Усовершенствование впускной системы rcv-двиг ателя

УДК 621.437

УСОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ВПУСКНОЙ СИСТЕМЫ

ЯСУ-ДВИГАТЕЛЯ

М.Ю. Елагин, И.Ю. Лунин, Р.Н. Хмелев

Установление зависимости коэффициента наполнения цилиндра от изменения длины впускного коллектора двигателя с вращающимся цилиндром-клапаном.

Ключевые слова: коэффициент наполнения, впускной трубопровод, математическая модель.

Экспериментальные исследования представленные в [1] позволяют проследить за влиянием на наполнение цилиндра двигателя и другие показатели газообмена не только особенностей впускной системы в целом, но и каждого ее элемента, в частности таких конструктивных параметров как длина и проходное сечение впускного трубопровода.

Изменение коэффициента наполнения при изменении длины отдельных участков впускной системы в основном обуславливается изменением частоты собственных колебаний воздушного столба. С увеличением длины впускных трубопроводов, как следует из [1] при низких частотах вращения коленчатого вала коэффициент наполнения увеличивается, а при высоких - уменьшается. Последнее объясняется неоднозначным влиянием скорости неустановившегося потока на характер и амплитуду колебания давления.

Интенсивность колебания давления и скорости неустановившегося потока во впускном коллекторе поршневых двигателей повышается с увеличением средней скорости потока. Однако одновременно растут и аэродинамические потери, обуславливающие уменьшение амплитуды колебаний и запаздывание прихода к впускным клапанам переднего фронта первой отраженной волны давления. В результате после превышения некоторых значений средней скорости потока коэффициент наполнения начинает уменьшаться (рис. 1) [1]. При этом более низкие значения средней скорости относятся к длинным трубопроводам, а более высокие - к коротким.

Из анализа представленных результатов следует, что использование впускного трубопровода переменной длины позволит повысить коэффициент наполнения в широком диапазоне частот вращения.

В настоящей работе предлагается методика расчета и проектирования впускного трубопровода двигателя с вращающимся клапаном-цилиндром включающая математическую модель двигателя, построенную на основе методологии термодинамики открытых систем [2] и математическую модель впускного трубопровода, реализующую одномерное нестационарное течение газа [3]. Расчет течения производился методом Годуно-

ва [4], усовершенствованным Г.В. Гогричиани для расчета пневмосистем [5]. Использование такого подхода позволяет достаточно просто определить давление газа в трубопроводе с постоянными и переменными местными сопротивлениями (внезапное расширение или сужение), поворотами, с любым числом разветвлений. В основу математической модели течения газа во впускном трубопроводе положена система дифференциальных уравнений, представляющих собой математическое выражение основных законов сохранения (массы, импульса, энергии) потока газа. В качестве замыкающего уравнения - калорическое уравнение состояния газа.

При построении математической модели течения газа в трубопроводе были приняты следующие допущения: газ идеальный, течение считается одномерным, потери на трение принимаются квазистационарными, теплообмен не учитывается.

На основе построенных математических моделей была разработана методика расчета рабочего процесса ЯСУ - двигателя, позволившая исследовать влияние основных геометрических параметров впускного трубопровода двигателя на его энергетические характеристики.

Анализ результатов расчетов позволяет сделать вывод об их качественном совпадении с экспериментальными результатами, представленными в работе [1].

В дальнейшем теоретические исследования велись для ЯСУ- двигателя, у которого менялась длина впускного трубопровода в зависимости от частоты вращения коленчатого вала. Принципиальная схема устройства, реализующего принцип постоянного изменения длины впускного трубопровода приведена на рис. 1.

постоянного изменения длины впускного трубопровода 1 - вал; 2 - ребра; 3 - внутреннее (подвижное) кольцо ресивера;

4 - внешний корпус ресивера

Результаты расчетов, проведенные при изменении длины впускного трубопровода в зависимости от частоты вращения вала приведены в таблицах 1, 2 и на рис. 1.

Таблица 1

Коэффициент наполнения

п, об/мин Длина впускного трубопровода, м

0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7

5000 0,933 0,952 1,016 1,095 1,125 1,125 1,110

6000 0,931 0,986 1,076 1,132 1,125 1,096 -

7000 0,933 1,023 1,107 1,112 1,075 - -

8000 0,944 1,043 1,093 1,058 - - -

9000 0,944 1,041 1,049 0,988 - - -

10000 0,937 1,020 0,988 - - - -

в

т о

1,14 1,12 1,1 1,08 1,06 1,04 1,02 1

0,98 0,96 0,94 0,92

0,1

0,2 0,3 0,4 0,5

Длина впускного трубопровода, м

0,6

0,7

п=5000 об/мин п=8000 об/мин

п=6000 об/мин п=9000 об/мин

п=7000 об/мин п=10000 об/мин

Рис. 2. Влияние длины впускного трубопровода на коэффициент наполнения при различных частотах вращения вала двигателя

Таблица 2

,ог _3

п, об/мин Длина впускного трубопровода, м

0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7

5000 4590 4710 5110 5620 5810 5800 5700

6000 5520 5940 6640 7080 7030 6780 -

7000 6420 7240 8050 8080 7720 - -

8000 7380 8430 8980 8590 - - -

9000 8160 9330 9440 8670 - - -

10000 8790 9920 9480 - - - -

На основании этих результатов можно получить закон изменения длины впускного трубопровода от числа оборотов двигателя позволяющий реализовать принцип постоянного изменения длины впускного трубопровода.

