Analisis proses gas-dinamis dari sistem pembuangan mesin pembakaran internal. Masykur Mahmud a. model matematika dinamika gas dan proses perpindahan panas dalam sistem intake dan exhaust mesin pembakaran internal. Untuk pipa dengan penampang persegi

UDC 621.436

PENGARUH RESISTENSI AERODINAMIKA SISTEM INTAKE DAN EXHAUST MESIN MOBIL TERHADAP PROSES PERTUKARAN GAS

L.V. Plotnikov, B.P. Zhilkin, Yu.M. Brodov, N.I. Grigoriev

Makalah ini menyajikan hasil studi eksperimental pengaruh drag aerodinamis sistem intake dan exhaust mesin piston pada proses pertukaran gas. Eksperimen dilakukan pada model skala penuh dari mesin pembakaran internal satu silinder. Instalasi dan teknik melakukan percobaan dijelaskan. Ketergantungan perubahan kecepatan sesaat dan tekanan aliran di jalur gas-udara mesin pada sudut rotasi disajikan. poros engkol. Data diperoleh pada berbagai koefisien resistensi inlet dan sistem pembuangan dan kecepatan poros engkol yang berbeda. Berdasarkan data yang diperoleh, ditarik kesimpulan tentang fitur dinamis proses pertukaran gas di mesin dalam berbagai kondisi. Terlihat bahwa penggunaan penekan kebisingan menghaluskan denyut aliran dan mengubah karakteristik aliran.

Kata kunci: mesin reciprocating, proses pertukaran gas, dinamika proses, laju aliran dan pulsasi tekanan, penekan kebisingan.

Perkenalan

Untuk sistem intake dan exhaust mesin piston pembakaran dalam sejumlah persyaratan diberlakukan, di antaranya yang utama adalah pengurangan kebisingan aerodinamis maksimum dan hambatan aerodinamis minimum. Kedua indikator ini ditentukan dalam kaitannya dengan desain elemen filter, peredam intake dan exhaust, catalytic converter, adanya boost (kompresor dan / atau turbocharger), serta konfigurasi pipa intake dan exhaust serta sifatnya. aliran di dalamnya. Namun, hampir tidak ada data tentang efeknya elemen tambahan sistem intake dan exhaust (filter, muffler, turbocharger) pada dinamika aliran gas di dalamnya.

Artikel ini menyajikan hasil studi tentang pengaruh resistensi aerodinamis sistem intake dan exhaust pada proses pertukaran gas dalam kaitannya dengan mesin piston dimensi 8.2/7.1.

Pengaturan eksperimental

dan sistem pendataan

Studi tentang pengaruh hambatan aerodinamis sistem gas-udara pada proses pertukaran gas dalam mesin pembakaran internal bolak-balik dilakukan pada model skala penuh dari mesin satu silinder berdimensi 8.2 / 7.1, digerakkan ke rotasi motor asinkron, kecepatan poros engkol yang diatur dalam kisaran n = 600-3000 mnt1 dengan akurasi ± 0,1%. Pengaturan eksperimental dijelaskan secara lebih rinci dalam .

Pada ara. 1 dan 2 menunjukkan konfigurasi dan dimensi geometris saluran masuk dan keluar dari pengaturan eksperimental, serta lokasi sensor untuk mengukur seketika

nilai kecepatan rata-rata dan tekanan aliran udara.

Untuk mengukur nilai tekanan sesaat pada aliran (statis) pada saluran px digunakan sensor tekanan £-10 dari WIKA yang waktu responnya kurang dari 1 ms. Kesalahan pengukuran tekanan rata-rata akar kuadrat relatif maksimum adalah ± 0,25%.

Anemometer hot-wire digunakan untuk menentukan kecepatan aliran udara sesaat wx suhu konstan desain asli, elemen sensitifnya adalah benang nichrome dengan diameter 5 mikron dan panjang 5 mm. Kesalahan akar-mean-kuadrat relatif maksimum dalam mengukur kecepatan wx adalah ± 2,9%.

Pengukuran kecepatan poros engkol dilakukan dengan menggunakan penghitung takometrik yang terdiri dari piringan bergigi yang dipasang pada poros engkol dan sensor induktif. Sensor menghasilkan pulsa tegangan dengan frekuensi yang sebanding dengan kecepatan putaran poros. Pulsa ini digunakan untuk mencatat kecepatan putar, menentukan posisi poros engkol (sudut φ) dan momen piston melewati TDC dan BDC.

Sinyal dari semua sensor diumpankan ke konverter analog-ke-digital dan ditransfer ke komputer pribadi untuk diproses lebih lanjut.

Sebelum percobaan, dilakukan kalibrasi statis dan dinamis dari sistem pengukuran secara keseluruhan, yang menunjukkan kecepatan yang diperlukan untuk mempelajari dinamika. proses dinamis gas dalam sistem intake dan exhaust mesin piston. Total root-mean-square error percobaan pada pengaruh hambatan aerodinamis gas-udara sistem ICE pada proses pertukaran gas adalah ±3,4%.

Beras. Gambar 1. Konfigurasi dan dimensi geometris saluran masuk dari pengaturan eksperimental: 1 - kepala silinder; 2 - pipa saluran masuk; 3 - pipa pengukur; 4 - sensor anemometer hot-wire untuk mengukur kecepatan aliran udara; 5 - sensor tekanan

Beras. Gambar 2. Konfigurasi dan dimensi geometris saluran pembuangan dari pengaturan eksperimental: 1 - kepala silinder; 2 - bagian kerja - pipa knalpot; 3 - sensor tekanan; 4 - sensor termoanemometer

Pengaruh elemen tambahan pada dinamika gas dari proses masuk dan keluar dipelajari pada berbagai koefisien resistansi sistem. Resistensi dibuat menggunakan berbagai filter masuk dan keluar. Jadi, sebagai salah satunya, digunakan filter udara mobil standar dengan koefisien resistansi 7,5. Filter kain dengan koefisien resistansi 32 dipilih sebagai elemen filter lainnya Koefisien resistansi ditentukan secara eksperimental dengan tiupan statis dalam kondisi laboratorium. Studi juga dilakukan tanpa filter.

Pengaruh drag aerodinamis pada proses intake

Pada ara. 3 dan 4 menunjukkan ketergantungan laju aliran udara dan tekanan px di saluran intake

le dari sudut putaran poros engkol φ pada kecepatan yang berbeda dan saat menggunakan berbagai filter masuk.

Telah ditetapkan bahwa dalam kedua kasus (dengan dan tanpa peredam), denyut tekanan dan kecepatan aliran udara paling menonjol pada kecepatan poros engkol yang tinggi. Pada saat yang sama, di saluran masuk dengan peredam, nilainya kecepatan tertinggi aliran udara, seperti yang diharapkan, lebih sedikit daripada di saluran tanpa itu. Paling

m>x, m/s 100

Pembukaan 1 III 1 1 III 7 1 £*^3 111 o

Katup EGPC 1 111 II ty. [Tertutup . 3

§ P* ■-1 * £ l P-k

// 11" Y'\ 11 I III 1

540 (r.graE.p.k.y. 720 VMT NMT

1 1 Pembukaan -gbptssknogo-! katup A l 1 D 1 1 1 Tertutup^

1 jam Katup BPC "X 1 1

| |A J __ 1 \__MJ \y T -1 1 \ K /\ 1 ^ V/ \ / \ " W) y /. \ /L /L "Pch -o- 1\__ V / -

1 1 1 1 1 1 1 | 1 1 ■ ■ 1 1

540 (r.grO.p.k.b. 720 TDC nmt

Beras. Gambar 3. Ketergantungan kecepatan udara wх di saluran masuk pada sudut putaran poros engkol φ pada kecepatan poros engkol yang berbeda dan elemen filter yang berbeda: a - n = 1500 mnt-1; b - 3000 menit-1. 1 - tanpa filter; 2 - filter udara standar; 3 - filter kain

Beras. Gambar 4. Ketergantungan tekanan px pada saluran masuk pada sudut putaran poros engkol φ pada frekuensi putaran poros engkol yang berbeda dan elemen filter yang berbeda: a - n = 1500 min-1; b - 3000 menit-1. 1 - tanpa filter; 2 - filter udara standar; 3 - filter kain

ini terwujud dengan jelas pada kecepatan poros engkol yang tinggi.

Setelah menutup katup saluran masuk, tekanan dan kecepatan aliran udara di saluran dalam semua kondisi tidak menjadi sama dengan nol, tetapi beberapa fluktuasinya diamati (lihat Gambar 3 dan 4), yang juga merupakan karakteristik dari proses pembuangan ( Lihat di bawah). Pada saat yang sama, pemasangan peredam masuk menyebabkan penurunan denyut tekanan dan kecepatan aliran udara dalam semua kondisi, baik selama proses pemasukan maupun setelah menutup katup masuk.

Pengaruh aerodinamis

resistensi terhadap proses pelepasan

Pada ara. Gambar 5 dan 6 menunjukkan ketergantungan laju aliran udara wx dan tekanan px di saluran pembuangan pada sudut putaran poros engkol φ pada kecepatan poros engkol yang berbeda dan saat menggunakan berbagai filter pembuangan.

Studi dilakukan untuk kecepatan poros engkol yang berbeda (dari 600 hingga 3000 mnt1) pada tekanan berlebih yang berbeda di outlet p (dari 0,5 hingga 2,0 bar) tanpa dan dengan peredam.

Telah ditetapkan bahwa dalam kedua kasus (dengan dan tanpa peredam) denyut kecepatan aliran udara paling terasa pada kecepatan poros engkol rendah. Pada saat yang sama, di saluran pembuangan dengan peredam, nilai laju aliran udara maksimum tetap sama

kira-kira sama dengan tanpa itu. Setelah katup buang ditutup, laju aliran udara di saluran dalam semua kondisi tidak menjadi sama dengan nol, tetapi beberapa fluktuasi kecepatan diamati (lihat Gambar 5), yang juga merupakan karakteristik dari proses pemasukan (lihat di atas). Pada saat yang sama, pemasangan peredam knalpot menyebabkan peningkatan yang signifikan dalam denyut kecepatan aliran udara dalam semua kondisi (terutama pada p = 2,0 bar) baik selama proses pembuangan maupun setelah menutup katup buang.

Perlu diperhatikan efek kebalikan dari hambatan aerodinamis terhadap karakteristik proses intake pada mesin pembakaran dalam, dimana saat digunakan penyaring udara efek pulsasi selama asupan dan setelah penutupan katup masuk hadir, tetapi memudar dengan jelas lebih cepat daripada tanpa itu. Pada saat yang sama, keberadaan filter dalam sistem intake menyebabkan penurunan laju aliran udara maksimum dan melemahnya dinamika proses, yang sesuai dengan hasil yang diperoleh sebelumnya di .

Peningkatan hambatan aerodinamis sistem pembuangan menyebabkan beberapa peningkatan tekanan maksimum dalam proses pelepasan, serta pergeseran puncak di luar TDC. Namun dapat dicatat bahwa pemasangan peredam knalpot menghasilkan pengurangan denyut tekanan aliran udara dalam semua kondisi, baik selama proses pembuangan maupun setelah katup buang ditutup.

