автореферат диссертации по энергетическому, металлургическому и химическому машиностроению, 05.04.02, диссертация на тему:Улучшение наполнения цилиндров двигателя КАЗ путем использования волновых явлений во впускной системе

Московский ордена Легана, ордена Октябрьской Революция и ордена Трудового Красного Знамени государственный технически;! университет имени Н.Э.Баумана

На правах рукописи УДК 621.43.001.24

ПШДВАШЦЗЕ ГЕОРГИЙ НАУМОВИЧ

ШИШЕ НАПОЛНЕНИЯ ЩШЩРОЗ ДВНГАТШ! ¡ОЗ ПУП?-' ИСПШЬЕСВАНШ ВОЛНОВЫХ ЯВЛЕНИИ ВО ВПУСКНОЛ

СКСХШЕ

С6.04.02. - Тепловые двигатели

АВТЮРЕ&таГ диссертация на соискагае ученей сгепеня Еягщздата технических наук

Москва - 1992

Работа выполнена на кафедре "Комбинированные двигателя внутреннего сгорания" Московского ордена Ленина, ордене Октябрьской Революции, ордена Трудового Красного Внаменк государственного технического университета им.Н.Э.Баумана.

Защита состоится " 04 " мая 1992 г. в 14.00 на заседании специализированного Совета К 053.15.05 "Тепловые машины и теоретические основы теплотехники" МГГУ им.Н.Э.Баумана по адресу: 107005, Москва, Лефортовская набережная, д.1, корпус "Энергомашиностроение", аудитория 234.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МГГУ им. Н.Э.Баумана. .

Автореферат разослан " " О 3_1992 г.

Ваш отзыв на автореферат в двух акэегалярвх, заверенных печатью учреждения, просим направить по адреоу: Москва, 107005, 2-л Бауманская ул., д.5, МГГУ им.Н.Э.Баумвна, Ученому секретарю Совета К 053.15.05,

Учений секретарь специалиэи-

Научннй руководитель:

кандидат технических неук, доцент Ивнн В.И.

доктор технических наук, профессор Патрахальцев H.H.

кандидат технических наук

Козлов В.И.

НАМИ

Официальные оппоненты:

Ведущая органиэация:

рованного совета как технических наук

■ I. СЕЯНАЯ ХЛРАКТШ1СТШ. РЛБОТи

yi, Актуальность теми: Правильный выбор конструкционных форм и размеров выпускного и впускного тракта позволяет увеличить коэч-длняеит наполнения многоцилтщрового двигателя без наддува на (10-15) %, Нерациональная конструкция трактов может вызвать снижение коовдишентп наполнения а тех же пределах.

К вшускши системам мпогоцилиндровшс двигателей наряду с требованием увеличения массы свежего заряда предъявляются требования в отношения равномерности распределения свежего заряда по всем цилиндра.!. Величина персвпог.:ериосги наполнения цилиндров, установленная в исследованиях современных двигателей, состввля-ет (7-20) %. Неравна:ерноегь наполнения цилиндров отрицательно сказывается па работе двигателя, тек как приводит к ухудшению экономичности, уменьшению мощности, к увеличенному изпосу кркво-пшпио-шагугаюго механизма. Равномерное наполнение цилиндров явлч-ется одним из необходимых условий малой токсичности ЛВС.

НерЕЕНшеряость наполнения цилиндров является результатом совокупного влияния качества очистки и наполнения, по ретагацее значение на степень неравномерности наполнения цилиндров в чегн-рехтактких двигателях оказывает характер процесса наполнения и, следовательно, конструкция впускного тракта. Разработка впускши систем, обеспечлваюют внеоноэ^фекгивпое и равномерное наполнение цилиндров многоцилиидровото двигателя, является актуальной задачей.

Расчет процесса наполнения связан с использованием экспериментальных коэффициентов, учгитнвевд&х потери в местных сопротивлениях. Как правило, используют коэффициент«, полученные в результате стационарной продувки канатов доследуемого двигателя или моделей каналов. Правомерность использования коэффициентов, получешмх при стационарном течении, в расчетах неустановившегося потока не имеет достаточного обоснования. Последние исследования в этой области показали различно между стационарными и нестационарными коэффициентами, особенно значительное в местных сопротивлениях типа диофраплн, в канале клапанов и коленах трубо-проводо. Поэтому исследование влияния конструкции впускных каналов в условиях нестацяснарности на эффективность пеполиегая цилявдра двигателя является актуальной задаче!!.

