Содержание к диссертации
Введение
Глава I. Состояние вопроса и задачи исследований II
1.1. Использование наддува на автомобильных двигателях 11-13
1.2. Основные схемы наддува ДВС 13
1.2.1. Наддув двигателя с помощью приводного нагнетателя 14
1.2.2. Наддув с механической связью 14-17
1.2.3. Турбопоршневой двигатель с гидравлической связью 17
1.2.4. Комбинированные двигатели с газовой связью.
1.2.5. Турбопоршневой двигатель с комбинированной системой наддува 20-22
1.2.6. Мотогенераторный турбопоршневой двигатель. 22-24
1.2.7. Система Типербар" 22-25
1.3. Варианты карбюраторных поршневых и роторно- поршневых двигателей с турбонаддувом 26-27
1.3.1. Двигатель с турбонаддувом фирмы Fo*d 27
1.3.2. Карбюраторный двигатель BenUeu ТиъБо фирмы RoWs-Ro^ce и SAAB 27-30
1.3.3. Роторно-поршневой двигатель с турбонаддувом.30-33
1.4. Теоретические предпосылки взаимосвязи давления на впуске ( Рк ) и выпуске С Рг ) с параметра ми двигателя 33
1.4.1. Влияние Рк 33-36
1.4.2. Влияние Р* 37-39
1.5. Определение задач исследования 39-41
Глава 2. Математическое описание индикаторного процесса рцц при варьировании давлением газа на впуске и выпуске 42
2.1. Постановка задачи 42
2.2. Процесс выпуска отработавших газов из рабочей полости РПД при наличии противодавления в выпускном тракте 42
2.2.1. Основные допущения 42-45
2.2.2. Уравнение сохранения энергии для газа в рабочей полости РПД 45-46
2.2.3. Уравнение сохранения энергии для газа, находящегося в дожигателе 46
2.2.4. Уравнение неразрывности потока для дожигателя 46
2.2.5. Уравнение истечения газа через выпускное окно РЦЦ 47-48
2.2.6. Уравнение истечения газа через дроссель... 49-50
2.2.7. Дифференциальное уравнение состояния для газа в рабочей полости РПД 50
2.2.8. Дифференциальное уравнение состояния газа, находящегося в дожигателе 50
2.3. Задание начальных условий при расчете процесса выпуска 50-51
2.4. Параметры на впуске 51-52
2.5. Параметры заряда в процессе сжатия 53
2.6. Процесс сгорания 53-56
2.7. Процесс расширения 56
2.8. Результаты и выводы 56-57
Глава 3. Экспериментальная установка и методика экспериментального исследования 58
3.1. Объект испытаний 58-61
3.2. Устройство для изменения сопротивления выпускного тракта 61-63
3.3. Комплекс контрольно-измерительной аппаратуры 63
3.3.1. Измерение величины крутящего момента 63
3.3.2. Частота вращения вала двигателя 63
3.3.3. Измерение расходов воздуха и топлива 63-65
3.3.4. Измерение температур отработавших газов... 65-67
3.3.5. Индицирование рабочей полости РПД 68-70
3.3.6. Измерение противодавления на выхлопе 70
3.4. Методика экспериментального исследования... 70-72
3.5. Обработка индикаторных диаграмм 72-76
3.6. Методика определения констант модели рабочего процесса РПД 76-82
3.7. Методика расчета поля температур в камере сгорания 82-84
3.8. Методика расчетного эксперимента 84-90
3.9. Результаты и выводы 90
Глава 4. Влияние противодавления на выпуске на некоторые характеристики цикла и эффективные показатели РПД 91
4.1. Уравнения регрессии 91-92
4.2. Формирование противодавления на выпуске 92
4.2.1. Влияние режима работы двигателя 92-97
4.2.2. Влияние дросселирования на выхлопе 97-100
4.2.3. Интенсивность воздействия режимных факторов на величину противодавления на выхлопе 100-104
4.2.4. Влияние положения дроссельной заслонки в выхлопном тракте на интенсивность воздейст вия режимных факторов 105
4.3. Температура отработавших газов 105-108
4.4. Коэффициент наполнения и остаточных газов... I08-II3