S. m/s 118 100 46 16

1 1 c. T "AAi c t 1 Menutup katup MPC

Pembukaan Kental |<лапана ^ 1 1 А ікТКГ- ~/М" ^ 1

""" i | y i \/ ~ ^

540 (r, hornbeam, p.k.y. 720 NMT VMT

Beras. Gambar 5. Ketergantungan kecepatan udara wx di saluran pembuangan pada sudut putaran poros engkol φ pada kecepatan poros engkol yang berbeda dan elemen filter yang berbeda: a - n = 1500 min-1; b - 3000 menit-1. 1 - tanpa filter; 2 - filter udara standar; 3 - filter kain

Rx. 5PR 0,150

1 1 1 1 1 1 1 1 1 II 1 1 1 II 1 1 "A 11 1 1 / \ 1.', dan II 1 1

Pembukaan | yiptssknogo 1 _valve L7 1 h і _ / 7 / ", G y 1 \ H Menutup btssknogo G / KGkTї alan -

h-" 1 1 1 1 1 i 1 L L _l/ i i h/ 1 1

540 (r, peti mati, hal.6.720

Beras. Gambar 6. Ketergantungan tekanan px pada saluran pembuangan pada sudut putaran poros engkol φ pada frekuensi putaran poros engkol yang berbeda dan elemen filter yang berbeda: a - n = 1500 min-1; b - 3000 menit-1. 1 - tanpa filter; 2 - filter udara standar; 3 - filter kain

Berdasarkan pemrosesan ketergantungan perubahan laju aliran untuk satu siklus, perubahan relatif aliran udara volumetrik Q melalui saluran pembuangan dihitung saat peredam dipasang. Telah ditetapkan bahwa pada tekanan berlebih rendah di saluran keluar (0,1 MPa), laju aliran Q dalam sistem pembuangan dengan peredam lebih rendah daripada di sistem tanpa peredam. Pada saat yang sama, jika pada kecepatan poros engkol 600 mnt-1 perbedaan ini kira-kira 1,5% (yang terletak di dalam kesalahan), maka pada n = 3000 mnt-1 perbedaan ini mencapai 23%. Terlihat bahwa untuk tekanan berlebih yang tinggi sama dengan 0,2 MPa, tren sebaliknya diamati. Aliran volume udara melalui lubang pembuangan dengan peredam lebih besar daripada di sistem tanpa peredam. Pada saat yang sama, pada kecepatan poros engkol rendah, kelebihan ini adalah 20%, dan pada n = 3000 menit1 - hanya 5%. Menurut penulis, efek ini dapat dijelaskan dengan beberapa perataan pulsasi kecepatan aliran udara di sistem pembuangan dengan adanya peredam.

Kesimpulan

Studi tersebut menunjukkan bahwa proses intake pada mesin pembakaran dalam piston secara signifikan dipengaruhi oleh hambatan aerodinamis dari saluran intake:

Peningkatan resistansi elemen filter menghaluskan dinamika proses pengisian, tetapi pada saat yang sama mengurangi laju aliran udara, yang karenanya mengurangi faktor pengisian;

Pengaruh filter meningkat dengan meningkatnya frekuensi putaran poros engkol;

Nilai ambang koefisien resistansi filter (sekitar 50-55) ditetapkan, setelah itu nilainya tidak mempengaruhi aliran.

Pada saat yang sama, terlihat bahwa hambatan aerodinamis dari sistem pembuangan juga secara signifikan mempengaruhi dinamika gas dan karakteristik aliran dari proses pembuangan:

Peningkatan ketahanan hidraulik sistem pembuangan pada mesin pembakaran dalam piston menyebabkan peningkatan denyut kecepatan aliran udara di saluran pembuangan;

Pada tekanan berlebih rendah di saluran keluar dalam sistem dengan peredam, terjadi penurunan aliran volume melalui saluran pembuangan, sedangkan pada p tinggi, sebaliknya, meningkat dibandingkan dengan sistem pembuangan tanpa peredam.

Dengan demikian, hasil yang diperoleh dapat digunakan dalam praktik perekayasaan untuk memilih karakteristik peredam masuk dan keluar secara optimal, yang dapat menjadi positif.

efek yang signifikan pada pengisian silinder dengan muatan baru (faktor pengisian) dan kualitas pembersihan silinder mesin dari gas buang (rasio gas sisa) pada mode operasi kecepatan tinggi tertentu dari mesin pembakaran internal bolak-balik.

literatur

1. Draganov, B.Kh. Desain saluran masuk dan keluar mesin pembakaran internal / B.Kh. Draganov, M.G. Kruglov, V. S. Obukhova. - Kyiv: Sekolah Vishcha. Kepala penerbit, 1987. -175 hal.

2. Mesin pembakaran dalam. Dalam 3 buku. Buku. 1: Teori proses kerja: buku teks. / V.N. Lukanin, K.A. Morozov, A.S. Khachiyan dan lainnya; ed. V.N. Lukanin. - M.: Lebih tinggi. sekolah, 1995. - 368 hal.

3. Sharoglazov, B.A. Mesin pembakaran internal: teori, pemodelan dan perhitungan proses: buku teks. pada kursus "Teori proses kerja dan pemodelan proses pada mesin pembakaran internal" / B.A. Sharoglazov, M.F. Farafontov, V.V. Klementev; ed. terhormat aktivitas Sains RF B.A. Sharoglazov. - Chelyabinsk: YuUrGU, 2010. -382 hal.

4. Pendekatan modern dalam pembuatan mesin diesel untuk mobil dan truk kecil

Zovikov /A.D. Blinov, P.A. Golubev, Yu.E. Dragan dan lainnya; ed. V. S. Paponov dan A. M. Mineev. - M.: NITs "Insinyur", 2000. - 332 hal.

5. Studi eksperimental proses gas-dinamis dalam sistem asupan mesin piston / B.P. Zhilkin, L.V. Plotnikov, S.A. Korzh, I.D. Larionov // Dvigatelestroyeniye. - 2009. - No. 1. - S. 24-27.

6. Tentang perubahan dinamika gas pada proses pembuangan pada mesin pembakaran dalam bolak-balik saat memasang peredam / L.V. Plotnikov, B.P. Zhilkin, A.V. Krestovskikh, D.L. Padalyak // Buletin Akademi Ilmu Militer. -2011. - Nomor 2. - S. 267-270.

7. Pat. 81338 EN, IPC G01 P5/12. Anemometer termal suhu konstan / S.N. Plokhov, L.V. Plotnikov, B.P. Zhilkin. - Nomor 2008135775/22; Desember 09/03/2008; publ. 10.03.2009, Banteng. Nomor 7.

Supercharging gas-dinamis mencakup cara untuk meningkatkan densitas muatan pada asupan melalui penggunaan:

energi kinetik udara yang bergerak relatif terhadap perangkat penerima, di mana ia diubah menjadi energi tekanan potensial ketika aliran diperlambat - pengisian super;

· proses gelombang dalam saluran pipa masuk – .

Dalam siklus termodinamika mesin aspirasi alami, permulaan proses kompresi terjadi pada tekanan P 0 , (sama dengan atmosfer). Dalam siklus termodinamika mesin piston supercharged gas-dinamis, proses kompresi dimulai pada tekanan p k, karena peningkatan tekanan fluida kerja di luar silinder dari P 0 sampai p k. Ini karena konversi energi kinetik dan energi proses gelombang di luar silinder menjadi energi potensial tekanan.

Salah satu sumber energi untuk meningkatkan tekanan pada awal kompresi dapat berupa energi aliran udara yang datang, yang terjadi selama pergerakan pesawat, mobil, dan sarana lainnya. Karenanya, dorongan dalam kasus ini disebut kecepatan tinggi.

dorongan kecepatan tinggi didasarkan pada hukum aerodinamis transformasi head kecepatan aliran udara menjadi tekanan statis. Secara struktural diimplementasikan dalam bentuk pipa intake udara diffuser yang diarahkan ke aliran udara saat kendaraan melaju. Secara teoritis tekanan meningkat Δ p k=p k - P 0 tergantung pada kecepatan C n dan kerapatan ρ 0 dari aliran udara masuk (bergerak).

Supercharging berkecepatan tinggi digunakan terutama pada pesawat bermesin piston dan mobil sport dengan kecepatan lebih dari 200 km/jam (56 m/dtk).

Jenis supercharging mesin gas-dinamis berikut ini didasarkan pada penggunaan proses inersia dan gelombang dalam sistem pemasukan mesin.

Dorongan inersia atau dinamis terjadi pada kecepatan muatan segar yang relatif tinggi di dalam pipa C tr. Dalam hal ini, persamaan (2.1) berbentuk

di mana ξ t adalah koefisien yang memperhitungkan resistensi terhadap pergerakan gas sepanjang dan lokal.

Kecepatan nyata C tr aliran gas di pipa masuk, untuk menghindari peningkatan kerugian aerodinamis dan penurunan pengisian silinder dengan muatan segar, tidak boleh melebihi 30 ... 50 m / s.

Periodisitas proses dalam silinder mesin bolak-balik adalah penyebab fenomena dinamis osilasi di jalur gas-udara. Fenomena ini dapat digunakan untuk meningkatkan indikator utama mesin secara signifikan (tenaga liter dan efisiensi.

Proses inersia selalu disertai dengan proses gelombang (fluktuasi tekanan) yang dihasilkan dari pembukaan dan penutupan katup saluran masuk sistem pertukaran gas secara berkala, serta gerakan bolak-balik piston.

Pada tahap awal asupan, ruang hampa dibuat di pipa saluran masuk di depan katup, dan gelombang penghalusan yang sesuai, mencapai ujung yang berlawanan dari pipa saluran masuk individu, dipantulkan oleh gelombang kompresi. Dengan memilih panjang dan bagian aliran dari masing-masing pipa, kedatangan gelombang ini ke silinder dapat dicapai pada saat yang paling menguntungkan sebelum penutupan katup, yang secara signifikan akan meningkatkan faktor pengisian dan, akibatnya, torsi. Aku mesin.

Pada ara. 2.1. menunjukkan diagram sistem intake yang disetel. Melalui pipa saluran masuk, melewati katup throttle, udara memasuki penerima saluran masuk, dan darinya - pipa saluran masuk dengan panjang yang ditentukan ke masing-masing dari empat silinder.

Dalam praktiknya, fenomena ini digunakan pada mesin asing (Gbr. 2.2), serta mesin domestik untuk mobil penumpang dengan pipa saluran masuk individual yang disetel (misalnya, mesin ZMZ), serta pada mesin diesel 2Ch8.5 / 11 dari generator listrik stasioner yang memiliki satu saluran pipa yang disetel per dua silinder.

Efisiensi terbesar dari tekanan gas-dinamis terjadi dengan saluran pipa individu yang panjang. Tingkatkan tekanan tergantung pada pencocokan kecepatan engine N, panjang pipa L tr dan sudut

penundaan penutupan katup masuk (bodi) φ A. Parameter ini terkait

di mana kecepatan suara lokal; k=1,4 – indeks adiabatik; R= 0,287 kJ/(kg∙deg.); T adalah suhu gas rata-rata selama periode tekanan.