¡[ель тойоты. Исследование здаяхшя геометрических форм впус-кпого коллектора па его энергетические характеристики с учетом нестационарных явлений в коллекторе с целью увеличения наполнения цилиндра двигателя путем выбора рациональных 5-орм л разборов впускного тракта для двигателя КАЬ.

'■методы исследования^ Для достижения цели и решения поставленных задач применялись экспериментальные и расчетные методы исследования. Экспериментальные исследования течения газа в тройниках лг коленах проводились путем физического моделирования на установке с ударной трубой.

Экспериментальное исследование натурного двигателя шполяе-но с даль» изучения расходных и энергетических характеристик впускного коллектора, о такие для проверки методики экспериментального исследования нестационарных потоков в каналах и разветвленных трубопроводах.

Научная попязиа.Разработана экспериментальная методика определения потерь в условиях нестационарности с учетом изменения полной элталытл потока при его разгоне и торможении. Показаны особенности определения' потерь при ускорении потока в волне разрежения, наложения отраженных волн и тормоаении квазистационарного потока за волной разрежения и стационарного потока. Получена эмпирическая зависимость скорости во входном сечении параметра, характеризующего ^орму сечения тройника коллектора. Созданы экспериментальные установки для изучения потерь в стационарных и нестационарных условиях во впускном коллекторе. Исследована неравномерность наполнения цилиндров и влияние геометрии впускного патрубка и его даны на расходные и энергетические характеристики впусквого коллектора в условиях нестационарное ти.

На основании исследования параметров потека во впускной коллекторе в условиях неустановившегося течения даны практические рекомендации для выбора 40рмы впускных коллекторов четырехтактных ДОС. Разработана конструкция впускного коллектора, позволяющая выравиить'наполнение отдельных цилиндров при одновременном повшении наполнения двигателя.

Практическая ценность работы заключается в следующем: Разработанпие физические модели, методика экспериментального исследования использованы при проектировании и доводке двигателей сельскохозяйственного назначения.

Методика оценка зяергетяческвх характеристик впускинх коллекторов на ударной трубе значительно сокращает затраты временя и средств ка контроль качества впускных коллекторов, по-выиает эффективность производства п техлвко-экономтческле показатели двигателей.

С использованием предложенной методики исследованы несколько вариантов конструкция впускных коллекторов. Заводу-изготовителю передана впускная система оригинальной конструкции с поме-ще шпага внутри ресивера звдавпду&тадамя каналами, позволяющая уменьшить неравномерность наполнения в целом до (1-2) %. Пря этом уменьшился расход топлива я дшяоеть двигателя.

Реализация работы.Экспериментальные и расчетно-теоретичес-кве результаты работы приняты к внедрению на Кутаисском автомобильном звводе (КАЗ), что подтверждается соответствующим актом внедрения, а такс использованы в госбюджетных и хоздоговорных работах, выполненных ка кафедре "Комбинированные двигатели внутреннего сгорания" КЕТУ им .Н.Э. Банана.

Алробп;дая.,р9бртц. г Основные результаты п содержание дкссер-Touaoxmoíi рабогц докладывались на УЖ Всесоюзной школе-семинаре "Соэремеккие прсблеш газодинамики и теплообмена п пути повше-дия эфе'екнганостя знерхетдчеекпх установок" Шосква, 1591г.), КЗ секпиарэх молотах учених (1989, ISS0 г.г.) а заседаниях кМедрм "Комбдадровякпие двигатели внутреннего сгорания (1990, 1Ж г.г,) ИГО гн,Н.Э.Баумана.

йЖ'^ШШШЕл Ло теме диссертации опубликованы три печатные P30OÏH.

Об5>е!4 рсботи. Диссертация состоит из введения, пяти глав, вябодов, списка использованной литературы. Она содержит III отразят осжйзпого текста, 28 рисунков, 4 тсблицы и 12 страниц опйскя датервгуры из 120 иашдаювакий.

