Файл: Устинов А.Н. Исследование поршневых колец дизелей.pdf

нормальной эксплуатации двигателя, необходимо выявление зависимостей, существующих между параметрами рабочего процесса и неплотностями в сопряжениях поршневых колец, и цилиндровых втулок, возрастающими по мере износа дета­ лей. В технической литературе выявлению упомянутых зави­ симостей уделяется мало внимания, что в значительной сте­ пени препятствует установлению оптимальных предельнодопустимых зазоров в рассматриваемом сопряжении и вели­ чин предельных износов цилиндровых втулок.

Аналитическое исследование влияния утечки тазов на па­ раметры рабочего процесса целесообразно проводить путем расчетного определения теоретических параметров рабочегопроцесса, соответствующих различным величинам пропуска газов.. В качестве метода исследования можно применитькорректирование индикаторной диаграммы двигателя с уче­ том изменения количества рабочего тела в функции хода поршня,.рассмотренное автором в работах [34], [35], [36].

Преимуществом данной методики является отсутствие произвольного выбора целого ряда исходных параметров,, без чего нельзя обойтись при исследовании методом теплово­ го расчета. Недостаточность экспериментального-материала не -позволяет с достаточной точностью выбрать значения всех, исходных параметров, точность методики ставится в зависи­ мость от правильности оценки исходных величин.

При использовании в качестве метода исследования корре­ ктировки индикаторных диаграмм вопрос оценки исходных параметров значительно упрощается. В этом случае исходны­ ми данными являются индикаторная диаграмма для номи­ нальной нагрузки, снятая для нового двигателя; значение удельного (или часового) расхода топлива при номинальной’ нагрузке нового двигателя; значение эффективной мощности, замеренной, при снятии индикаторной диаграммы.

•Все остальные данные о параметрах рабочего процесса для нового двигателя (говоря о новом двигателе, имеется в- виду не. обязательно новый двигатель в буквальном смыслеслова, а двигатель в хорошем техническом, состоянии, с ци­ линдровыми втулками и кольцами, • прошедшими достаточ­ ную совместную приработку и не имеющие износов) не явля­ ются необходимыми, а нужны только для сопоставления с конечными результатами расчета при оценке степени измене­ ния. первоначальныхпараметров рабочего процесса в зави­ симости от величин неплотностей.

Принятие в качестве исходной индикаторной диаграммы

44

для расчета диаграммы реального двигателя является допухцением, так как в любом случае имеет место некоторая утеч­ ка тазов даже при качественном уплотнении камеры сгора­ ния. Однако утечки в этом случае имеют незначительную величину и не могут оказать существенного влияния на рабо­

чий процесс.

Если же в качестве исходной принять теоретическую индикаторную диаграмму, полученную в результате тепло­ вого расчета для данного двигателя, тогда необходимо поль­ зоваться методом теплового расчета, что в значительной мере усложнится выбором исходных параметров (о чем говорилось

.выше).

Методика аналитического исследования построена на из­ вестных ■Термодинамических зависимостях. Изменение состоя­ ния газа при лолитропическом процессе выражается зависи­ мостью

Р-ѵп—С. (II)

' ©Дифференцируя это исходное уравнение [42] с учетом зна­ чения удельного объема газов в любой момент, можно1выра­ зить зависимость изменения давления от изменения объема и количества газов в виде

где п — показатель политропы сжатия или расширения; G — весовое количество газов, кг;

V — объем, ж3.

Полученная в дифференциальной форме искомая функ­ ция (12) учитывает влияние неплотности поршневых колец на процессы сжатия и расширения, однако она не поддается полному интегрировангію. Решение ее возможно методом численного интегрирования в конечных разностях. С этой | целью, разделив процессы сжатия и расширения на т-равных участков по углу.поворотакривошипа и заменив дифферен­ циалы состояния газа в бесконечно близких точках соответст­ вующими конечными изменениями состояния в конечно близ­ ких точках, а также введя в расчеты средние арифметические

.значения параметров в этом интервале,, можно представить уравнение (12) в следующем виде:

( 13)

45

в соответствии с величинами утечек газов для каждого участ­ ка по углу поворота коленчатого вала.

Величина утечки газа является функцией площади просве­ та для прохода газов, коэффициента расхода и закона изме­ нения давления в цилиндре.

dGyT= f (5пр; р,; Р) .

Принимая во внимание, что наличие утечки на каждом из участков индикаторной диаграммы приводит к изменению удельных объемов газа в соответственных точках, для коррек­ тировки индикаторных диаграмм можно использовать сле­ дующие^уравнения.

Линия сжатия

Корректировка индикаторной диаграммы начинается с точки «а», соответствующей началу сжатия. Определение па­ раметров начала сжатия производится по общепринятой методике. Для двухтактных двигателей:

где Рк — давление в ресивере продувочного воздуха,

Рг— давление в выпускном коллекторе. Для четырехтактных двигателей:

Ра= (0,04—0,18)Яо кг/см1.

В том и другом случае для уточнения целесообразно опре­ делить Ра по'диаграмме насосных ходов, снимаемой на дви­ гателе одновременно со снятием исходной индикаторной диаграммы. Удельный объем заряда в начале сжатия опреде­ ляется отношением ,

где Ѵа— объем, соответствующий точке а; Ga — вес заряда в начале сжатия.

Весовой заряд за цикл Ga может быть определен с учетом остаточных газов из формулѣ

4.6

начинается с момента отрыва линии сжатия от атмосферной линии, причем в этой точке цикловой .вес газа принимается равным Ga, так как утечки до этого участка вследствие от­ сутствия, перепада давления имеют незначительную вели­

чину.

Для каждого участка величина утечки считается по пара­ метрам Рcp, Vср, оср, соответствующим состоянию газа в средней точке каждого участка (средний по углу поворота). Величина веса газа для лктбого участка т определяется как разность ■

и является величиной переменной по ходу поршня.

Изменение веса газа приводит к изменению удельного объема. Так при отсутствии утечек удельный объем газа в точке т определяется из соотношения

но G a>G ra, следовательно ѵт> ѵ т".

В этом случае давление в конце этого участка определит­ ся по выражению

4? ■6)

' Расчетная схема при корректировке диаграммы приво­ дится на рис. 16 а, на рис. 16 б приведены корректированные индикаторные диаграммы.

При просчете первых участков, утечки газов для которых имеют незначительную величину, значение корректирован-

Рис. 16. а) Расчетная схема при корректировке индикаторной диаграммы.

48