Proses gelombang dan inersia dapat memberikan peningkatan muatan yang nyata ke dalam silinder pada bukaan katup yang besar atau dalam bentuk peningkatan pengisian ulang pada langkah kompresi. Penerapan supercharging gas-dinamis yang efektif hanya dimungkinkan untuk kisaran kecepatan engine yang sempit. Kombinasi valve timing dan panjang pipa intake harus menghasilkan rasio pengisian tertinggi. Pilihan parameter ini disebut pengaturan sistem asupan. Ini memungkinkan Anda untuk meningkatkan tenaga mesin sebesar 25 ... 30%. Untuk menjaga efisiensi tekanan gas-dinamis pada kisaran kecepatan poros engkol yang lebih luas, berbagai metode dapat digunakan, khususnya:

penerapan pipa dengan panjang variabel l tr (misalnya, teleskopik);

beralih dari pipa pendek ke pipa panjang;

Kontrol otomatis waktu katup, dll.

Namun, penggunaan supercharging gas-dinamis untuk meningkatkan mesin dikaitkan dengan masalah tertentu. Pertama, tidak selalu mungkin untuk secara rasional mengatur saluran pipa saluran masuk yang cukup panjang. Ini sangat sulit dilakukan untuk mesin berkecepatan rendah, karena panjang saluran pipa yang disetel bertambah dengan penurunan kecepatan. Kedua, geometri tetap dari saluran pipa memberikan penyesuaian dinamis hanya dalam rentang operasi kecepatan tinggi tertentu yang terdefinisi dengan baik.

Untuk memastikan efek dalam jangkauan luas, penyesuaian halus atau bertahap dari panjang jalur yang disetel digunakan saat beralih dari satu mode kecepatan ke mode kecepatan lainnya. Kontrol langkah dengan bantuan katup khusus atau katup kupu-kupu dianggap lebih andal dan berhasil digunakan di mesin mobil di banyak perusahaan asing. Paling sering, regulasi digunakan dengan beralih ke dua panjang pipa yang dikonfigurasi (Gbr. 2.3).

Pada posisi peredam tertutup yang sesuai dengan mode hingga 4000 mnt -1, udara disuplai dari penerima saluran masuk sistem melalui jalur yang panjang (lihat Gambar 2.3). Hasilnya (dibandingkan dengan versi dasar mesin tanpa supercharging gas-dinamis), aliran kurva torsi di sepanjang karakteristik kecepatan eksternal meningkat (pada beberapa frekuensi dari 2500 hingga 3500 menit -1, torsi meningkat rata-rata sebesar 10 ... 12%). Dengan peningkatan kecepatan rotasi n> 4000 mnt -1, umpan beralih ke jalur pendek dan ini memungkinkan Anda untuk meningkatkan daya N e dalam mode nominal sebesar 10%.

Ada juga sistem semua mode yang lebih kompleks. Misalnya, struktur dengan saluran pipa yang menutupi penerima silinder dengan drum putar yang memiliki jendela untuk komunikasi dengan saluran pipa (Gbr. 2.4). Saat memutar penerima silinder 1 berlawanan arah jarum jam, panjang pipa bertambah dan sebaliknya, saat diputar searah jarum jam, panjang pipa berkurang. Namun, penerapan metode ini secara signifikan memperumit desain mesin dan mengurangi keandalannya.

Pada mesin multi-silinder dengan saluran pipa konvensional, efisiensi tekanan gas-dinamis berkurang, karena pengaruh timbal balik dari proses pemasukan di silinder yang berbeda. Pada mesin mobil, sistem asupan biasanya "disetel" ke mode torsi maksimum untuk meningkatkan cadangannya.

Efek supercharging gas-dinamis juga dapat diperoleh dengan "menyetel" sistem pembuangan secara tepat. Metode ini digunakan pada mesin dua langkah.

Untuk menentukan panjangnya L tr dan diameter dalam D(atau bagian aliran) dari pipa merdu, perlu dilakukan perhitungan menggunakan metode numerik dinamika gas yang menggambarkan aliran tidak stabil, bersamaan dengan perhitungan proses kerja di dalam silinder. Kriteria untuk ini adalah peningkatan kekuatan,

torsi atau pengurangan konsumsi bahan bakar spesifik. Perhitungan ini sangat kompleks. Metode yang lebih mudah untuk menentukan L tiga D didasarkan pada hasil studi eksperimental.

Sebagai hasil dari pemrosesan sejumlah besar data eksperimen untuk memilih diameter bagian dalam D pipa khusus ditawarkan ketergantungan berikut:

dimana (μ F w) maks - nilai terbesar dari area efektif bagian saluran dari slot katup masuk. Panjang L tr dari pipa khusus dapat ditentukan dengan rumus:

Perhatikan bahwa penggunaan sistem penalaan bercabang seperti pipa umum - penerima - pipa individual ternyata sangat efektif jika dikombinasikan dengan turbocharging.

Kirim karya bagus Anda di basis pengetahuan itu sederhana. Gunakan formulir di bawah ini

Pelajar, mahasiswa pascasarjana, ilmuwan muda yang menggunakan basis pengetahuan dalam studi dan pekerjaan mereka akan sangat berterima kasih kepada Anda.

Diposting di http://www.allbest.ru/

Diposting di http://www.allbest.ru/

Badan Federal untuk Pendidikan

GOU VPO "Ural State Technical University - UPI dinamai Presiden pertama Rusia B.N. Yeltsin"

Sebagai manuskrip

Tesis

untuk gelar calon ilmu teknik

Dinamika gas dan perpindahan panas lokal dalam sistem asupan mesin pembakaran internal bolak-balik

Plotnikov Leonid Valerevich

Penasihat ilmiah:

Doktor Ilmu Fisika dan Matematika,

profesor Zhilkin B.P.

Yekaterinburg 2009

sistem pemasukan dinamika gas mesin piston

Disertasi terdiri dari pengantar, lima bab, kesimpulan, daftar referensi, termasuk 112 judul. Itu disajikan pada 159 halaman komputer yang diatur dalam MS Word dan dilengkapi dengan 87 gambar dan 1 tabel dalam teks.

Kata kunci: dinamika gas, motor bakar bolak-balik, sistem intake, profil melintang, karakteristik aliran, perpindahan panas lokal, koefisien perpindahan panas lokal sesaat.

Objek penelitian adalah aliran udara non-stasioner pada sistem intake mesin pembakaran dalam bolak-balik.

Tujuan dari pekerjaan ini adalah untuk menetapkan pola perubahan karakteristik gas-dinamis dan termal dari proses pemasukan dalam mesin pembakaran dalam bolak-balik dari faktor geometris dan operasi.

Terlihat bahwa dengan menempatkan sisipan profil, dibandingkan dengan saluran tradisional dengan penampang lingkaran konstan, sejumlah keuntungan dapat diperoleh: peningkatan aliran volume udara yang memasuki silinder; peningkatan kecuraman ketergantungan V pada kecepatan poros engkol n dalam rentang kecepatan operasi dengan sisipan "segitiga" atau linierisasi karakteristik aliran pada seluruh rentang kecepatan poros, serta penekanan pulsasi frekuensi tinggi dari aliran udara pada saluran intake.

Perbedaan yang signifikan telah ditetapkan dalam hukum perubahan koefisien perpindahan panas x dari kecepatan w untuk aliran udara stasioner dan berdenyut dalam sistem asupan mesin pembakaran internal. Dengan mendekati data eksperimen, diperoleh persamaan untuk menghitung koefisien perpindahan panas lokal di saluran masuk mesin pembakaran dalam, baik untuk aliran stasioner maupun untuk aliran denyut dinamis.

Perkenalan

1. Rumusan masalah dan tujuan penelitian

2. Deskripsi pengaturan eksperimental dan metode pengukuran

2.2 Mengukur kecepatan dan sudut putaran poros engkol

2.3 Mengukur aliran udara masuk seketika

2.4 Sistem untuk mengukur koefisien perpindahan panas sesaat

2.5 Sistem pengumpulan data

3. Dinamika gas dan karakteristik konsumsi dari proses pemasukan dalam mesin pembakaran dalam untuk berbagai konfigurasi sistem pemasukan

3.1 Dinamika gas dari proses pemasukan tanpa memperhitungkan pengaruh elemen filter

3.2 Pengaruh elemen filter terhadap dinamika gas proses intake dengan berbagai konfigurasi sistem intake

3.3 Karakteristik aliran dan analisis spektral dari proses intake untuk berbagai konfigurasi sistem intake dengan elemen filter yang berbeda

4. Perpindahan panas di saluran masuk mesin pembakaran dalam piston

4.1 Kalibrasi sistem pengukuran untuk menentukan koefisien perpindahan panas lokal

4.2 Koefisien perpindahan panas lokal di saluran masuk mesin pembakaran internal dalam mode stasioner

4.3 Koefisien perpindahan panas lokal sesaat dalam saluran masuk mesin pembakaran dalam

4.4 Pengaruh konfigurasi sistem intake mesin pembakaran dalam terhadap koefisien perpindahan panas lokal sesaat

5. Masalah penerapan praktis dari hasil pekerjaan

5.1 Desain dan desain teknologi

5.2 Penghematan energi dan sumber daya

Kesimpulan

Bibliografi

Daftar simbol utama dan singkatan

Semua simbol dijelaskan saat pertama kali digunakan dalam teks. Berikut ini hanyalah daftar sebutan yang paling umum digunakan:

d - diameter pipa, mm;

d e - diameter setara (hidrolik), mm;

F - luas permukaan, m 2 ;

i - kekuatan saat ini, A;

G - massa aliran udara, kg/s;

L - panjang, m;

l - ukuran linier karakteristik, m;

n - frekuensi putaran poros engkol, min -1;

p - tekanan atmosfer, Pa;

R - resistensi, Ohm;

T - suhu absolut, K;

t - suhu pada skala Celcius, o C;

U - tegangan, V;

V - aliran udara volumetrik, m 3 / s;

w - laju aliran udara, m/s;

koefisien udara berlebih;

d - sudut, derajat;

Sudut putaran poros engkol, derajat, p.c.v.;

Koefisien konduktivitas termal, W/(m · K);

Koefisien viskositas kinematik, m 2 / s;

Kepadatan, kg / m 3;

Waktu;

koefisien seret;

Singkatan dasar:

p.c.v. - rotasi poros engkol;

ICE - mesin pembakaran internal;

TDC - pusat mati atas;

BDC - pusat mati bawah

ADC - konverter analog-ke-digital;

FFT - Transformasi Fourier Cepat.

Angka kesamaan:

Re=wd/ - Bilangan Reynolds;

Nu=d/ - bilangan Nusselt.

Perkenalan

Tugas utama dalam pengembangan dan peningkatan mesin pembakaran dalam bolak-balik adalah meningkatkan pengisian silinder dengan muatan segar (dengan kata lain, meningkatkan faktor pengisian mesin). Saat ini, pengembangan mesin pembakaran internal telah mencapai tingkat sedemikian rupa sehingga peningkatan indikator teknis dan ekonomi apa pun setidaknya sepersepuluh persen dengan biaya bahan dan waktu yang minimal merupakan pencapaian nyata bagi para peneliti atau insinyur. Oleh karena itu, untuk mencapai tujuan ini, peneliti mengusulkan dan menggunakan berbagai metode, di antaranya yang paling umum adalah sebagai berikut: dorongan dinamis (inersia), turbocharging atau blower udara, saluran masuk dengan panjang variabel, pengaturan mekanisme dan timing katup, pengoptimalan dari konfigurasi sistem intake. Penggunaan metode ini memungkinkan untuk meningkatkan pengisian silinder dengan muatan baru, yang pada gilirannya meningkatkan tenaga mesin serta indikator teknis dan ekonomisnya.