0, СОДБРШИЗЗ РАБОТЫ

Во введести яодчеркавсется актуальность тег,я, определяются предает и цели исследования.

Первая глава посвящена проведению обзора л анализу лаучно-ясследовательсклх работ, посвящегошх влиянии схемы и конструкционных параметров впускной систем* на наполнение цилиндров,

а также методам изучения потоков во впускном трубопроводе и в цилиндре.

Газовоздушный тракт двигателей внутреннего сгорания относится к системам, внутри которых газодинамические процессы характеризуются наиболее сложными закономерностями. Исследование этих особенностей, связанных с диссипацией энергии и характером перераспределения внутри потока массы, внергии и импульса практически невозможно без экспериментальных исследований на моделях и на натурных двигателях.

Методы физического моделирования процессов газообмена позволяют исследовать разнообразные конструктивные варианты элементов газовоздуиного тракта. Метода физического моделирования мокно разделить на три группы: I - метода стационарной продувки элементов газовоздушного тракта, 2 - нестационарные методы, основанные на имитации действительных процессов путем их осуществления на установках одноразового действия (нестационарная продувка на одаоцякловых установках), 3 - методы, основанные на исследовании периодических, т.е. развитых стационарных потоков.

Метода стационарной продувки в настоящее время наиболее распространены. Однако для элементов двигателей внутреннего сгорания их применение не всегда обосновано.

Оптимизация системы коллекторов, включающей участки трубопроводов ко ечной длины,требует учета волновых явлений. Исследование волновых явлений в элементах разветвленной системы трубопроводов проводится на установке одноциклового действия.

Экспериментальные методы, основанные на динамической продувке элементов газовоздушного тракта, имеют свои сложности и недостатки методического характера.

Моделирование процессов нестационарного течения на одно-

циклов нх установках в большинстве случаев не позволяет осуществить те начальные условия, которые характерны для действительного цикла. В результате вместо периодического, многократно повторяющегося процесса, получается отличающийся цикл (скорее всего процесс), который в действительности имеет особенности переходного процесса и тем самым может отличаться от цикла неустановившегося периодического процесса. Разница между нестационарными переходными и периодическими процессами за-, висит от сходства начальных условий и поэтому, в общем случае,

они могут давать &изя'{оскн отличающиеся картины, Следовательно, наряду с исследованиями на одноцикловнх установках, заслуживает интерес исследование периодических процессов, моделирование которых могло осуществить на работающем двигателе или на холодных двигателях путем их прокрутки. Интерес к такт.! экспериментам обусловлен требуемым приближением к действительным процессам.

Интегральные газодинамические функции, справедливые для периодических пульсиругвдих потоков, язляются обобщением из-вестгшх газодинамических функций при налички пульсации давления и диссипацйи. Следовательно, при пользовании такими функция;.«: можно ввести понятия интегральных коэффициентов расхода, скорости, трения и у.д. Введение интегральных газодинамических функций дает возможность интегральной оценки характеристик потока и введения интегральных коэффициентов, которые в отличие от мгновенных характеристик потока не являются функциями времени и могут служить в качестве параметров обобщенного характера.

Исхода из выие указанного, можно поставить следующие задачи работы.

1. Провести охсперлиснташюе исследование нестационарных потоков а учлах разветвлений впускного коллектора па од-иоцкклевоц о:;спер;;!гепгалыго2 установке ирд различных конструкционных сочетаниях и размерах ресивера и патрубков и о:;е1Н>ть влияние зелновых процессов на характер сопротивления таких элементов.

2. Провести экспериментальное исследование иестационар-внх периодических потоков в узлах отмеченной конструкции и провести оценку как мгновенных в локальных параметров в характерных сечениях, тек л интегральную оцексу на оспове газодинамических функций периодического потока. Провести сравнительную оценку стационарных и периодических потоков в одних и

тех ж узлах при одинаковых осреднешшх параметра* потока.

3. йнтодазуя методику пнтегрвльисй оценки периодического потока в' разветвлениях и коленах коротких трубопроводов, определить коэффициенты сопротивления для таких узлов при периодическом течении.

