ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 21.10.2024
Просмотров: 62
Скачиваний: 0
следование проводилось на экспериментальной тракторном ди зеле, созданном АМЗ и НАТИ, Из рис. 9 видно, что в диапазо не нагрузок от рс«3,5 до рс~7,8 кгс/см2 расход топлива повы
шается |
с уменьшением диаметра |
впускных клапанов |
следую |
||
щим образом. При замене клапана с dK= |
48 |
мм на |
клапан с |
||
dK=45 |
мм эффективный расход |
возрастает |
|
примерно ''на 2 ~ |
3 г/л. с. ч. Такое же увеличение расхода наблюдается и при пе реходе от клапана диаметром 45 мм к клапану диаметром 42 мм. Это объясняется тем, что уменьшается наполнение, ко эффициент избытка воздуха, а следовательно, индикаторный к. и. д., одновременно увеличиваются насосные потери.
Процесс выпуска из цилиндра отработавших газов сущест венно отличается от процесса впуска. В момент открытия кла пана (до н. м.т.) отношение давления газов в цилиндре к дав лению газов в выпускном трубопроводе более критического, н газы текут через клапан с критической скоростью. Это продол жается до поворота коленчатого вала после и. м. т. на угол,. примерно равный углу «предварения открытия». В этот период вытекает около половины всей массы газа, находящегося в ци линдре. Примерно к концу этого периода отношение давлений становится меньше критического и скорость газов в клапане уменьшается до 80 м/с. Поршень, движущийся к в. м. т., вы талкивает газы из цилиндра. В последний период выпуска, после в. м. т., истечение газов из цилиндра происходит вслед ствие инерции потока; их количество может составлять 1—2%.
Кроме существенной разницы в величинах и характере ско ростей газов, проходящих через клапанное отверстие в'разные периоды выпуска, в этом процессе так же, как и при впуске, имеют место колебания давлений в трубопроводе и цилиндре. Значительно изменяющаяся скорость газа не позволяет исполь зовать метод расчета диаметра выпускного клапана, аналогич ный методу расчета диаметра впускного клапана. Поэтому можно пользоваться соотношениями, характерными для трак торных дизелей:
^sas. = 0,8-*- 1,0,
где dahm и d m — меньшие диаметры тарелок выпускного и впу скного клапанов.
Увеличение числа клапанов на цилиндр является эффектив ным способом повышения наполнения с целью форсирования ди зеля. Наиболее часто при этом делают по два впускных н вы пускных клапана на цилиндр. Встречаются дизели, у которых удвоено только число впускных клапанов. Некоторое усложне ние конструкции распределительного механизма оправдывается получаемым эффектом. При увеличении числа клапанов умень шается скорость воздуха (газов) и, следовательно, уменьшаются насосные потери. Это позволяет снизить среднее индикаторное
31
давление, что вместе с повышением наполнения дизеля приводит к улучшению топливной экономичности.
Исследования, проведенные на одноцилиндровой установке с диаметром цилиндра 130 мм и ходом поршня 110 мм, показали
р,кгс/см2'' р, кгс/см2
Рис. 10. |
Индикаторная диаграмма на |
Рис. 11. |
Индикаторная |
диаграмма |
||
сосных |
ходов при одном впускном |
насосных |
ходов |
при двух |
впускных |
|
и одном |
выпускном |
клапанах и час |
п двух выпускных клапанах на |
|||
тоте вращения |
2100 об/мин |
цилиндр |
и |
частоте |
вращения |
|
|
|
|
|
2100 |
об/мин |
|
существенную разницу в среднем давлении р и. х насосных по терь при двух и четырех клапанах. Эти потери определялись
индицировапием |
насосных ходов. |
На |
рис. |
10 и |
11 |
показаны ин |
|||||||
|
|
|
|
дикаторные |
диаграммы |
при |
п — |
||||||
■Рш,кгс/смг |
Дрнж,кгс/см2 |
= 2100 |
об/мин |
и |
ре = 4,4 |
кгс/см2, |
|||||||
|
|
|
|
построенные по ходу поршня. Сред |
|||||||||
|
|
|
|
нее давление насосных потерь при |
|||||||||
|
|
|
|
двух |
клапанах, |
приблизительно |
|||||||
|
|
|
|
равное |
0,53 |
|
кгс./см2, уменьшается |
||||||
|
|
|
|
приблизительно до 0,26 кгс/см2 при |
|||||||||
|
|
|
|
четырех |
клапанах, |
т. |
е. |
|
почти в |
||||
|
|
|
|
2 раза. Результаты индицирования |
|||||||||
|
|
|
|