Namun, penggunaan sebagian besar metode yang dipertimbangkan memerlukan investasi finansial yang signifikan dan modernisasi yang signifikan pada desain sistem intake dan mesin secara keseluruhan. Oleh karena itu, salah satu cara yang paling umum, tetapi bukan yang paling sederhana, saat ini untuk meningkatkan faktor pengisian adalah dengan mengoptimalkan konfigurasi saluran masuk mesin. Pada saat yang sama, studi dan peningkatan saluran masuk mesin pembakaran internal paling sering dilakukan dengan metode pemodelan matematika atau pembersihan statis dari sistem asupan. Namun, metode ini tidak dapat memberikan hasil yang benar pada tingkat pengembangan mesin saat ini, karena, seperti diketahui, proses nyata di jalur gas-udara mesin tidak stabil tiga dimensi dengan aliran keluar jet gas melalui slot katup. ke dalam ruang silinder volume variabel yang terisi sebagian. Analisis literatur menunjukkan bahwa praktis tidak ada informasi tentang proses asupan dalam mode dinamis nyata.

Dengan demikian, data gas-dinamis dan pertukaran panas yang andal dan benar pada proses intake hanya dapat diperoleh dari studi model dinamis mesin pembakaran internal atau mesin nyata. Hanya data eksperimen semacam itu yang dapat memberikan informasi yang diperlukan untuk meningkatkan mesin pada level saat ini.

Tujuan dari pekerjaan ini adalah untuk menetapkan pola perubahan karakteristik gas-dinamis dan termal dari proses pengisian silinder dengan muatan baru dari mesin pembakaran internal reciprocating dari faktor geometris dan operasi.

Kebaruan ilmiah dari ketentuan utama karya tersebut terletak pada kenyataan bahwa penulis untuk pertama kalinya:

Karakteristik frekuensi amplitudo dari efek pulsasi yang terjadi pada aliran di intake manifold (pipa) dari mesin pembakaran internal bolak-balik telah ditetapkan;

Suatu metode telah dikembangkan untuk meningkatkan aliran udara (rata-rata 24%) yang memasuki silinder dengan bantuan sisipan profil di intake manifold, yang akan meningkatkan daya spesifik mesin;

Keteraturan perubahan koefisien perpindahan panas lokal sesaat dalam pipa saluran masuk mesin pembakaran internal bolak-balik ditetapkan;

Terlihat bahwa penggunaan sisipan berprofil mengurangi pemanasan muatan segar pada asupan rata-rata 30%, yang akan meningkatkan pengisian silinder;

Data eksperimen yang diperoleh tentang perpindahan panas lokal dari aliran udara yang berdenyut di intake manifold digeneralisasikan dalam bentuk persamaan empiris.

Keandalan hasil didasarkan pada keandalan data eksperimen yang diperoleh dengan kombinasi metode penelitian independen dan dikonfirmasi oleh reproduktifitas hasil eksperimen, kesesuaian mereka yang baik pada tingkat eksperimen uji dengan data penulis lain, serta penggunaan metode penelitian modern yang kompleks, pemilihan alat ukur, verifikasi dan kalibrasi sistematisnya.

Signifikansi praktis. Data eksperimen yang diperoleh menjadi dasar untuk pengembangan metode rekayasa untuk menghitung dan merancang sistem asupan mesin, dan juga memperluas pemahaman teoritis tentang dinamika gas dan perpindahan panas lokal udara selama asupan pada mesin pembakaran internal bolak-balik. Hasil terpisah dari pekerjaan diterima untuk diterapkan di Pabrik Mesin Diesel Ural LLC dalam desain dan modernisasi mesin 6DM-21L dan 8DM-21L.

Metode untuk menentukan laju aliran aliran udara yang berdenyut di pipa masuk mesin dan intensitas perpindahan panas seketika di dalamnya;

Data percobaan tentang dinamika gas dan koefisien perpindahan panas lokal sesaat di saluran masuk mesin pembakaran dalam selama proses pemasukan;

Hasil generalisasi data koefisien perpindahan panas lokal udara pada saluran masuk mesin pembakaran dalam berupa persamaan empiris;

Persetujuan pekerjaan. Hasil utama penelitian yang dipresentasikan dalam disertasi dilaporkan dan dipresentasikan pada "Reporting Conferences of Young Scientist", Yekaterinburg, USTU-UPI (2006 - 2008); seminar ilmiah departemen "Teknik panas teoretis" dan "Turbin dan mesin", Yekaterinburg, USTU-UPI (2006 - 2008); konferensi ilmiah dan teknis "Meningkatkan efisiensi pembangkit listrik kendaraan roda dan lacak", Chelyabinsk: Sekolah Tinggi Komando dan Teknik Otomotif Militer Chelyabinsk (lembaga militer) (2008); konferensi ilmiah dan teknis "Pengembangan bangunan mesin di Rusia", St. Petersburg (2009); di dewan ilmiah dan teknis di Ural Diesel Engine Plant LLC, Yekaterinburg (2009); di dewan ilmiah dan teknis di JSC "Institut Penelitian Teknologi Otomotif", Chelyabinsk (2009).

Pekerjaan disertasi dilakukan di departemen Teknik Panas Teoritis dan Turbin dan Mesin.

1. Tinjauan keadaan saat ini dari penelitian sistem asupan mesin pembakaran dalam piston

Sampai saat ini, ada sejumlah besar literatur yang mempertimbangkan desain berbagai sistem mesin pembakaran internal bolak-balik, khususnya, elemen individu dari sistem asupan mesin pembakaran internal. Namun, secara praktis tidak ada justifikasi solusi desain yang diusulkan dengan menganalisis dinamika gas dan perpindahan panas dari proses pemasukan. Dan hanya beberapa monograf yang memberikan data eksperimen atau statistik tentang hasil operasi, yang menegaskan kelayakan desain ini atau itu. Dalam hal ini, dapat dikatakan bahwa, hingga saat ini, perhatian yang tidak memadai diberikan pada studi dan optimalisasi sistem intake mesin piston.

Dalam beberapa dekade terakhir, karena pengetatan persyaratan ekonomi dan lingkungan untuk mesin pembakaran internal, para peneliti dan insinyur mulai lebih memperhatikan untuk meningkatkan sistem asupan mesin bensin dan diesel, percaya bahwa kinerja mereka sangat bergantung pada kesempurnaan. dari proses yang terjadi di saluran gas.

1.1 Elemen utama dari sistem asupan mesin pembakaran dalam piston

Sistem intake mesin piston umumnya terdiri dari filter udara, intake manifold (atau pipa intake), kepala silinder yang berisi saluran masuk dan keluar, dan rangkaian katup. Sebagai contoh, Gambar 1.1 menunjukkan diagram sistem intake mesin diesel YaMZ-238.

Beras. 1.1. Skema sistem intake mesin diesel YaMZ-238: 1 - intake manifold (pipa); 2 - paking karet; 3.5 - menghubungkan pipa; 4 - bantalan luka; 6 - selang; 7 - saringan udara

Pilihan parameter desain yang optimal dan karakteristik aerodinamis dari sistem asupan menentukan penerimaan proses kerja yang efisien dan indikator output tingkat tinggi dari mesin pembakaran internal.

Mari kita lihat sekilas masing-masing komponen sistem intake dan fungsi utamanya.

Kepala silinder adalah salah satu elemen paling kompleks dan penting dalam mesin pembakaran internal. Kesempurnaan proses pengisian dan pembentukan campuran sangat bergantung pada pilihan yang tepat dari bentuk dan dimensi elemen utama (terutama katup dan saluran masuk dan keluar).

Kepala silinder umumnya dibuat dengan dua atau empat katup per silinder. Keuntungan dari desain dua katup adalah kesederhanaan teknologi manufaktur dan skema desain, bobot dan biaya struktural yang lebih rendah, jumlah bagian yang bergerak dalam mekanisme penggerak, dan biaya pemeliharaan dan perbaikan.

Keuntungan dari desain empat katup adalah penggunaan yang lebih baik dari area yang dibatasi oleh kontur silinder untuk area lintasan leher katup, proses pertukaran gas yang lebih efisien, tegangan termal kepala yang lebih sedikit karena keadaan termal yang lebih seragam, kemungkinan penempatan sentral nosel atau candle, yang meningkatkan keseragaman kondisi termal bagian grup piston.

Ada desain kepala silinder lainnya, seperti yang memiliki tiga katup masuk dan satu atau dua katup buang per silinder. Namun, skema seperti itu relatif jarang digunakan, terutama pada mesin dengan akselerasi tinggi (balap).

Pengaruh jumlah katup pada dinamika gas dan perpindahan panas di saluran masuk secara keseluruhan praktis tidak dipelajari.

Elemen terpenting kepala silinder dalam hal pengaruhnya terhadap dinamika gas dan perpindahan panas pada proses intake di mesin adalah jenis saluran intake.

Salah satu cara untuk mengoptimalkan proses pengisian adalah dengan membuat profil lubang masuk di kepala silinder. Ada berbagai macam bentuk profil untuk memastikan pergerakan muatan segar yang terarah di silinder mesin dan meningkatkan proses pembentukan campuran, mereka dijelaskan lebih detail di.

Bergantung pada jenis proses pembentukan campuran, saluran masuk dibuat berfungsi tunggal (bebas pusaran), hanya menyediakan pengisian silinder dengan udara, atau berfungsi ganda (tangensial, sekrup atau jenis lainnya), digunakan untuk masuk dan berputar muatan udara di dalam silinder dan ruang bakar.

Mari kita beralih ke pertanyaan tentang fitur desain intake manifold mesin bensin dan diesel. Analisis literatur menunjukkan bahwa sedikit perhatian diberikan pada intake manifold (atau pipa intake), dan seringkali dianggap hanya sebagai pipa untuk memasok udara atau campuran udara-bahan bakar ke mesin.

Filter udara merupakan bagian integral dari sistem asupan mesin piston. Perlu dicatat bahwa dalam literatur lebih banyak perhatian diberikan pada desain, material dan ketahanan elemen filter, dan pada saat yang sama, pengaruh elemen filter pada kinerja perpindahan panas dan dinamis gas, serta konsumsi. karakteristik mesin pembakaran dalam piston, praktis tidak diperhitungkan.

1.2 Dinamika aliran gas di saluran intake dan metode untuk mempelajari proses intake pada mesin pembakaran dalam bolak-balik

Untuk pemahaman yang lebih akurat tentang esensi fisik dari hasil yang diperoleh oleh penulis lain, mereka disajikan secara bersamaan dengan metode teoretis dan eksperimental yang mereka gunakan, karena metode dan hasilnya berada dalam satu koneksi organik.