4. Провести исследование узлов ра.злетвленкц в нестационарном периодическом потоке про. различных их конструкциях и

разработать рекомендации для выбора основных размеров при их конструировании.

5. Разработать конкретные рекомевдации для оптимизации конструкции впускных коллекторов двигателя КАЗ-642 с целью улучшения экономических и мощности показателей двигателя. Во второй главе дается обзор основных «тодов осреднения. Стараясь избежать известную последовательность осреднения, в работе поставлена задача осуществить интегрирование исходной системы сначала по постранству, а затем по вреда ни.

Сравнивая различные методы осреднения по площади, по расходу, по пространству, по времени и отдавая в пределах данной райоти предпочтение осреднению по ансамблю, ш, в первую'очередь, имеем введу те преимущества, которыми обладают дпавды осреднешше потоки массы, анергии и импульса в .дифференциальных уравнениях при осреднении по пространству.

Учитывая, что с точки зрения запаси законов сохранения отмеченных субстанций удобно пользоваться осредвешшш но площади иди по расходу параметрами, заслуживает внимания связь меаду средними по пространству и по площади.

Выделим в пространстве поверхность и проведем локальное осреднение потоков массы, энергии и импульса. После интегрировании последних по времени ш получаем двукратно осреднении интегральные потоки отмеченных субстанций

которые показывает, что через выбранную поверхность в среднем проходит ^ ,|Г" , 2 количество массы, энергии и импульса. Удобство таких параметров заключается в том, что они позволяют рассматривать периодический пространственный процесс в виде . стационарного, с соответствующий! осредненными характеристиками. При этом, естественно, особенности пространственной неравномерности и периодических пульсаций должны отражаться в соответствующих статических характеристиках.

В главе также даются метода теории подобия и на основе всех критериев и требований подобия начальных и граничных условий сформулированы положения для соблвденш подобия процес-

(I) Ш (3)

I =/хЫт,

с

сов впуска.

Р0//} = ¡¿г™, (5)

(в)

При соблюдеигл оиеченшд условий в подобных пространстве нно-времонных точках будет соблюдаться подобие

Щ&^Ышг,,

йгдскс "о" обозначает характеристические параметры, а индекс "в" обозначает парамзтры во впускном трубопроводе.

В третьем глатеа излове по экспериментальное исследование неустановившегося потока в разветвлении впускного коллектора на модели, приведены результата исследования и описана измерительная аппаратура.

Исследование неустановившегося потока в разветвлении впускного коллектора"выполнено па ударной трубе с целью, чтобп выяснить влияние расстояния $ от входного сечешш патрубка до противоположной стенки коллектора. Было исследовано четыре варианта впускного коллектора, где /? менялось ( 0,8ь2,С)е£ ,(<£ диаметр впускного патрубка). Экспериментальное исследование.проводилось при трех перепадах давления Р/Рв~0,60; 0,65; 0,70.

Для'сценки свойств развертвлелш использовался коэ'Лощиент потерь энергии, который определили по известкой Формуле:

^•т-т- ' й

где Р|- полное давление, замеренное на входе а разветвлении; ?2 - полное давление, замеренное в ветвях; приведенная скорость.

Текуцш значения действительной скорости в терном сечении впускного коллектора определялись по полному и статическому давлению в этом сечении. Средняя скорость в сечении определялась как средняя по площади.

Полные давления заверялись трубками Пито, размеры которых обуславливались конструкцией каната л расположением точек замера. Регистрация изменение» давления осуществлялась с помощьо датчиков ДШ-Х.

Оценка собственной акустической частоты датчика с трубкой Пито и коэффициента дешифрования осуществлялась осцил-лограпировакаем затухающего сигнала, вызванного прямоугольным импульсом давления, на ударной трубе. 'Суммарная погрешность в определении давления и скорости потока не превышает соответственно + 1 % и + 3 %.