насосных ходов при разных часто |
|||||||||
|
|
|
|
тах вращения |
показаны на |
рис. |
12 |
||||||
|
|
|
|
в виде зависимости среднего дав |
|||||||||
|
|
|
|
ления насосных потерь от частоты |
|||||||||
Рис. 12. Изменение |
среднего |
вращения при |
постоянном |
|
среднем |
||||||||
давления ри. х насосных потерь |
эффективном |
|
давлении, |
|
равном |
||||||||
в зависимости от частоты |
вра |
4,4 кгс/см2. Разница между величи |
|||||||||||
щения /г при постоянном |
сред |
||||||||||||
нем |
эффективном |
давлении |
нами рп.х для двух и четырех кла |
||||||||||
|
р,, = 4,4 кгс/см-: |
|
панов резко возрастает с увеличе |
||||||||||
/ — при |
двух клапанах; |
2 — при че |
нием |
частоты |
вращения. |
Обе кри |
|||||||
|
тырех клапанах |
|
вые |
представляют |
зависимость |
||||||||
|
|
|
|
||||||||||
Зависимость |
|
|
/Лг.х = |
/ ( « |
2) . |
|
|
|
|
|
|
|
|
р„. х — f ( n 2) |
объясняется тем, что скорость воз |
||||||||||||
духа |
в клапанах пропорциональна |
средней скорости |
|
поршня, |
т. е. частоте вращения, а потери в клапанах пропорциональны квадрату скорости воздуха или частоты вращения. При увели чении проходного сечения клапанов путем увеличения их диа
32
метра пли числа соответственно уменьшается скорость возду ха в обратно пропорциональной зависимости. Поэтому отноше ние средних давлении насосных потерь в случае изменения диа
метра |
или числа клапанов может быть |
записано |
так: |
|
|
|||||||
|
|
|
Р„.х.ф ^ |
/ |
‘У 11 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рп.х |
\ ^к.ф"'Ф |
|
|
|
|
|
|
||
где |
ри. х. ф и рц. х — средние |
давления |
|
насосных |
потерь |
в |
||||||
|
di:. И) |
кгс/см2; |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
и dn — диаметры клапанов в мм; |
|
|
|
|
|||||||
|
т.ф и т — число впускных клапанов на цилиндр. |
|
||||||||||
В этой формуле не учитываются возможные изменения дав |
||||||||||||
лений |
перед клапанами и коэффициентов |
расхода. |
Однако |
ре- |
||||||||
|
1 1 I |
|
|
|
Чу |
|
|
|
|
|
( |
|
Чу |
|
|
|
|
|
|
/ |
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
0,85 |
.---- i---- L _i |
: |
|
0,85 |
|
|
- \ |
|
|
|
|
|
0,80 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,71, |
1 |
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5 |
6 |
7ре,кго/см |
||||
1200 |
|
|
|
|
|
|
|
|||||
Рис. 13. Изменение коэффициента |
Рис. 14. Изменение коэффициента напол |
|||||||||||
наполнения рг в зависимости от |
нения |
и I- |
в зависимости |
от |
среднего |
|||||||
частоты вращения п и постоянном |
эффективного |
давления ра |
при постоян |
|||||||||
среднем |
эффективном давлении |
ной частоте |
вращения |
п = 2000 |
об/мнн: |
|||||||
|
д .= 7 |
кгс/см2: |
/ — при |
четырех |
клапанах; |
2 — при |
двух |
кла |
||||
/ — при |
четырех |
клапанах; 2 — при |
|
|
|
|
панах |
|
|
|
|
|
|
при двух |
клапанах |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
зультаты расчета по ней дают достаточно хорошую сходимость с экспериментальными данными.
Изменение коэффициента наполнения дизеля при увеличе нии числа клапанов показано на рис. 13. Исследование прово дилось на экспериментальном тракторном дизеле. Кривые по казывают зависимости коэффициента наполнения pv от частоты вращения. Увеличение коэффициента наполнения при четырех клапанах на цилиндр по сравнению с его значениями при двух клапанах па цилиндр составляет примерно от 4,0 до 12%, дости гая максимума при 2000 об/мин.
На рис. 14 показано изменение коэффициента наполнения в зависимости от среднего эффективного давления при постоянной частоте вращения 2000 об/мин, при четырех и двух клапанах на цилиндр. При изменении среднего эффективного давления от 3 до 7 кгс/см2 коэффициент наполнения при двух клапанах уменьшается от 0,82 до 0,77, т. е. па 5%. При четырех клапанах уменьшение рг в большем диапазоне ре (от 3 до 8 кгс/см2) про исходит от 0,86 до 0,34, всего на 2,0%. Большее число клапанов обеспечивает не только увеличение рг , но и более пологое рас положение кривой ру.