Metode untuk mempelajari sistem asupan mesin pembakaran dalam dapat dibagi menjadi dua kelompok besar. Kelompok pertama mencakup analisis teoretis proses dalam sistem intake, termasuk simulasi numeriknya. Kelompok kedua mencakup semua metode studi eksperimental proses asupan.

Pilihan metode untuk penelitian, evaluasi, dan penyempurnaan sistem asupan ditentukan oleh tujuan yang ditetapkan, serta bahan yang tersedia, kemampuan eksperimental dan komputasi.

Hingga saat ini, belum ada metode analitik yang memungkinkan untuk secara akurat memperkirakan tingkat intensitas pergerakan gas di ruang bakar, serta memecahkan masalah khusus terkait dengan deskripsi pergerakan di saluran masuk dan aliran keluar gas dari celah katup dalam proses yang benar-benar tidak stabil. Hal ini disebabkan oleh kesulitan dalam menggambarkan aliran gas tiga dimensi melalui saluran lengkung dengan hambatan yang tiba-tiba, struktur spasial aliran yang kompleks, aliran keluar jet gas melalui celah katup dan ruang silinder volume variabel yang terisi sebagian, interaksi aliran satu sama lain, dengan dinding silinder dan kepala piston yang dapat digerakkan. Penentuan analitik bidang kecepatan optimal di pipa masuk, di celah katup annular dan distribusi aliran dalam silinder diperumit oleh kurangnya metode yang akurat untuk memperkirakan kerugian aerodinamis yang terjadi selama aliran muatan baru di sistem asupan dan ketika gas memasuki silinder dan mengalir di sekitar permukaan dalamnya. Diketahui bahwa zona transisi aliran yang tidak stabil dari rezim aliran laminar ke turbulen, area pemisahan lapisan batas muncul di saluran. Struktur aliran dicirikan oleh variabel waktu dan tempat bilangan Reynolds, tingkat ketidakstasioneran, intensitas dan skala turbulensi.

Pemodelan numerik pergerakan muatan udara di saluran masuk dikhususkan untuk banyak pekerjaan multi arah. Mereka mensimulasikan aliran masuk pusaran dari mesin pembakaran internal dengan katup masuk terbuka, menghitung aliran tiga dimensi di saluran masuk kepala silinder, mensimulasikan aliran di jendela masuk dan silinder mesin, menganalisis efek aliran langsung flow dan swirling pada proses pembentukan campuran dan studi komputasi pengaruh charge swirling pada silinder diesel terhadap nilai emisi nitrogen oksida dan indikator indikator siklus. Namun, hanya dalam beberapa karya, simulasi numerik dikonfirmasi oleh data eksperimen. Dan sulit untuk menilai keandalan dan tingkat penerapan data yang diperoleh hanya dari studi teoritis. Perlu juga ditekankan bahwa hampir semua metode numerik terutama ditujukan untuk mempelajari proses dalam desain sistem asupan mesin pembakaran internal yang ada untuk menghilangkan kekurangannya, dan bukan untuk mengembangkan solusi desain baru yang efektif.

Secara paralel, metode analitik klasik untuk menghitung proses kerja di mesin dan secara terpisah proses pertukaran gas di dalamnya juga diterapkan. Namun, dalam perhitungan aliran gas di katup dan saluran masuk dan keluar, persamaan aliran tunak satu dimensi terutama digunakan, dengan asumsi alirannya kuasi-stasioner. Oleh karena itu, metode perhitungan yang dipertimbangkan secara eksklusif diestimasi (perkiraan) dan oleh karena itu memerlukan penyempurnaan eksperimental dalam kondisi laboratorium atau pada mesin nyata selama pengujian bangku. Metode untuk menghitung pertukaran gas dan indikator dinamika gas utama dari proses asupan dalam formulasi yang lebih kompleks sedang dikembangkan. Namun, mereka juga hanya memberikan informasi umum tentang proses yang sedang dibahas, tidak membentuk gambaran yang cukup lengkap tentang parameter gas-dinamis dan perpindahan panas, karena didasarkan pada data statistik yang diperoleh selama pemodelan matematika dan/atau pemulungan statis internal. saluran intake mesin pembakaran dan pada metode simulasi numerik.

Data yang paling akurat dan andal tentang proses intake pada mesin pembakaran dalam bolak-balik dapat diperoleh dari studi tentang mesin kerja nyata.

Studi pertama tentang pergerakan muatan dalam silinder mesin dalam mode putaran poros mencakup eksperimen klasik Ricardo dan Zass. Riccardo memasang impeler di ruang bakar dan mencatat kecepatan putarannya saat poros mesin diputar. Anemometer mencatat nilai rata-rata kecepatan gas untuk satu siklus. Ricardo memperkenalkan konsep "rasio pusaran", sesuai dengan rasio frekuensi rotasi impeler, yang mengukur rotasi pusaran, dan poros engkol. Zass memasang pelat di ruang bakar terbuka dan mencatat efek aliran udara di atasnya. Ada cara lain untuk menggunakan pelat yang terkait dengan sensor kapasitif atau induktif. Namun, pemasangan pelat merusak aliran berputar, yang merupakan kerugian dari metode tersebut.

Studi modern tentang dinamika gas langsung pada mesin memerlukan alat pengukur khusus yang mampu beroperasi dalam kondisi buruk (kebisingan, getaran, elemen berputar, suhu dan tekanan tinggi selama pembakaran bahan bakar dan di saluran pembuangan). Pada saat yang sama, proses di dalam mesin pembakaran dalam berkecepatan tinggi dan berkala, sehingga alat pengukur dan sensor harus memiliki kecepatan yang sangat tinggi. Semua ini sangat mempersulit studi tentang proses asupan.

Perlu dicatat bahwa saat ini, metode penelitian lapangan pada mesin banyak digunakan baik untuk mempelajari aliran udara di sistem intake dan silinder mesin, dan untuk menganalisis pengaruh pembentukan vortex intake pada toksisitas gas buang.

Namun, studi alam, di mana sejumlah besar berbagai faktor bekerja secara bersamaan, tidak memungkinkan untuk menembus ke dalam detail mekanisme fenomena individu, tidak memungkinkan penggunaan peralatan kompleks dengan presisi tinggi. Semua ini adalah hak prerogatif penelitian laboratorium dengan menggunakan metode yang rumit.

Hasil studi dinamika gas proses intake yang diperoleh selama studi mesin disajikan cukup detail dalam monografi.

Dari jumlah tersebut, yang paling menarik adalah osilogram perubahan laju aliran udara di bagian saluran masuk saluran masuk mesin Ch10.5 / 12 (D 37) Pabrik Traktor Vladimir, yang ditunjukkan pada Gambar 1.2.

Beras. 1.2. Parameter aliran di bagian saluran masuk saluran: 1 - 30 detik -1 , 2 - 25 detik -1 , 3 - 20 detik -1

Pengukuran kecepatan aliran udara pada penelitian ini dilakukan dengan menggunakan hot-wire anemometer yang beroperasi pada mode arus searah.

Dan di sini tepat untuk memperhatikan metode anemometri kawat panas itu sendiri, yang karena sejumlah keunggulannya, telah menjadi begitu luas dalam studi dinamika gas dari berbagai proses. Saat ini, ada berbagai skema anemometer hot-wire, tergantung pada tugas dan bidang penelitian. Teori anemometri hot-wire yang paling rinci dan lengkap dipertimbangkan dalam. Perlu juga dicatat bahwa ada berbagai macam desain sensor anemometer kawat panas, yang menunjukkan penerapan metode ini secara luas di semua bidang industri, termasuk pembuatan mesin.

Mari kita pertimbangkan pertanyaan tentang penerapan metode anemometri kawat panas untuk mempelajari proses asupan dalam mesin pembakaran internal bolak-balik. Jadi, ukuran kecil elemen sensitif dari sensor anemometer hot-wire tidak membuat perubahan signifikan pada sifat aliran udara; sensitivitas anemometer yang tinggi memungkinkan untuk mencatat fluktuasi kuantitas dengan amplitudo kecil dan frekuensi tinggi; kesederhanaan sirkuit perangkat keras memungkinkan untuk dengan mudah merekam sinyal listrik dari keluaran anemometer hot-wire dengan pemrosesan selanjutnya pada komputer pribadi. Saat anemometri kabel panas, sensor satu, dua, atau tiga komponen digunakan dalam mode pengengkolan. Sebagai elemen sensitif dari sensor termoanemometer, biasanya digunakan benang atau film logam tahan api setebal 0,5–20 μm dan panjang 1–12 mm, yang dipasang pada kaki krom atau kromium-nikel. Yang terakhir melewati tabung porselen dua, tiga atau empat lubang, di mana kotak logam yang disegel terhadap terobosan gas dipasang, disekrup ke kepala blok untuk mempelajari ruang intra-silinder atau ke dalam pipa untuk menentukan rata-rata dan komponen denyut dari kecepatan gas.

Sekarang kembali ke bentuk gelombang yang ditunjukkan pada Gambar 1.2. Grafik menarik perhatian pada fakta bahwa itu menunjukkan perubahan kecepatan aliran udara dari sudut rotasi poros engkol (p.c.v.) hanya untuk langkah hisap (? 200 deg. c.c.v.), sedangkan informasi selebihnya pada siklus lain adalah, sebagai itu adalah, "terputus". Osilogram ini diperoleh untuk kecepatan poros engkol dari 600 hingga 1800 mnt -1 , sedangkan pada mesin modern kisaran kecepatan pengoperasian jauh lebih lebar: 600-3000 mnt -1 . Perhatian tertuju pada fakta bahwa kecepatan aliran di saluran sebelum membuka katup tidak sama dengan nol. Pada gilirannya, setelah menutup katup masuk, kecepatan tidak diatur ulang, mungkin karena aliran bolak-balik frekuensi tinggi terjadi di jalur, yang di beberapa mesin digunakan untuk menciptakan dorongan dinamis (atau dorongan inersia).

Oleh karena itu, data tentang perubahan laju aliran udara di saluran masuk untuk seluruh proses kerja mesin (720 derajat, p.c.v.) dan di seluruh rentang operasi kecepatan poros engkol penting untuk memahami proses secara keseluruhan. Data ini diperlukan untuk meningkatkan proses asupan, menemukan cara untuk meningkatkan jumlah muatan segar yang masuk ke silinder mesin, dan menciptakan sistem pendorong dinamis.

Mari kita perhatikan secara singkat fitur dorongan dinamis pada mesin pembakaran dalam piston, yang dilakukan dengan cara yang berbeda. Proses pemasukan tidak hanya dipengaruhi oleh waktu katup, tetapi juga oleh desain saluran masuk dan keluar. Pergerakan piston selama langkah isap mengarah pada pembentukan gelombang tekanan balik saat katup masuk terbuka. Pada soket terbuka intake manifold, gelombang tekanan ini bertemu dengan massa udara ambien stasioner, dipantulkan darinya dan bergerak kembali ke intake manifold. Proses osilasi kolom udara yang dihasilkan di intake manifold dapat digunakan untuk meningkatkan pengisian silinder dengan muatan segar dan, dengan demikian, memperoleh torsi dalam jumlah besar.