Кок показал опыт, о увеличением расстояния от входного сечения патрубка до противоположной стенкл коллектора - Я , уменьшается коэффициент гидравлических потерь и, когда -Я-2с1 ( (I - диаметр входа в разветвление), приблизительно равпн коэаднциентш потерь, полученным для стационарного потока при таких же числахМаха,. Для варианта троышка с близким расположением стенки, ^ =0,0с1 коэффициент потерь увеличивается в три - четлре раза. Допущение о равенстве коэффициенте потерь для различных цорм сечения, когда проходная площадь одинакова, может привести к заметным ошибкам в расчетах.

Анализ полученных расчетных и экспериментальных результатов позволял установить эмпирическую зависимость мевду расстоянием от входного сечения патрубка до противоположной стенки коллектора и скоростью на входе в разветвление:

Мг

На рис. I показаны результаты, полученные по формуле (8). Как видно из графика, погрешность определения скорости по формуле (6) не превышает 2 %. Научная данность этой формулы состоит £ том, что если известна скорость, вызванная отраженной волной давления, когда Я- 2с1, с помощью формулы (8) легко можно рассчитать скорость, вызванную волной давления, для любого значения Я ( в пределах Я - (0,8+2,0)).

Разность давления в ветви и на входе в разветвление для случая, когда $ = 0,Ве£ , составляет 30 % и для случая, когда ^=2Ж - II %; койадициент потерь энергии, когда Я меняется от 2оС до 0,8<£ , метется-со значения от 0,21 до 0,Ь0; а разность скоростей на входе в разветвления составляет 43 .

Причина такого влиягшя расстояния от входного сечения патрубка до противоположной стенки коллектора,на прохождение нестационарных потоков такова. Когда волна разрежения подходит к разветвлению, дронт ее распадается на два сроите, расширение

и

м/с 22.0

т

т (00 60

а >

А 1

о.. ь

...

—А* /

0.5 СО №

рио.1. Скорость нп входе в рвзве- рле.2. распроотрвнэние воля ТВЛ9ИИ9 пояучаяч (то .¿оряупэ (В> I в разгзтг ленка

а - Р»о,*ех1С2Пв; б - Р«с,*5*1сттв; в - Р«0,701Ю"П»; акспаримэят

15 10 5

< \

Л \ ) / Г"4

\ /

20

0 5

< / '"1С Л

и Л

м

У

120СГ (600 11X0 ПНИН'

г*

РЯС.З. Язи» НЭ нив К0 5'М«ЦивЯТв

ПОЛ1НН1 потерь ¡гяэргии

о-о стяциоччряее тэчэкиэ;

о- — -в нестй4яон«ря0№ тачание-

1200 <600 2ООО Пнт

ряс.4. Яэиокэнза- дянчм'.тского кс^яДиантч тр*гтя

.—--341 сток 1

----- уччсток 3-4} ~~х—*—* участок 5-6

фронта волна разрежения сопровождается образованием отраженной воляк давления Сдад (ом.рис.2), которая распространяется по потоку и познэает давление и скорость в сечении 1-1. А когда ^<¿{1, волна разрежения второй раз отражается, только уже ог противоположной стенки, как волна разрежения С0Вр. Эта волна разрешения догоняет отраженную волну давления. Вследствие наложения обеих волн в распределении параметров газа образуется разрыв, на котором не удовлетворены законы сохранения, так что этот разрыв в следующий момент распадается. Поме слияния волны разрешения и давлешя по потоку пойдет волна давления - менее интенсивная, чем была первая волна С0БД, т.е. догоняющая волна разрешения уменьшает волну давления и, когда п = 0,8ё,, отраженная волна давления и отраженная водна разрежения ыр^ерно равны, они ири налогении друг на друга "гасят" и скорость потока в разветвление равна скорости падающей волны разрежения - .

В четвертой главе рассматривается методика экспертчитальных исследований потерь в нестационарном потоке при его течении в' различных элементах разветвленных трубопроводов. Дано описание экспериментальной установки для исследований потерь как в стационарных, так и в нестационарных условиях. Приведены результаты расчетио-акопериментальиого исследования потерь энергий во впускном коллекторе двигателя КАЗ-642.