L тр = 0,8 - 0,6 -10 - 3n,

где LXp - длина впускного трубопровода, м; n - частота вращения вала двигателя, об/мин.

Расчеты, проведенные для двигателя с вращающимся цилиндром-клапаном (RCV-Engine) показали, что только за счет более рационального использования газодинамических явлений в трубопроводе впускного коллектора двигателя, можно улучшить его мощностные характеристики на 810 %.

Список литературы

1. Расчетное определение параметров конструкции впускной системы и газораспределения двигателей с индивидуальным питанием цилиндров и с впрыском бензина (РТМ 37.001.040-77). М.: МАП, 1977. 160 с.

2. Елагин М.Ю. Математическая модель и теоретические исследования рабочих процессов многоцилиндровых двигателей внутреннего сго-рания/М.Ю. Елагин, И.В. Кузьмина// Изв. ТулГУ. Автомобильный транспорт. Тула, ТулГУ, 1999. С 104-107.

3. Малиованов М.В. Разработка математической модели течения газа в трубопроводе двигателя/М.В. Малиованов, Г.В. Поздеев, Р.Н. Хмелев// Изв. ТулГУ. Автомобильный транспорт. Тула, ТулГУ, 1999. С 89-92.

4. Численное решение многомерных задач газовой динамики/ С.К. Годунов [и др.]. М: Наука, 1976. 276 с.

5. Гогричиани Г.В. Переходные процессы в пневматических систе-мах/Г.В. Гогричиани, А.В. Шипилин. М.: Машиностроение, 1986. 138 с.

6. Елагин М.Ю. Модернизация впускной системы автомобильного двигателя/М.Ю. Елагин, В.В. Смекалин, Р.Н. Хмелев// Изв. ТулГУ. Автомобильный транспорт. Тула, ТулГУ, 2005. С 96-100.

Елагин Михаил Юрьевич, д-р техн. наук, проф., ivanlunin89@mailru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,

Лунин Иван Юрьевич, асп., ivanlunin89@mailru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,

Хмелев Роман Николаевич, д-р техн. наук, проф., ivanlunin89@mailru, Россия, Тула, Тульский государственный университет

IMPROVEMENT OF THE INTAKE MANIFOLD OF THE ROTARY CYLINDER VAL VE

ENGINE

M..Y. Yelagin, I.Y. Lunin, M.N. Yakovlev 229

Depending on the identification between filling ratio of the cylinder and change in lehgth of the intake manifold of the rotary cylinder valve engine

Key words: filling ratio, manifold, mathematical model

Yelagin Mikhail Yurievich, doctor of technical sciences, professor, ivanlu-nin89@mail.ru, Russia, Tula, Tula State University,

Lunin Ivan Yurievich , postgraduate, ivanlunin89@mail.ru, Russia, Tula, Tula State University,

Khmelev Roman Nikolaevich, doctor of technical sciences, professor, ivanlu-nin89@mail.ru, Russia, Tula, Tula State University

УДК 621. 892.1

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЕ ПРОДУКТОВ ТЕМПЕРАТУРНОЙ ДЕСТРУКЦИИ НА ПРОЦЕССЫ ОКИСЛЕНИЯ МИНЕРАЛЬНОГО

МОТОРНОГО МАСЛА

Б.И. Ковальский, Ю.Н. Безбородов, Д.В. Агровиченко, А.В. Берко, В.Г. Шрам

Представлены результаты исследования состава продуктов окисления предварительно термостатированного минерального моторного масла «Лукойл Стандарт 10W-40 SF/СС» в диапазоне температур от 140 до 240 °С. Определено влияние продуктов температурной деструкции на процессы окисления и испарения.

Ключевые слова: термоокислительная стабильность, температурная стойкость, первичные и вторичные продукты окисления, скорость окисления, энергия, поглощенная продуктами окисления, потенциальный ресурс, скорость поглощения тепловой энергии.

В процессе эксплуатации двигателей внутреннего сгорания моторные масла подвергаются окислению, температурной и механической дест-рукциям. Продукты окисления и неполного сгорания топлива ускоряют химические реакции с металлическими поверхностями деталей. Все эти процессы протекают на поверхностях трения одновременно в тонких масляных слоях. В этой связи важное значение приобретают исследования влияния продуктов температурной деструкции на процессы окисления, т.к. это позволяет установить температурную область работоспособности моторных масел, что является целью настоящих исследований.

Для исследования применялись следующие средства контроля и измерения: прибор для определения термоокислительной стабильности;

230