Dengan jenis dorongan dinamis lainnya - dorongan inersia, setiap saluran masuk silinder memiliki tabung resonator terpisah yang sesuai dengan panjang akustik, yang terhubung ke ruang pengumpul. Dalam tabung resonator seperti itu, gelombang kompresi yang berasal dari silinder dapat merambat secara independen satu sama lain. Dengan mencocokkan panjang dan diameter masing-masing tabung resonator dengan waktu katup, gelombang kompresi yang dipantulkan di ujung tabung resonator kembali melalui katup masuk silinder yang terbuka, sehingga memastikan pengisian yang lebih baik.

Dorongan resonansi didasarkan pada fakta bahwa osilasi resonansi terjadi pada aliran udara di intake manifold pada kecepatan poros engkol tertentu, yang disebabkan oleh gerakan bolak-balik piston. Ini, ketika sistem asupan diatur dengan benar, menyebabkan peningkatan tekanan lebih lanjut dan efek dorongan tambahan.

Pada saat yang sama, metode supercharging dinamis tersebut beroperasi dalam rentang mode yang sempit, memerlukan penyetelan yang sangat kompleks dan permanen, karena karakteristik akustik mesin berubah selama pengoperasian.

Selain itu, data dinamika gas untuk keseluruhan proses kerja mesin dapat berguna untuk mengoptimalkan proses pengisian dan menemukan cara untuk meningkatkan aliran udara melalui mesin dan, karenanya, tenaganya. Dalam hal ini, intensitas dan skala turbulensi aliran udara yang terbentuk di saluran intake, serta jumlah vortisitas yang terbentuk selama proses intake, menjadi penting.

Pergerakan muatan yang cepat dan turbulensi skala besar dalam aliran udara memastikan pencampuran yang baik antara udara dan bahan bakar dan dengan demikian menyelesaikan pembakaran dengan konsentrasi zat berbahaya yang rendah dalam gas buang.

Salah satu cara untuk membuat vortisitas dalam proses asupan adalah dengan menggunakan peredam yang membagi saluran masuk menjadi dua saluran, salah satunya dapat diblokir olehnya, yang mengontrol pergerakan muatan campuran. Ada sejumlah besar desain untuk memberikan komponen tangensial ke gerakan aliran untuk mengatur vortisitas terarah di intake manifold dan silinder mesin.
. Tujuan dari semua solusi ini adalah untuk membuat dan mengontrol vortisitas vertikal di dalam silinder mesin.

Ada cara lain untuk mengontrol pengisian dengan muatan baru. Di gedung mesin, desain saluran masuk spiral dengan nada belokan berbeda, area datar di dinding bagian dalam dan tepi tajam di saluran keluar saluran digunakan. Perangkat lain untuk mengontrol pembentukan pusaran dalam silinder mesin pembakaran internal adalah pegas koil yang dipasang di saluran masuk dan dipasang dengan kaku di salah satu ujung di depan katup.

Dengan demikian, dapat dicatat kecenderungan para peneliti untuk membuat vortisitas besar dengan arah propagasi yang berbeda di saluran masuk. Dalam hal ini, aliran udara sebagian besar harus mengandung turbulensi skala besar. Hal ini mengarah pada pembentukan campuran yang lebih baik dan pembakaran bahan bakar selanjutnya, baik di mesin bensin maupun diesel. Hasilnya, konsumsi bahan bakar spesifik dan emisi zat berbahaya dengan gas buang berkurang.

Pada saat yang sama, tidak ada informasi dalam literatur tentang upaya untuk mengontrol pembentukan pusaran menggunakan profil melintang - mengubah bentuk penampang saluran, dan, seperti diketahui, sangat mempengaruhi sifat aliran.

Setelah hal tersebut di atas, dapat disimpulkan bahwa pada tahap ini dalam literatur terdapat kekurangan yang signifikan dari informasi yang andal dan lengkap tentang dinamika gas dari proses intake, yaitu: perubahan kecepatan aliran udara dari sudut putaran poros engkol untuk seluruh proses kerja mesin dalam rentang operasi kecepatan poros engkol poros; pengaruh filter terhadap dinamika gas dari proses pemasukan; skala turbulensi yang dihasilkan selama proses pemasukan; pengaruh non-stasioneritas hidrodinamik pada laju aliran di saluran masuk mesin pembakaran internal, dll.

Tugas mendesak adalah menemukan cara untuk meningkatkan aliran udara melalui silinder mesin dengan modifikasi desain mesin yang minimal.

Seperti disebutkan di atas, data proses intake yang paling lengkap dan andal dapat diperoleh dari studi pada mesin nyata. Namun, jalur penelitian ini sangat kompleks dan mahal, dan dalam beberapa masalah praktis tidak mungkin, sehingga para peneliti mengembangkan metode gabungan untuk mempelajari proses dalam mesin pembakaran internal. Mari kita lihat yang paling umum.

Pengembangan seperangkat parameter dan metode untuk studi komputasi dan eksperimental disebabkan oleh banyaknya asumsi yang dibuat dalam perhitungan dan ketidakmungkinan deskripsi analitik yang lengkap dari fitur desain sistem asupan mesin pembakaran internal piston, dinamika proses dan pergerakan muatan di saluran masuk dan silinder.

Hasil yang dapat diterima dapat diperoleh dengan studi bersama tentang proses asupan pada komputer pribadi dengan metode simulasi numerik dan secara eksperimental melalui pembersihan statis. Banyak penelitian berbeda telah dilakukan sesuai dengan teknik ini. Dalam karya semacam itu, baik kemungkinan simulasi numerik aliran pusaran dalam sistem asupan mesin pembakaran internal ditampilkan, diikuti dengan verifikasi hasil dengan cara meniup dalam mode statis pada instalasi tidak bermotor, atau model matematika komputasi. dikembangkan berdasarkan data eksperimen yang diperoleh dalam mode statis atau selama pengoperasian modifikasi mesin individu. Kami menekankan bahwa hampir semua studi tersebut didasarkan pada data eksperimen yang diperoleh dengan bantuan pemulungan statis dari sistem asupan ICE.

Mari pertimbangkan metode klasik untuk mempelajari proses pemasukan menggunakan anemometer baling-baling. Pada lift katup tetap, saluran yang diselidiki dibersihkan dengan laju aliran udara yang berbeda per detik. Untuk pembersihan, kepala silinder asli, terbuat dari logam, atau modelnya (kayu yang dapat dilipat, plester, epoksi, dll.) Digunakan, lengkap dengan katup, busing pemandu, dan dudukan. Namun, seperti yang ditunjukkan oleh tes komparatif, metode ini memberikan informasi tentang pengaruh bentuk saluran, tetapi anemometer baling-baling tidak merespons aksi seluruh aliran udara di atas bagian tersebut, yang dapat menyebabkan kesalahan signifikan dalam memperkirakan intensitas pergerakan muatan dalam silinder, yang dikonfirmasi secara matematis dan eksperimental.

Metode lain yang banyak digunakan untuk mempelajari proses pengisian adalah metode menggunakan grid pelurus. Metode ini berbeda dari yang sebelumnya karena aliran udara berputar yang disedot diarahkan melalui fairing ke bilah gril pengarah. Dalam hal ini, aliran berputar diluruskan, dan momen reaktif terbentuk pada bilah kisi, yang direkam oleh sensor kapasitif sesuai dengan besarnya sudut puntiran torsi. Aliran yang diluruskan, melewati jeruji, mengalir keluar melalui bagian terbuka di ujung selongsong ke atmosfer. Metode ini memungkinkan untuk mengevaluasi saluran masuk secara komprehensif dalam hal kinerja energi dan kehilangan aerodinamis.

Meskipun metode penelitian pada model statis hanya memberikan gambaran paling umum tentang karakteristik gas-dinamis dan pertukaran panas dari proses pemasukan, metode tersebut tetap relevan karena kesederhanaannya. Para peneliti semakin banyak menggunakan metode ini hanya untuk penilaian awal prospek sistem asupan atau menyempurnakan yang sudah ada. Namun, untuk pemahaman fisika fenomena yang lengkap dan mendetail selama proses asupan, metode ini jelas tidak cukup.

Salah satu cara yang paling akurat dan efektif untuk mempelajari proses asupan pada mesin pembakaran dalam adalah eksperimen pada instalasi khusus yang dinamis. Dengan asumsi bahwa fitur dan karakteristik pertukaran gas dan pertukaran panas dari pergerakan muatan dalam sistem intake adalah fungsi hanya dari parameter geometris dan faktor rezim, sangat berguna untuk penelitian untuk menggunakan model dinamis - pengaturan eksperimental, paling sering a model skala penuh dari mesin satu silinder pada berbagai kecepatan, beroperasi dengan memutar poros engkol dari sumber energi eksternal, dan dilengkapi dengan berbagai jenis sensor. Pada saat yang sama, dimungkinkan untuk mengevaluasi keefektifan total dari keputusan tertentu atau keefektifan elemen demi elemennya. Secara umum, eksperimen semacam itu direduksi menjadi penentuan karakteristik aliran di berbagai elemen sistem intake (nilai sesaat suhu, tekanan, dan kecepatan) yang berubah dengan sudut putaran poros engkol.

Dengan demikian, cara paling optimal untuk mempelajari proses pemasukan, yang memberikan data lengkap dan andal, adalah dengan membuat model dinamis satu silinder dari mesin pembakaran dalam piston yang digerakkan oleh sumber energi eksternal. Pada saat yang sama, metode ini memungkinkan untuk mempelajari parameter dinamika gas dan pertukaran panas dari proses pengisian dalam mesin pembakaran internal bolak-balik. Penggunaan metode hot-wire akan memungkinkan untuk mendapatkan data yang andal tanpa dampak signifikan pada proses yang terjadi di sistem intake model mesin eksperimental.

1.3 Karakteristik proses pertukaran panas dalam sistem pemasukan mesin piston

Studi tentang perpindahan panas pada mesin pembakaran internal bolak-balik sebenarnya dimulai dengan penciptaan mesin efisien pertama - J. Lenoir, N. Otto dan R. Diesel. Dan tentunya pada tahap awal perhatian khusus diberikan pada studi perpindahan panas di dalam silinder mesin. Karya klasik pertama ke arah ini meliputi.

Namun, hanya pekerjaan yang dilakukan oleh V.I. Grinevetsky, menjadi dasar yang kokoh untuk membangun teori perpindahan panas untuk mesin bolak-balik. Monograf yang dimaksud terutama dikhususkan untuk perhitungan termal proses dalam silinder di mesin pembakaran internal. Pada saat yang sama, ini juga dapat berisi informasi tentang indikator perpindahan panas dalam proses asupan yang menarik bagi kami, yaitu karya tersebut menyediakan data statistik tentang jumlah pemanasan muatan baru, serta rumus empiris untuk menghitung parameter di awal dan akhir langkah hisap.

Selanjutnya, para peneliti mulai memecahkan masalah yang lebih spesifik. Secara khusus, W. Nusselt memperoleh dan menerbitkan rumus koefisien perpindahan panas dalam silinder mesin piston. N.R. Briling, dalam monografnya, menyempurnakan rumus Nusselt dan membuktikan dengan cukup jelas bahwa dalam setiap kasus tertentu (jenis mesin, metode pembentukan campuran, kecepatan, tingkat dorongan), koefisien perpindahan panas lokal harus disempurnakan berdasarkan hasil percobaan langsung.