Интегральные газодинамические функции позволяют получить аналитические зависимости дая пульсирующих (периодических) потоков, которые при отсутствии пульсаций принимают частный вид известных газодинамических функций стационарного потока. Данные функции, как результат интегрирования неходких даадереЕциалышх уравнении, диктуют как метод осреднения периодических параметров, так и вид функциональных зависимостей ыевду этими параметрами, характеризующие диссипацию энергии в нестационарна.! потоке по аналогии со стационарны»' потоком. В частности, выражение для интегрального коэф&ицяекта потерь энергии в нестационарном потоке принимает вид:

Наиболее универсальным параметром для оценки потерь является коэо&ицнент трения. Вместе с те;.! при течении в ьлементат слсгнок конфигурации в кавдоЛ точке поверхности дапгай параметр ыог^т иметь отлачамцзеся значения. Следовательно, можно пользо-1С

ваться только условннл коэффициентом трения , который интегрально отображает сложную картину диссипация в течениях пространственного характера.

> сю)

Объектом экспериментального исследования слутал серллний коллектор четырехтактного двигателя 6!1 12/12 (КАЗ-642), имеющий площадь проходного сечения на входе 0,0045 м~, на на выходе - 0,002{м2. Измерение давления осуществлялось датчиками ДЛИ. Исследование потока во впуекпом коллекторе выполнено на испытательном стенде КАСа.

Экспериментальное исследование показало, что наиболее интенсивные пульсации давления наблюдаются у наиболее отдаленного цилиндра, при атом, по мере увеличения частоты вращения и числа Маха, амплитуда колебания заметно возрастает.

Результаты исследования коэффициента потерь энергия представлены на рис.3. Как видно, при стационарной продуьке коэффициент потерь энергии мая, и с увеличением частоты вращения^коленчатого вала увеличивается, при частоте П = 2400 или""1 достигает 0,07. А при нестационарных условиях характер

изменения коэффициента потерь энергии имеет иной характер. В общем случав коэффициент потерь в нестационарных условиях больше, чем в стационарних. Во время нестационарного

течения о увеличением частоты вращения коэффициент потерь энергии уиеншается. Ери частоте Г) =1600 мин-1 достигает самого шзкого значения § = 6 %.

На рис.4 представлены кривые условного среднего коэффициента трения на отдельных участках впускного коллектора, определяемого по формуле (10). Учитывая, что приращение энтропии обусловлено в основном эффектами нестационарного характера, данный параметр можно считать динамическим коэффициентом трения. Характер изменения ^^ свидетельствует, что па определенных частотах вращения динамическое тренде значительно уменьшается. В конкретном случае такие снижения наблюдаются в окрестностях

Г) = 1600 и П - 2400 ют"1. При этом именно у самого отдаленного циливдра при П =2400 мшГ1 наблщвется максимально снижение что и способствует поьшекию наполнения. Сч-^и-но, что отмотанная частота для данного цалиддра является резо-

кагсноГ,,

Рлосуалая о слчзл диссипации с вошовнш процессами, сле-дуах подчерк^ть, что очевидно плоское волновое движение г.е может служить непосредственно механизмом рассеивания эпергил. Учитывая, что тропие в потоке непосредственно связано с наличием пространственных структур (вихри, турбулентные пульсации), следует иметь в вид-, что п в рассматриваемой случае механизм диссипации остается тем г©. Известно, ■ что при пересечении волг! равномерность поля скоростей нарушается. Следовательно, волпок:е дазшшя могао считать источником (генератором ) гростройственных движений и диссипации.

В пятой глаг-г изложена методика оценки воздухосгаблешш ргзличпых цилиндров путем отсоединения выпускных коллекторов и измерения расхода пульсирующего потока. С применением кеново устройства. Представленн результаты исследования неравномерного ишолиекя цилквдров двигателя КАЬ-642.