4.5. Эффективная мощность двигателя II3-II9
4.6. Удельный эффективный расход топлива II9-I22
4.7. Результаты и выводы 122-124
Глава 5. Влияние противодавления на выпуске на индика торный процесс 125
5.1. Общие подходы к исследованию 125
5.2. Характер изменения давления в рабочей полости 125-126
5.3. Тепловыделение и максимальная температура
цикла 127-130
5.4. Индикаторная мощность и среднее индикаторное давление 130-133
5.5. Индикаторный удельный расход топлива и индикаторный кпд 133-136
5.6. Результаты и выводы 137-138
Глава 6. Некоторые результаты вычисжтельного эксперимента по изучению совместного влияния на показатели РПД 139
6.1. Постановка вопроса 139-140
6.2. Уравнения регрессии 141-142
6.3. Влияние Рк и АРвыхл. на индикаторную мощность РПД 142-148
6.4. Особенности процесса выпуска при наличии дополнительной емкости в выхлопной системе двигателя I49-I5I
6.5. Результаты и выводы I5I-I52
Основные результаты и выводы 153-155
Литература
- Использование наддува на автомобильных двигателях
- Процесс выпуска отработавших газов из рабочей полости РПД при наличии противодавления в выпускном тракте
- Устройство для изменения сопротивления выпускного тракта
- Интенсивность воздействия режимных факторов на величину противодавления на выхлопе
Введение к работе
Замбия - страна континентальная. Экономический центр ее -район Коппербелта - находится на расстоянии 1,3 - 2,5 тыс. км от портов Индийского (Дар-Эс-Салам, Мапуту, Бейра) и Атлантического (Ловиту) океанов.
К числу основных задач, нашедших отражение в специальной долгосрочной программе развития Замбии и в четвертом национальном плане ее развития на 1985-1989 годы, относятся проблемы экономии металла, топливно-энергетических ресурсов и более эффективного использования промышленного и сельскохозяйственного сырья.
В настоящее время Замбия обеспечивает потребность в нефти за счет импорта. Экономика страны имеет монотоварный характер и практически до сих пор полностью ориентирована на внешний рынок. Развитие автомобильного транспорта является одной из важнейших задач развития экономики страны. В 1979 г. автомобильный парк Замбии, насчитывает свыше 160 тыс.автомашин, в том числе 18 тыс.грузовых.:
Экономия ресурсов, предусмотренная задачами национального плана Замбии на очередное пятилетие, требует при анализе и выборе решений комплексной оценки. Например, при выборе типа двигателя следует учитывать не только его топливную экономичность, но и металлоемкость, трудовые затраты на его изготовление и эксплуатацию и т.п. При таком подходе роторно-поршневой двигатель (РПД), представляет значительный интерес, хотя пока его топливная экономичность хуже, чем у поршневого двигателя.
Этот интерес продиктован тем, что по сравнению с поршневым двигателем роторно-поршневой двигатель имеет ряд преимуществ:
лучшие весовые и габаритные показатели;
меньшее число деталей и стоимость их изготовления;
более высокий коэффициент наполнения из-за простой конструкции впускного патрубка;
более высокая степень уравновешенности, а следовательно, меньший уровень вибрации и шума;
более простая кинематическая схема;
меньшая требовательность к октановому числу бензина.
К сказанному следует добавить, что РПД еще находятся в стадии развития. Ведутся работы по их дальнейшему совершенствованию. В частности, дополнительное снижение металлоемкости на единицу вырабатываемой мощности можно достичь за счет использования турбонаддува /64,80,84,85,109,111 /.
