с.

179. Тер-Мкртичьян Г.Г. Определение равномерности наполнения цилиндров дизеля с турбонаддувом /Г.Г. Тер-Мкртичьян, Л.М. Косенкова //Исследование, конструирование и расчет тепловых двигателей внутреннего сгорания: тр. НАМИ.- М., 1987.- С. 95-103.

180. Техническая термодинамика: учеб. для машиностр. спец. вузов /В.И. Кратов и др.; под ред. В.И. Крутова.- М.: Высш. шк., 1991.- 384 с.

181. Тимченко И.И. Исследование влияния конструктивных особенностей впускных систем дизеля СМД-60 на величину ее сопротивления /И.И. Тимченко и др. //Двигатели внутреннего сгорания. Харьков, 1973.-Вып. 18.-С. 82-90.

182. Тихомиров И.Н. К вопросу о выборе фаз газораспределения для Двухтактных карбюраторных двигателей малого литража /И.Н. Тихомиров //Автомобильная промышленность.-1963 .-№ 10-С.12-14.

183. Филиппов И.В. Математическое моделирование процессов, происходящих в пневмотрассах /И.В. Филиппов //Известия вузов.-1998.-№4-6.-с. 1417.

184. Ханин Н.С. Балансовый метод определения параметров рабочего тела вmпроточных частях турбопоршневого двигателя /Н.С. Ханин //Труды НАМИ.-М., 1967,-Вып. 95.-С.З-17.

185. Ханин Н. С. Некоторые вопросы теории неустановившегося движения рабочего тела в проточных частях автомобильных двигателей /Н.С. Ханин. В.Н. Рузанова //Труды НАМИ.- М., 1968.- Вып. 99.-С.З-14.

186. Ханин Н.С. Исследование процессов в системах выпуска на установке оптического типа /Н.С. Ханин, В.В. Бочин, Л.М. Косенкова //Труды НАМИ.-М., 1971 -Вып. 127.-С.27-36.

187. Хасилева Д.П. Исследование и метод расчета насосных потерь четырехтактного авиационного двигателя /Д.П. Хасилева //Тр. ЦИАМ.-М.: Оборон-гиз, 1953.-Вып. 226.-c.lll.

188. Ховах М.С. Аналитический расчет процесса газообмена в четырехтактном дизеле с применением ЭЦВМ /М.С. Ховах, JI.H. Голубков, В.И. Шайкин //Труды НАМИ.- М., 1967.- Вып. 94.- С. 38-47.

189. Шамовский Б.Н. Определение коэффициентов расхода отверстий при истечении газа /Б.Н. Шамовский //Вопросы теории и расчета рабочих процессов тепловых двигателей: межвуз. научн. сборник. Уфа, 1980. -№ 4. -С. 4754.

190. Шейпак A.A. Метод приближенной оценки гидравлического совершенства впускных каналов /A.A. Шейпак, A.C. Степаненко //Двигателестроение .- 1982.-№ 11.-е. 10-11.

191. Шуваев С.М. Исследование влияния величины зазора между стенкой цилиндра и тарелкой клапана на гидравлическое сопротивление впускных каналов /СМ. Шуваев //Автомобили, тракторы и двигатели.- Челябинск, 1968.-Вып. 62.- С. 135-142.

192. Эпштейн A.C. Экспериментальное определение коэффициентов расхода впускных и выпускных клапанов дизеля Д-50 /A.C. Эпштейн //Энергомашиностроение.-1961.- № 6.- С. 21-26.

193. Ястржембский А.С Техническая термодинамика /A.C. Ястржембский.-JL, М.: Госэнергоиздат, I960.- Гл.9. Течение газов.- С. 182-206.

194. A.C. № 1 145167 СССР. Головка цилиндров двигателя внутреннего сгорания /Пыжанкин Г.В. Балашов A.A., Нечаев JI.B., Бояркин М.В., Глушенко A.M., Сопов В.В. (СССР).- № 3475251/25 -06; заявлено 19.07.82; опубл. 15.03.85. Бюл.№ 10.-3 с.

195. A.C. № 1643753 СССР. Выпускная система двигателя внутреннего сгорания /Пыжанкин Г.В., Балашов A.A., Пятков В.П., Толстов ВТ. (СССР).- № 4650838/06; заявлено 15.02.89; опубл. 23.04.91.

196. Birmann R. Aerothermodinamie considerations involved in turbodrarging Four and two-cycle diesel engine / R. Birmann //- Transaction of the

197. ASME/- V. 78.- 1956.- N 1/- P.25-34.

198. Experimental investment of scavenging efficiency of two-stroke cycle Engine /D.S. Sanborn, G.P. Blair, R.G. Kenny, A.H. Kingsborn// SAE

199. Teckn. Pap. Ser. -1980.- N 800975.- 18 p.

200. Hardenberg H. Ein einfaches Verfahren zur Abschätzung des Einflusses Der Zylinder- und Brennraumgeometrie auf den Durchflug von Einla Bkanälen / H. Hardenberg, G. Francle // MTZ.- 1970/- N 10.- S.425-429.

201. Hardenberg H. Die Optimierung der Ventil und Sitzringgeometrie in Ein - und AuslaBkanälen / H. Hardenberg, D.Helmute, S. Daudel//MTZ. - 1973.-N 5.-S. 120-125.

202. Kasther L-I. Poppet Iulet characteristics and their influens of the induction process / L.I. Kasher, T.I. Viliams and I.B. Whiter.- London, 1964.- P.5-30.

203. Khanna K. Untersuchung der Verbund und Treibgasanlagen mit hocfi-Aufgeladenen Viertakt-Dieselmotoren / K. Khanna // MTZ, 1960.-N 1, N3.-S.S. 18-29, 92-96.

204. Laihidi F., Thelliez M. Modélisation des ecoulemants puises a travers une tubulure a l'echappementd 'un moteur / F. Laihidi, M.Thelliez//

205. Entropie,- 1996. 32. N 201.- p.28-34.

206. Ratui M.D., Moisdis N.T. Qualification of diesel generator exhaust carbon steelpiping to intermittent elevated temperatures/ M.D.Ratui, N.T. Maisdis // Trans. ASME. I. Pressure Vessel Technol.- 1996.-118, N 1 p. 42-47.

207. Sato K. Performance Simulation in a Two-stroke Cycle Engine (1) UK. Sato // Intern. Combyst. Engine.-1986.-25, N 5, p.9-14.

208. Trigui N. CFO based Shape optimization of IC engine/ N.Trigui, V. Gri-aznov V., Asffes H., Smith D. // Oil and Gas : Res. Inst. Fr.petrole.- 1999.54, N 2. p.297-307.

209. Wiser Karl. PrazeBorientierter Einsats von CFD in der Entwicklung von Motorkomponenten durch die Verfügbarkeit automatischen Netzgenera-Toren / Karl Wiser, Andreas Ennemoser, Anton Plimon // MTZ: Motor-Techn. Z.- 1998.59, N 5.-S. 328-331.

210. Yashizawa K. Numenical analysis of unsteady exhaust gas Plow and Its application for lamda control inprovenont / K. Yashizawa, K. Mara, K. Anai, A. Ji-yama // Nissan Motor Co., Jokosuka, Japan.- 2003, N 2.- p.555-562.

211. Zhang G. Q. Manifold gas dynamics modeling and its coupling Weith Single- cilinder engine models using SIMULINK / G.Q. Zhang, D.N. "Assanis (University of Michigan, USA), Trons ASME. I.Eng. Gas Turbinss and Power. -2003.-125, N2.- p.563-571, 10 hji.