Подходящим методом экспериментального исследованы является продувка впускной системы двигателя ка холодней динамической модели. Сущность дака лческоп продуби впускного '.'ракта заключается в том, что механизмы двигателя, установлен-* кого на стенде, приводится в двгкеяае от электродвигателя. В цилиндры поступает холодннй воздух и вытекает з выпускную сис-veMy примерно с дшеок se температурой, что к на впуаке в двигатель, Принципиальное оглкчие рабочего процесса па модели закликается в том, что в цилиндрах динамического стенда не происходя' процесс сгорания и, следовательно, температура газа ка выходе из цилиндров ¡значительно шке, чем у стработаваах х-азов. Гпэлпчле температур шзнвоет существенное отдптае процессов выпуска на моде;;;; и из работающем двигателе. Что-кз касается процессов на отуске, следует отметить, что температурное состояние газа во впускном коллекторе па работающем двигателе кезиачитедъ-яо жае, чей на г.:одедн. .Влияние процессов вадусяа чш процессы впуска лр..:ххо,г;-:г только в процессе перекрытия клапанов, когда одкоареьжЕло открыты вяускша и выпускше жшкки. Следует ох-tcTiu-i, что основное отлтшэ а процессах вкзусга па рабогшвдем даагатс-лс н ка модели имеется в начале напуска, так как прд ■ выпуске холодного газа s цглппдре давлеп;з меньше атмосферного, следователхно, отсутствует свободны!: выпуск. К конгу в^ауспо, когда одновременно открыты впускные и гыпуеккве органа, различие ¡VeStOSOSOg. '

Расход газа измерялся нормалышм соплом и определялся по приблихелной формуле:

= £ -О. оои - (п)

где && - показания манометра в сантиметрах.

Качество наполнения цилиндров оценивалось ксэйициентсп наполнения:

К Ш^уЕХ.- Щ б а (12)

Исследования наполнения цилиндров псказяли, что в общем случае неравномерность наполнения по отделышм щлиадраи моает быть довольно существенной. На низких частотах вращения исполнение цилиндров практически одинаково. Однако по мере увеличения частоты вращения появляется расхождение и при достижении числа оборотов 2400 мин"* разнаца в наполнении доходит до -(7+8) %. Интересно, что несмотря на более низкое гидравлическое сопротивление наполнение цилиндров двигателя без коллектора на высоких частотах заметно хуже, чем-с коллектором.

На основе экспериментального исследования существующей системы воздухоснпбкения,била поставлена задача разработать впускную систему, возводящую повысить наполнение двигателя при одновременном выравнивании наполнения по цилиндрам.

Выполнено исследование трех вариантов трубопроводов с диаметром 43,50, 55 мл, длина трубопроводов менялась в пределах (500+800) им. Исследование показывает, что при разных диметрах трубопроводов максимальное наполнение достигается при разных длинах трубопроводов, при атом, в целом лучшее наполнение достигается при £> = 55 т.' Всюду наблвдается улучшение наполнения от 5 до 10 %. Лучшее наполнение с трубопроводом диметром <0 = 55 мм достигается, когда длине трубопровода равна -В = 700 ш.

Исходя из конструкции двигателя и автомобиля, и учитывая,

что двигатель большую часть времени работает с частотой вращения коленчатого вала (1600+1800) мин-1, можно рекомендовать впускной трубопровод диаметром 3) = 55 ш и длиной -в =700 мм.

В работе исследована работа двигателя с пятью вариантами впускных коллекторов. Заводу-взготовзтэлю передала конструкция впускной системы с потешенными внутри ресивера индивидуальными каналами.

С долью проверки показателей эффективности двигателей при свином образце системы воздухоснабжекия .с индивидуальными трубопроводами размеров 455x700, в экспериментальном цехе КАЗа были проведены испытания макетного образца. Сравнительные испытания проводились sis одном и том жз двигателе при одинаковой комплектности. Серийные и опыгине конструкции ставились на двигателе поочередно.

Сравнительные испытахия двигателя itАЗ-542 показали, что в пределах от 1000 до 2000 мин" * уменьшается удельный расход топлива в средне.ч на 3 %. Максимальное снижение расхода тодливв наблюдалось на оборотах 1600 мин-1 * до 5 %. С увеличением увеличпвеегся коэффициент цС к, следовательно, уменьшается данность до 20 При оборотах (1200+2000) мин"* на макетном образце двигателя снижается дымнреть вндпенпшх изов не 12 %. С увеличением f) коэффициент умевдцаегся и несколько увеличивается данность,

На рас,5 представлена впеккяя своростнся хсрсктерксуйка двигателя КАу-642 с серийной и опытной х'.онструкдией воздухо-сягбкения.