Arah lain dalam studi mesin bolak-balik adalah studi tentang perpindahan panas dalam aliran gas buang, khususnya memperoleh data tentang perpindahan panas selama aliran gas turbulen di pipa knalpot. Sejumlah besar literatur dikhususkan untuk solusi dari masalah ini. Arah ini telah dipelajari dengan cukup baik baik dalam kondisi tiupan statis maupun dalam kondisi nonstasioneritas hidrodinamik. Hal ini terutama disebabkan oleh fakta bahwa dengan memperbaiki sistem pembuangan, kinerja teknis dan ekonomis dari mesin pembakaran dalam piston dapat ditingkatkan secara signifikan. Selama pengembangan arah ini, banyak karya teoretis telah dilakukan, termasuk solusi analitik dan pemodelan matematika, serta banyak studi eksperimental. Sebagai hasil dari studi komprehensif tentang proses pembuangan, sejumlah besar indikator yang mencirikan proses pembuangan telah diusulkan, yang memungkinkan untuk mengevaluasi kualitas desain sistem pembuangan.

Perhatian yang kurang masih diberikan pada studi perpindahan panas dari proses pemasukan. Hal ini dapat dijelaskan dengan fakta bahwa studi di bidang optimalisasi perpindahan panas pada silinder dan saluran pembuangan pada awalnya lebih efektif dalam meningkatkan daya saing mesin pembakaran dalam bolak-balik. Namun, saat ini, perkembangan pembuatan mesin telah mencapai tingkat sedemikian rupa sehingga peningkatan indikator mesin apa pun setidaknya beberapa persepuluh persen dianggap sebagai pencapaian yang serius bagi para peneliti dan insinyur. Oleh karena itu, dengan mempertimbangkan fakta bahwa arahan untuk meningkatkan sistem ini pada dasarnya telah habis, saat ini semakin banyak spesialis yang mencari peluang baru untuk meningkatkan proses kerja mesin piston. Dan salah satu bidang tersebut adalah studi tentang perpindahan panas dalam proses pemasukan ke dalam mesin pembakaran dalam.

Dalam literatur tentang perpindahan panas selama proses pemasukan, seseorang dapat memilih pekerjaan yang dikhususkan untuk mempelajari pengaruh intensitas gerakan muatan pusaran pada asupan pada keadaan termal bagian-bagian mesin (kepala silinder, katup masuk dan keluar, permukaan silinder ). Karya-karya ini bersifat teoretis yang hebat; didasarkan pada solusi persamaan Navier-Stokes dan Fourier-Ostrogradsky nonlinier, serta pemodelan matematika menggunakan persamaan ini. Dengan mempertimbangkan sejumlah besar asumsi, hasilnya dapat diambil sebagai dasar untuk studi eksperimental dan/atau diestimasi dalam perhitungan teknik. Juga, karya-karya ini berisi data dari studi eksperimental untuk menentukan aliran panas non-stasioner lokal di ruang bakar mesin diesel dalam berbagai perubahan intensitas pusaran udara masuk.

Pekerjaan perpindahan panas yang disebutkan selama proses pemasukan paling sering tidak membahas masalah pengaruh dinamika gas pada intensitas perpindahan panas lokal, yang menentukan jumlah pemanasan muatan segar dan tekanan suhu di intake manifold (pipa). Namun, seperti yang Anda ketahui, jumlah pemanasan muatan baru berdampak signifikan pada laju aliran massa muatan baru melalui silinder mesin dan, karenanya, pada tenaganya. Selain itu, penurunan intensitas dinamis perpindahan panas di saluran masuk mesin pembakaran internal bolak-balik dapat mengurangi tegangan termalnya dan dengan demikian meningkatkan sumber daya elemen ini. Oleh karena itu, studi dan pemecahan masalah ini merupakan tugas mendesak untuk pengembangan mesin.

Perlu dicatat bahwa saat ini, perhitungan teknik menggunakan data dari blowdown statis, yang tidak benar, karena ketidakstasioneran (denyut aliran) sangat memengaruhi perpindahan panas di saluran. Studi eksperimental dan teoritis menunjukkan perbedaan yang signifikan dalam koefisien perpindahan panas dalam kondisi non-stasioner dari kasus stasioner. Bisa mencapai 3-4 kali lipat nilainya. Alasan utama untuk perbedaan ini adalah penataan ulang spesifik dari struktur aliran turbulen, seperti yang ditunjukkan pada .

Ditemukan bahwa sebagai akibat dari dampak aliran non-stasioneritas dinamis (percepatan aliran), struktur kinematik di dalamnya ditata ulang, yang menyebabkan penurunan intensitas proses perpindahan panas. Juga ditemukan dalam pekerjaan bahwa percepatan aliran mengarah pada peningkatan 2-3 kali lipat tegangan geser dekat dinding dan selanjutnya penurunan koefisien perpindahan panas lokal dengan faktor yang hampir sama.

Jadi, untuk menghitung nilai panas muatan segar dan menentukan tekanan suhu di intake manifold (pipa), diperlukan data tentang perpindahan panas lokal sesaat di saluran ini, karena hasil blowdown statis dapat menyebabkan kesalahan serius (lebih dari 50 %) saat menentukan koefisien perpindahan panas di saluran masuk , yang tidak dapat diterima bahkan untuk perhitungan teknik.

1.4 Kesimpulan dan pernyataan tujuan penelitian

Berdasarkan hal di atas, kesimpulan berikut dapat ditarik. Karakteristik teknologi dari mesin pembakaran internal sangat ditentukan oleh kualitas aerodinamis saluran masuk secara keseluruhan dan elemen individual: intake manifold (pipa saluran masuk), saluran di kepala silinder, leher dan pelat katupnya, ruang bakar di mahkota piston.

Namun, saat ini, fokusnya adalah pada optimalisasi desain saluran di kepala silinder dan sistem kontrol yang rumit dan mahal untuk mengisi silinder dengan muatan segar, sementara dapat diasumsikan bahwa hanya karena profil intake manifold yang dapat gas-dinamis, pertukaran panas dan karakteristik konsumsi mesin akan terpengaruh.

Saat ini, ada berbagai macam alat dan metode pengukuran untuk studi dinamis dari proses asupan di mesin, dan kesulitan metodologi utama terletak pada pilihan dan penggunaannya yang benar.

Berdasarkan analisis data literatur di atas, tugas-tugas disertasi berikut dapat dirumuskan.

1. Menentukan pengaruh konfigurasi intake manifold dan adanya elemen filter terhadap dinamika gas dan karakteristik aliran mesin pembakaran dalam piston, serta mengidentifikasi faktor hidrodinamika pertukaran panas aliran berdenyut dengan dinding pipa saluran saluran masuk.

2. Kembangkan cara untuk meningkatkan aliran udara melalui sistem asupan mesin piston.

3. Temukan pola utama perubahan perpindahan panas lokal sesaat di saluran masuk ICE piston dalam kondisi ketidakstabilan hidrodinamik di saluran silinder klasik, dan temukan juga pengaruh konfigurasi sistem saluran masuk (sisipan berprofil dan filter udara) pada proses ini.

4. Ringkaslah data eksperimen tentang koefisien perpindahan panas lokal sesaat di intake manifold dari mesin pembakaran dalam bolak-balik.

Untuk menyelesaikan tugas yang ditetapkan, kembangkan metode yang diperlukan dan buat pengaturan eksperimental dalam bentuk model skala penuh dari mesin pembakaran internal bolak-balik yang dilengkapi dengan sistem kontrol dan pengukuran dengan pengumpulan dan pemrosesan data otomatis.

2. Deskripsi pengaturan eksperimental dan metode pengukuran

2.1 Penyiapan eksperimental untuk mempelajari proses pemasukan dalam mesin pembakaran dalam bolak-balik

Ciri khas dari proses asupan yang dipelajari adalah dinamisme dan periodisitasnya, karena rentang kecepatan poros engkol mesin yang luas, dan pelanggaran keselarasan berkala ini, terkait dengan gerakan piston yang tidak rata dan perubahan konfigurasi saluran masuk di area perakitan katup. Dua faktor terakhir saling berhubungan dengan pengoperasian mekanisme distribusi gas. Kondisi seperti itu dapat direproduksi dengan akurasi yang memadai hanya dengan bantuan model skala penuh.

Karena karakteristik gas-dinamis adalah fungsi dari parameter geometris dan faktor operasi, model dinamis harus sesuai dengan mesin dengan dimensi tertentu dan beroperasi dalam mode kecepatan karakteristiknya untuk memutar poros engkol, tetapi dari sumber energi eksternal. Berdasarkan data ini, dimungkinkan untuk mengembangkan dan mengevaluasi efisiensi keseluruhan dari solusi tertentu yang ditujukan untuk meningkatkan saluran intake secara keseluruhan, serta secara terpisah untuk berbagai faktor (desain atau mode).

Untuk mempelajari dinamika gas dan perpindahan panas dari proses pemasukan dalam mesin pembakaran internal reciprocating, pengaturan eksperimental dirancang dan diproduksi. Itu dikembangkan berdasarkan mesin VAZ-OKA model 11113. Saat membuat instalasi, bagian prototipe digunakan, yaitu: batang penghubung, pin piston, piston (dengan revisi), mekanisme distribusi gas (dengan revisi), katrol poros engkol. Gambar 2.1 menunjukkan bagian longitudinal dari pengaturan eksperimental, dan Gambar 2.2 menunjukkan potongan melintangnya.