Анализ ряда исследований /0,26,44,62,65,68,71,79,90,94,97/ позволяет отметить, что оснащение поршневых двигателей с принудительным зажиганием системами турбонаддува позволеет существенно повысить эксплуатационные возможности транспортных средств, увеличить эффективную мощность, повысить коэффициент приспособляемости и т.д. Использование турбонаддува /71,76,107 / может также являться средством снижения токсичности отработавших газов, особенно при соответствующем регулировании давления наддувочного воздуха.
К сожалению в настоящее время делаются лишь первые шаги по применению турбонаддува на РДЦ. В литературе отсутствуют сведения, непосредственно связанные с турбонаддувом в этих двигателях .
Известно, в частности, что применение турбонагнетателей сопровождается ростом противодавления на выпуске две. В отличие от поршневых две, сведений о влиянии противодавления на эффективные и индикаторные показатели РИД практически отсутствуют.
Нет теоретической основы и экспериментального материала для комплексного анализа влияния режима работы, противодавления
на выхлопе и величины давления наддува Рк ( или #к = -рг ).
В настоящей работе предпринята попытка уменьшить указанный пробел. С этой целью проведено экспериментальное изучение факторов, влияющих на изменение противодавления ( ДРбыхл- ) и воздействие последнего на эффективные и индикаторные показатели Р1ІД.
Для обеспечения возможности комплексного анализа влияния режима работы РЦЦ, ДРьыхл. и Рк на показатели двигателя в диссертации предложена математическая модель цикла, в основу которой положена математическая модель, разработанная для поршневого две в Азербайджанском политехничнеком институте.
С помощью созданной математической модели проведен вычислительный эксперимент на ЭВМ ЕС-І022, позволивший получить важные соотношения, определяющие совокупное воздействие частоты вращения, нагрузки РЦЦ, ДРбыхл- и Рк практически на все показатели индикаторного процесса. В частности, получены соотношения для вычисления Рк ( или #к ), обеспечивающего заданное увеличение мощности Р1Щ при любом сочетании AP&ixa. , скоростного и нагрузочного режимов.
Этот материал может явиться основой для создания автоматических систем управления турбонаддувом в РИД.
Как в ходе натурного, так и в процессе вычислительного экспериментов широко использовался метод математического планирования экспериментов и обработки их результатов, что во-первых, сократило объем опытов и затраты машинного времени и, во-вторых, позволило систематизировать полученные результаты в виде уравнений регрессии, удобных для анализа и расчетов.
Работа была выполнена на кафедре"Теоретических основ теплотехники" Волгоградского ордена Трудового Красного Знамени политехнического института.
Автор выражает глубокую и искреннюю признательность за оказанные помощь, поддержку, ценные советы и замечания своим
10 научным руководителям д.т.н.профессору Злотину Г.Н. и к.т.н., доценту Треплину В.А., а также сотрудникам кафедры к.т.н.Дуль-геру М.В., к.т.н. Овчарову С.А., инженеру Шуйскому С.Н., не раз помогавшим своими ценными советами. Автор выражает свою признательность всему коллективу кафедры "Теоретических основ теплотехники" за ту обстановку доброжелательности, которая способствовала успешному обучению в аспирантуре и выполнению настоящей работы.
I. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ.
I.I. Использование наддува на автомобильных
двигателях.
Наддув как средство увеличения мощности существует почти со времени появления самого двигателя внутреннего сгорания.
Обусловлено, что стремление повысить мощность двигателя, которая, как было позже показано с помощью развившейся теории две, пропорциональна при прочих равных условиях плотности заряда, поступающего в двигатель, т.е.