0СН031ШЕ ВШ0.Ш ЯО РДБОТЗ

1. .Экспериментами на £ивической модели установлено, что вра нестационарных условиях еоэйиодент потерь энергии в тройшхе получается меньше в случае, когда расстояние от входного сечегшя до противопологзиШ стенкц больше, Таким образом выявлено длия-иае хсоглетричссг.ого фактора m прохождение волн разрешения в трояшке. В стационарных условиях тркое m наблюдается,

2. В результате расчетных и эдссцерикедт&яьдох иссяедов.адий получена эишцическая ¿ормулв W-f(^d), которая устанавливает зависимость мееду расстоянием рт входного сечещтя патрубка до противоположно;'. сгспкп коллектора п скоростью ке входе в разветвление, 1уккцяя мокоюкно возрастает и стремится к пределу ярз

3. В результате псслйдэёьгвд предложены слсдущие pei:oj.iça-двцип: для виусадогр коллектор? кекруглого сечегшя расстояние or входного сечекия до противоположно!; стенки коллектора следует выполнять ровным 2d, до не медсе Дальнейшее у?!епыяенве рассуоянйя приводит к существенному релрчешдо }C09$[jjiœeiRfl потерь энергии, при егсм заметно уменьшается цаполмвае юшдд ров,

U

щ

5С01

300 *

/001

II е

46 &

40 37

55«

0

*"Ч д / ГА

Г Г " У \ ч Не Ч)

>н

5т .........".-ч» /в у* /в*

/ I / ^ ¿А г л

¡С- ■

12С0

{600'

2006

4 О 35

ю

25

20

¿4

и

15

№ кат

№ 30 80

70'

б О &

г/квл

221Г МО 200 136

п шн

■г

Рис.5. Внешняя скоростная характеристика двигателя КАЗ-642.

__ серийная конструкция воздухоснабжения.

____ опытная конструкция воздухоснабженяя.

4. Полученный экспериментально коэффициент потерь анергии, зависимей от режима работы, при стационарных к нествцпонарках условиях имеет разный характер в разветвленном трубопроводе. В общем случае» коэффициент потерь энергии в нестационарных условиях больше. С увеличением частоты коленчатого вала с Л =1200 мин-* до 2400 мин-1 прп стационарных условиях коэффициент потерь энергии увеличивается от 0,04 до 0,07 (на 75 %), а прп нестационарных условиях уменьшается от 0,17 до 0,12 (на 30 %).

5. Попользованная в'работе методика определения потерь энергии при нестационарных условиях обеспечивает удовлетворительные результаты и имеет практическое значение, т.к. в методике применится сравнительно простые методы измерения.

6. Результаты эксперимент алышх исследований показала, что с увеличением диаметра трубопровода увеличивается коэффициент наполнения. На двигателе МЗ-642 лучшие результаты получены с трубопроводом дисметром 2) = 55 ш и длиной в - 700 с;.:.

7. Предложенная заводу впускная система двигателя заметно улучшает показатели наполнения и двигателя: неравномерность наполнения снижена до (1-2) %, димность выпускных газов снизилась чл (10-15) %, расход топлива уменьшился на режиме навлучией экономичности на 3 $, масса свежего звряда возрасла на (5-10) %.

Основные положения диссертации опубликованы в следукщгос рьботах:

1. Пурихвшшдзе Г. II. Исследование потерь в пульсирующих потоках при течении в элементах сопротивления // Современные проблемы газодинамики и тепломассообмена и пути повышения эффективности энергетических установок: Тез.дом. УШ Всесоюзной околы-сешша-рв.- Изд. ИГТУ., - 1991. - 4.2. - С.55.

2. ЛвпкВ.И., Пурцхвгишдзз Г.Н. Ефректы нестационернссти потока в разветвлениях впускного трубопровода ДВС //Нзв.ВУЕов. Ишшло-строение.- 1991.- Л 4.- С,63-68.

3. Адпиаури А.5., П/рвдташздзе Г.Н. Исследование влияния веравт^-шркосги наполнения цшшндров двигателя КАЕ-642 на установке накяческой продувки// Двпгателестроенке.- К 4,- С.24-27.

¿¿роа . х ть. з р3 ^ Зм. //о