Beras. 2.1. Bagian longitudinal dari pengaturan eksperimental:

1 - kopling elastis; 2 - jari karet; 3 - leher batang penghubung; 4 - leher akar; 5 - pipi; 6 - mur M16; 7 - penyeimbang; 8 - mur M18; 9 - bantalan utama; 10 - mendukung; 11 - bantalan batang penghubung; 12 - batang penghubung; 13 - pin piston; 14 - piston; 15 - selongsong silinder; 16 - silinder; 17 - dasar silinder; 18 - penyangga silinder; 19 - cincin fluoroplastik; 20 - pelat dasar; 21 - segi enam; 22 - paking; 23 - katup masuk; 24 - katup buang; 25 - poros bubungan; 26 - katrol poros bubungan; 27 - katrol poros engkol; 28 - sabuk bergigi; 29 - rol; 30 - dudukan penegang; 31 - baut penegang; 32 - kapal tangki; 35 - motor asinkron

Beras. 2.2. Potongan melintang dari pengaturan eksperimental:

3 - leher batang penghubung; 4 - leher akar; 5 - pipi; 7 - penyeimbang; 10 - mendukung; 11 - bantalan batang penghubung; 12 - batang penghubung; 13 - pin piston; 14 - piston; 15 - selongsong silinder; 16 - silinder; 17 - dasar silinder; 18 - penyangga silinder; 19 - cincin fluoroplastik; 20 - pelat dasar; 21 - segi enam; 22 - paking; 23 - katup masuk; 25 - poros bubungan; 26 - katrol poros bubungan; 28 - sabuk bergigi; 29 - rol; 30 - dudukan penegang; 31 - baut penegang; 32 - kapal tangki; 33 - sisipan yang diprofilkan; 34 - saluran pengukur; 35 - motor asinkron

Seperti yang terlihat dari gambar-gambar ini, pemasangannya adalah model skala penuh dari mesin pembakaran internal satu silinder dengan dimensi 7.1 / 8.2. Torsi dari motor asinkron ditransmisikan melalui kopling elastis 1 dengan enam jari karet 2 ke poros engkol desain aslinya. Kopling yang digunakan mampu mengkompensasi sebagian besar ketidaksejajaran sambungan antara poros motor asinkron dan poros engkol instalasi, dan juga untuk mengurangi beban dinamis, terutama saat memulai dan menghentikan perangkat. Poros engkol, pada gilirannya, terdiri dari jurnal batang penghubung 3 dan dua jurnal utama 4, yang saling berhubungan menggunakan pipi 5. Leher engkol ditekan dengan pas interferensi ke pipi dan dipasang dengan mur 6. Untuk mengurangi getaran, penyeimbang 7 dipasang ke pipi dengan baut Gerakan aksial poros engkol dicegah oleh mur 8. Poros engkol berputar pada bantalan gelinding tertutup 9 dipasang pada penyangga 10. Dua bantalan gelinding tertutup 11 dipasang pada jurnal batang penghubung, di mana sambungan batang dipasang 12. Penggunaan dua bantalan dalam hal ini dikaitkan dengan ukuran pemasangan batang penghubung . Piston 14 dipasang ke batang penghubung menggunakan pin piston 13, yang bergerak maju di sepanjang selongsong besi tuang 15 yang ditekan ke dalam silinder baja 16. Silinder dipasang pada alas 17, yang ditempatkan pada penyangga silinder 18. Satu cincin fluoroplastik lebar 19 dipasang pada piston, bukan tiga baja standar. Penggunaan selongsong besi tuang dan cincin fluoroplastik memberikan pengurangan gesekan yang tajam pada pasangan selongsong piston dan selongsong ring piston. Oleh karena itu, pengaturan eksperimental mampu beroperasi dalam waktu singkat (hingga 7 menit) tanpa sistem pelumasan dan sistem pendingin pada kecepatan kerja poros engkol.

Semua elemen tetap utama dari pengaturan eksperimental dipasang pada pelat dasar 20, yang dipasang ke meja laboratorium dengan bantuan dua segi enam 21. Untuk mengurangi getaran, paking karet 22 dipasang di antara segi enam dan pelat dasar.

Mekanisme distribusi gas dari instalasi eksperimental dipinjam dari mobil VAZ 11113: rakitan kepala blok digunakan dengan beberapa modifikasi. Sistem terdiri dari katup masuk 23 dan katup buang 24, yang dikendalikan oleh poros bubungan 25 dengan katrol 26. Katrol poros bubungan dihubungkan ke katrol poros engkol 27 menggunakan sabuk bergigi 28. Dua katrol ditempatkan pada poros engkol dari unit untuk menyederhanakan sistem ketegangan sabuk penggerak camshaft. Ketegangan sabuk diatur oleh roller 29, yang dipasang pada rak 30, dan baut penegang 31. Oiler 32 dipasang untuk melumasi bantalan poros bubungan, oli dari mana mengalir secara gravitasi ke bantalan poros bubungan.

Dokumen Serupa

Fitur proses asupan dari siklus aktual. Pengaruh berbagai faktor terhadap pengisian mesin. Tekanan dan suhu pada akhir asupan. Koefisien gas sisa dan faktor penentu nilainya. Masuk saat piston berakselerasi.

kuliah, ditambahkan 05/30/2014


Dimensi bagian aliran di leher, bubungan untuk katup masuk. Pembuatan profil cam tanpa palu menggerakkan katup masuk tunggal. Kecepatan pendorong sesuai dengan sudut putaran cam. Perhitungan pegas katup dan camshaft.

makalah, ditambahkan 03/28/2014


Informasi umum tentang mesin pembakaran internal, fitur desain dan pengoperasiannya, kelebihan dan kekurangannya. Proses kerja mesin, metode penyalaan bahan bakar. Cari petunjuk untuk meningkatkan desain mesin pembakaran internal.

abstrak, ditambahkan 21/06/2012


Perhitungan proses pengisian, kompresi, pembakaran dan ekspansi, penentuan indikator, parameter efektif dan geometris mesin piston pesawat. Perhitungan dinamis mekanisme engkol dan perhitungan kekuatan poros engkol.

makalah, ditambahkan 01/17/2011


Studi tentang fitur proses pengisian, kompresi, pembakaran dan ekspansi, yang secara langsung mempengaruhi proses kerja mesin pembakaran dalam. Analisis indikator dan indikator efektif. Konstruksi diagram indikator alur kerja.

makalah, ditambahkan 10/30/2013


Metode untuk menghitung koefisien dan tingkat ketidakseragaman suplai pompa piston dengan parameter yang diberikan, menyusun jadwal yang sesuai. Kondisi hisap pompa piston. Perhitungan instalasi hidrolik, parameter dan fungsi utamanya.

pekerjaan kontrol, ditambahkan 03/07/2015


Proyek pengembangan kompresor piston berbentuk V 4 silinder. Perhitungan termal unit kompresor mesin pendingin dan penentuan jalur gasnya. Konstruksi indikator dan diagram daya unit. Perhitungan kekuatan bagian piston.

makalah, ditambahkan 01/25/2013


Karakteristik umum skema pompa piston aksial dengan blok silinder dan cakram miring. Analisis tahapan utama perhitungan dan desain pompa piston aksial dengan blok miring. Pertimbangan desain pengontrol kecepatan universal.

makalah, ditambahkan 01/10/2014


Merancang perlengkapan untuk operasi pengeboran dan penggilingan. Metode mendapatkan benda kerja. Desain, prinsip, dan kondisi pengoperasian pompa piston aksial. Perhitungan kesalahan alat ukur. Skema teknologi perakitan mekanisme daya.

tesis, ditambahkan 05/26/2014


Pertimbangan siklus termodinamika mesin pembakaran internal dengan suplai panas pada volume dan tekanan konstan. Perhitungan termal mesin D-240. Perhitungan asupan, kompresi, pembakaran, proses ekspansi. Indikator efektif dari mesin pembakaran internal.

Penggunaan pipa knalpot resonan pada model motor dari semua kelas dapat meningkatkan performa atletik kompetisi secara dramatis. Namun, parameter geometris pipa ditentukan, sebagai suatu peraturan, dengan coba-coba, karena sejauh ini tidak ada pemahaman yang jelas dan interpretasi yang jelas tentang proses yang terjadi dalam perangkat dinamika gas ini. Dan dalam beberapa sumber informasi tentang hal ini, kesimpulan yang saling bertentangan diberikan yang memiliki interpretasi yang sewenang-wenang.

Untuk studi mendetail tentang proses di pipa knalpot yang disetel, instalasi khusus telah dibuat. Ini terdiri dari dudukan untuk menghidupkan mesin, adaptor pipa motor dengan alat kelengkapan untuk pengambilan sampel tekanan statis dan dinamis, dua sensor piezoelektrik, osiloskop dua balok C1-99, kamera, pipa knalpot resonan dari mesin R-15 dengan sebuah "teleskop" dan pipa buatan sendiri dengan permukaan yang menghitam dan isolasi termal tambahan.

Tekanan pada pipa di area pembuangan ditentukan sebagai berikut: motor dibawa ke kecepatan resonansi (26000 rpm), data dari sensor piezoelektrik yang terhubung ke keran tekanan ditampilkan pada osiloskop, frekuensi sapuannya disinkronkan dengan kecepatan mesin, dan osilogram direkam pada film fotografi.

Setelah mengembangkan film dalam pengembang kontras, gambar dipindahkan ke kertas kalkir pada skala layar osiloskop. Hasil untuk pipa dari mesin R-15 ditunjukkan pada Gambar 1 dan untuk pipa buatan sendiri dengan penghitam dan insulasi panas tambahan - pada Gambar 2.

Di tangga lagu:

R dyn - tekanan dinamis, R st - tekanan statis. OVO - membuka jendela knalpot, BDC - titik mati bawah, ZVO - menutup jendela knalpot.

Analisis kurva memungkinkan untuk mengungkap distribusi tekanan pada saluran masuk tabung resonansi sebagai fungsi dari fase rotasi poros engkol. Kenaikan tekanan dinamik dari bukaan exhaust port dengan diameter pipa outlet 5 mm terjadi pada R-15 sampai kira-kira 80°. Dan minimumnya berada dalam 50 ° - 60 ° dari titik mati bawah pada pembersihan maksimum. Peningkatan tekanan pada gelombang pantulan (dari minimum) pada saat penutupan jendela knalpot adalah sekitar 20% dari nilai maksimum P. Penundaan aksi gelombang gas buang yang dipantulkan adalah dari 80 hingga 90 °. Tekanan statis ditandai dengan peningkatan dalam 22° dari "dataran tinggi" pada grafik hingga 62° dari saat port pembuangan terbuka, dengan minimum terletak di 3° dari saat titik mati bawah. Jelas, dalam kasus penggunaan pipa knalpot yang serupa, fluktuasi blowdown terjadi pada 3° ... 20° setelah titik mati bawah, dan sama sekali tidak pada 30° setelah pembukaan jendela knalpot, seperti yang diperkirakan sebelumnya.

Data studi pipa buatan sendiri berbeda dengan data R-15. Peningkatan tekanan dinamis hingga 65° dari saat port pembuangan dibuka disertai dengan minimum yang terletak 66° setelah titik mati bawah. Dalam hal ini, peningkatan tekanan gelombang pantulan dari minimum sekitar 23%. Keterlambatan aksi gas buang lebih sedikit, yang mungkin disebabkan oleh peningkatan suhu dalam sistem yang diisolasi secara termal, dan sekitar 54°. Fluktuasi pembersihan tercatat pada 10° setelah titik mati bawah.

Membandingkan grafik, terlihat bahwa tekanan statis pada pipa berinsulasi panas pada saat menutup jendela knalpot lebih kecil dari pada R-15. Namun, tekanan dinamis memiliki gelombang pantulan maksimum 54° setelah lubang pembuangan ditutup, dan pada R-15 maksimum ini digeser sebanyak 90"! Perbedaan tersebut terkait dengan perbedaan diameter pipa knalpot: pada R-15, sebagaimana telah disebutkan, diameternya adalah 5 mm, dan pada yang berinsulasi panas - 6,5 mm. Selain itu, karena geometri pipa R-15 yang ditingkatkan, ia memiliki faktor pemulihan tekanan statis yang lebih tinggi.

Efisiensi pipa knalpot resonan sangat bergantung pada parameter geometris pipa itu sendiri, penampang pipa knalpot engine, kondisi suhu, dan waktu katup.

Penggunaan counter-reflektor dan pemilihan rezim suhu pipa knalpot resonansi akan memungkinkan untuk menggeser tekanan maksimum gelombang gas buang yang dipantulkan pada saat jendela knalpot ditutup dan dengan demikian meningkatkan efisiensinya secara tajam.