где ?а,?ан - плотность заряда на впуске соответственно
при отсутствии и наличии наддува.к
В 1885 г. Даймлер сделал заявку на патент четырехцилиндрового двигателя, в котором во время каждого хода нагнетается заряд смеси или воздуха /46 / Дизель исследовал возможность увеличения мощности двигателя при помощи наддува / 96 /. Попытка наддува двигателя была также предпринята Л.Рено в 1902 г. / 78 /. Первый патент по турбонаддуву был выдан швейцарскому инженеру ABuohi в 1905 г. / 49,78,86 /,там впервые использовалась энергия выхлопных газов в утилизационной турбине, приводимой в действие отработавшими газами.
Теоретические разработки и практическое использование наддува в ДВС осуществлялось также русскими и советскими учеными: проф.В.И.Гриневецким,проф.А.Н.Шелест,акад.Б.С.Стечкиным
к Здесь и в последующем материале главы индекс "Н" относится к двигателю с наддувом.
и др./ 10,40 /. В 1907 г. проф.В.И.Гриневецкий, работая над проблемой создания тепловоза, предложил, а в I9II г. построил двигатель с двойным сжатием и расширением, использовав для этих целей поршневую машину. Этот двигатель явился прототипом современных дизелей с наддувом и использованием энергии выхлопных газов. В 1912 г. проф.А.Н.Шелест, развивая идею В.И.Гриневецкого, разработал новую схему двигателя, в котором продолженное расширение осуществлялось уже не в поршневой машине, а в газовой турбине. Расчеты, проведенные Б.С.Стечкиным в начале 30-х годов, показали, что соединение авиационного двигателя с газовой турбиной может явиться одним из наиболее перспективных направлений в создании высокоэкономических авиационных силовых установок /40 /.
В конце 50-х и начале 60-х годов появились работы, касающиеся использования газотурбинного наддува для компенсации потери мощности при работе двигателя в условиях высокогорья / 16,
28 /.
Однако применение наддува в карбюраторных двигателях при одинаковой степени сжатия и неизменном качестве топлива приводит к повышению интенсивности детонации. Этот недостаток может быть устранен путем повышения октанового числа топлива, например, за счет использования антидетонационных присадок /2 /.
Другие исследователи считают, что простейшим и наиболее эффективным методом снижения склонности двигателя к детонации является уменьшение степени сжатия /48,58,62,66,69,71,74,81 /, хотя это отрицательно влияет на характеристики двигателя и снижает эффективность наддува /93 /
В середине 60-х годов фирмы GMc и otdsmoSifc начали серийный выпуск автомобильных бензиновых ДВС с турбонаддувом / 63, 66,72,73,98 Л который вскоре был прекращен. Позднее интерес к турбонаддуву этих двигателей возник вновь о чем, в
ІЗ частности, свидетельствуют экспонаты международной выставки 1973 года во Франкфурте, а также работы, начатые специализированными фирмами ( например, в ФРГ KiihuB КоРР und Kansh u FiBwpacheO
/ із /.
В начале 80-х годов впервые исследовалась система наддува роторно-поршневого двигателя с приводным компрессором. Был разработан вариант двигателя с надцувом по системе TISC (Timed induction with Supwctagre )/110,111,113/. Фирмой Toyo Ко yo разработан 2-х секционный ДВС с рабочим объемом 2,3 л, системой впрыска Ь - 'Setnine и турбонадцувом / III/.
В настоящее время бензиновые ДВС с турбонадцувом разрабатываются фирмами BMW , Toyo Kogyo, SAAB , VoEvo , JaimEe? Вещ и рядом других /50,51,61,70,83,88,101,105,108,112/.
1.2. Основные схемы наддува ДВС.
Использование в автомобильной промышленности наддува комбинированных двигателей вызвало в основном стремлением улучшить топливную экономичность, токсичность, габаритные и массовые по-показатели двигателя.
Комбинированные двигатели состоят из поршневых частей (двигатель) , компрессионных и расширительных агрегатов (компрессор и газовая турбина).
В зависимости от связи между поршневой, компрессионной и расширительной частями различают следующие основные варианты наддува с помощью приводного нагнетателя.
1.2.1. Наддув двигателя с помощью приводного
нагнетателя.