2 Б. Л. Взоров |
33 |
5. АКУСТИЧЕСКИЙ НАДДУВ
Периодические открытия впускных клапанов, изменяющиеся в процессе впуска скорость поршня и давление в цилиндре вызы вают вынужденные колебания давления во впускном трубопро воде. После закрытия впускного клапана эти колебания стано вятся свободными (собственными), затухающими. В процессе затухания может возникнуть новый импульс вынужденных ко лебаний, в частности в мпогоцплнпдровом дизеле вследствие от крытия клапана другого цилиндра. При равенстве или кратно сти частот вынужденных и свободных колебаний наступает ре зонанс и повышается давление в трубопроводе. Если это проис ходит в последний период впуска, после н. м. т., перед закрытием клапана, то наполнение дизеля увеличивается. По аналогии с колебательными процессами в акустике такое повы шение давления при впуске получило название акустического наддува, называемого также иногда резонансным.
Теоретические и экспериментальные исследования показали, что акустический наддув может быть получен только при опре деленной, «резонансной» длине трубопровода и определенном диапазоне частоты вращения. Вместе с тем трубопровод дли ной, подобранной для одной, например номинальной, частоты вращения, обеспечивает также некоторое повышение давления и при другой частоте вращения, что проявляется в волнообраз ном характере изменения коэффициента наполнения по частоте вращения, например у дизеля Д-240 (см. рис. 5). Однако уве личение наполнения неодинаково для разных частот вращения. Для тракторного дизеля характерны два наиболее часто ис пользуемых скоростных режима: при номинальной мощности и максимальном крутящем моменте.
Теоретически «резонансная» длина трубопровода / в м мо жет быть определена по формуле О. Лутца [26]:
|
|
|
( 12) |
где |
п= 340 — скорость звука в воздухе |
в м/с; |
|
|
со — частота колебаний в Гц, |
|
|
|
2лnik |
Ц, |
(13) |
|
со = ------- |
||
|
60т |
|
|
где |
п — частота вращения в об/мин; |
|
|
|
/ — число цилиндров; |
|
(1, 2, 3, . . .,) *; |
|
/г — порядок гармоники колебаний |
||
т = 2 — коэффициент тактностн |
для четырехтактных дизелей. |
* Для четырехцплиидрового двигателя характерной является четвертая гармоника, т. е. к = 4.
34
Подставляя все известные значения в формулу (12), полу чаем длину в м:
/ = Ю 8 ^ . |
(14) |
nik |
к J |
Величина /, определяемая по этой формуле, является услов ной, так как резонанс зависит не только от длины трубы, но йот ее конструкции. По формуле (12), несмотря па некоторые допу щения при ее выводе, можно получить результаты, наиболее совпадающие с экспериментальными данными (отличие от них всего па 2—3%). Попытка уточнения формулы учетом увеличе ния объема системы при открытии клапана вследствие прибав ления объема цилиндра, освобождаемого движущимся поршнем J2], привела к значительно большему расхождению с экспери ментом, примерно до 28% [15]. В результате некоторых иссле дований, сделанных достаточно строго, получены формулы, поз воляющие вычислять давление в трубопроводе в любой его точ ке и в любой момент времени, но не содержащих связи между давлением и длиной трубопровода [24].
Как уже упоминалось, частота вращения при максималь ном крутящем моменте составляет 0,75—0,80 от номинальной частоты вращения, п хотя это сравнительно небольшой диапа зон, необходимые длины трубопроводов, определяемые по фор муле (12), будут неодинаковыми для этих двух частот враще ния. Поэтому, имея в виду, что для получения необходимого запаса крутящего момента приходится увеличивать цикловую подачу топлива, сохраняя при этом допустимый коэффициент избытка воздуха а, следует подбирать длину трубопровода, соз дающую резонанс на режиме максимального крутящего мо мента.
В многоцилиндровом дизеле трубопровод имеет ответвления, повороты и переменное сечение. В работе О. Лутца показано, что для такого трубопровода также применима формула (12). При площади ответвления, равной половине сечения основного трубопровода, по формуле (12) можно получить величину /, эквивалентную сумме длин основного трубопровода и одного ответвления. Это важно, и О. Лутц показал экспериментально, что его метод позволяет подбирать трубопроводы даже для 12-цилиндрового дизеля. При этом повышение давления в тру бопроводе составляло 25%•
С целью упрощения подбора трубопровода предложен метод ]22], предусматривающий сочетание расчета по формуле (12) и эксперимента с трубопроводом произвольной длины. При ис пытании па дизеле трубопровода произвольной длины, которая может быть и не «резонансной», записываются с помощью ос циллографа свободные колебания, по которым определяется длина волны Я]. Входящее в формулу (13) отношение г'/т пред
2* 35