На рис.1.1. показана принципиальная схема такого варианта наддува. По степени теплотехнического совершенства такой двигатель уступает безнаддувочному, т.к. мощность для привода нагнетателя отбирается от коленчатого вала. Это не компенсируется, некоторым повышением механического кпд, улучшением процесса сгорания и т.п. Поэтому такой способ наддува в настоящее время в двигатели внутреннего сгорания практически не применяется.
1.2.2. Наддув с механической связью.
По этой схеме рис.1.2 вал турбины и вал компрессора связаны между собой и с валом двигателя посредством специальной передачи. В случае, если газовая турбина имеет также и механическую связь с валом двигателя, то в зависимости от режима работы происходит перераспределение энергии.
Так, если мощность газовой турбины мала для привода нагнетателя, недостаток энергии восполняется двигателем, когда мощность газовой турбины больше мощности нагнетателя, избыток энергии передается на вал двигателя и суммируется с его эффективной мощностью.
Применение механической связи позволяет повышать давление наддува двигателя до любой практически требуемой величины при этом полнее использовать энергию выхлопных газов в турбине, независимо от давления наддува. Наличие механической передачи между компрессором и двигателем обеспечивает синхронность их работы на всех режимах, что обеспечивает хорошее наполнение цилиндров двигателя на установившихся и переходных режимах, что
Рис.I.I. Наддув двигателя с помощью приводного нагнетателя.
1 - двигатель;
2 - приводной компрессор;
3 - шестеренчатая передача.
Рис.I.2. Схема турбопоршневого двигателя с механической связью.
- двигатель;
- компрессор;
- турбина.
обеспечивает лучшую приемистость и пусковые совйства. Несмотря на имеющиеся преимущества, этот вариант имеет также ряд недостатков. Более низкие экономические показатели, связанные с затратой энергии на привод компрессора. Кроме того, на двигателе с такой связью труднее достигнуть согласования окружной скорости рабочего колеса турбины со скоростью истечения газов.
1.2.3. Турбопоршневой двигатель с гидравлической
связью.
Комбинированные двигатели с такой схемой применялись в некоторых авиационных дизелях и бензиновых двигателях / 40 /.
Обычно компрессор и турбина рис.1.3 имеет жесткую связь и соединяются с двигателем с помощью гидромуфты.
В этом случае имеется возможность обойтись одной гидромуфтой небольшой мощности и обеспечить более высокий кпд турбины на нерасчетных режимах. При наличии гидромуфты сравнительно просто удается осуществить бесступенчатое изменение передаточного числа между двигателем и компрессором, при этом коэффициент приспособляемости двигателя повышается.
Однако применение гидромуфты связано с некоторым понижением кпд двигателя на расчетном режиме вследствие наличия необратимых потерь в гидромуфте.
1.2.4. Комбинированные двигатели с газовой связью.
В комбинированном двигателе с газовой связью (рис.1.4) используется энергия отработавших газов. При этом турбина и компрессор жестко связаны между собой, а с двигателем имеется только газовая связь. На всех режимах мощность турбины равна мощности компрессора, при этом на всех режимах работы турбо-
П
Рис.І.З. Схема турбопоршневого двигателя с гидравлической связью.
- двигатель;
- гидромуфта;
- компрессор;
- турбина.
і
Рис.I.4.
Схема турбопоршневого двигателя с газовой связью.
- двигатель;
- компрессор;
- турбина.
поршневого двигателя автоматически достигается наивыгоднейшее соотношение между скоростью истечения газов и окружной скоростью рабочего колеса турбины, в результате чего кпд турбины оказывается выше, чем в схеме с механической связью. Ооычно конструкция комбинированного двигателя с газовой связью оказывается более простой и компактной. В последние годы для автомобильных и тракторных двигателей этот способ (газотурбинный наддув) получил преимущественное распространение.
К недостаткам такого способа наддува относятся:
резкое снижение производительности при малых частотах вращения вала двигателя;
высокая производительность при ограниченных габаритах требует повышения частоты вращения турбокомпрессора, что в свою очередь усложняет технологию его изготовления и стоимость;
наличие горячих коррозионно активных отработавших газов ДВС требует применения в турбине высококачественных дорогостоящих материалов;
инерция ротора турбокомпрессора увеличивает время, необходимое для разгона автомобиля, т.е. снижает его приемистость.
1.2.5. Турбопоршневой двигатель с комбинированной системой наддува.
Турбопрршневой двигатель с комбинированной связью рис.1.5 имеет двух-отупенчатое сжатие воздуха. Возможны два варианта:
первой ступенью служит турбокомпрессор, а второй - приводной компрессор;
первой ступенью сжатия служит приводной компрессор, а второй-турб ок омпре с с ор.
В первом случае необходимая величина суммарной степени по-
Рис.I.5. Схема двигателя с комбинированной системой надцува.
- двигатель;
- компрессор;
- турбокомпрессор.
вышения давления воздуха получается при меньшей величине степени повышения давления в приводном компрессоре. Это снижает затраты мощности на привод компрессора второй ступени сжатия и повышает в целом кпд двигателя. Однако приемистость данного двигателя несколько ниже, чем у двигателя с механической связью.
Наличие в рассматриваемой схеме двигателя компрессора с механическим приводом позволяет осуществить рабочий процесс с любой степенью наддува, улучшить условия запуска двигателя и в то же время уменьшить потери, обусловленные несогласованностью окружной скорости колеса турбины со скоростью истечения газа в турбине. Наличие турбокомпрессора упрощает согласование давления наддува с режимами работы двигателя. Двухступенчатое сжатие позволяет осуществить промежуточное охлаждение воздуха, что снижает затраты мощности на получение требуемой величины давления наддува.
Способность турбокомпрессора увеличивать частоту вращения при увеличении тумпературы и понижении давления окружающего воздуха позволяет увеличить степень повышения давления воздуха в компрессоре и тем самым улучшить протекание характеристик двигателя. Благодаря этой особенности комбинированная система наддува получила в свое время широкое распространение на авиационных турбопоршневых двигателях.
1.2.6. Мотогенераторный турбопоршневой двигатель.
В мотогенераторном турбопоршневом двигателе рис.1.6, или мотогенераторе, мощность двигателя полностью расходуется на привод компрессора, полезная же мощность снимается с газовой турбины, использующей энергию выхлопных газов двигателя.
Основное преимущество мотогенераторного турбопоршневого
I
Рис.I.6. Схема мотогенераторного поршневого двигателя.
- двигатель;
- компрессор;
- турбина.
двигателя заключается в благоприятном протекании крутящего момента турбины с изменением ее частоты вращения. Благодаря этому коэффициент приспособляемости у этого двигателя получается значительно больше, чем у других рассматриваемых выше двигателей.
Основным недостатком данных двигателей является низкая топливная экономичность, а также сложность синхронизации работы нескольких мотогенераторов.
Область применения мотогенераторных турбопоршневых двигателей пока еще не определилась / 40 /
1.2.7. Система "Гипербар".
Система "Гипербар" (рис.1.7) состоит из турбокомпрессора с высокой степенью повышения давления 2, двигателя I, и дополнительной камерой сгорания 3, установленной в выхлопном трубопроводе. Поток воздуха, поступающий из компрессора разделяется на наддувочный, подаваемый в двигатель, и дополнительный, проходящий через перепускной канал и смешивающийся затем с выпускными газами; этот дополнительный воздух нагревается в дополнительной камере сгорания и подводится к газовой турбине.
Система "Гипербар" дает высокое среднее эффективное давление, благоприятный характер изменения крутящего момента, хорошую приемистость и хорошие пусковые качества.
К недостаткам ее относятся сложность конструкции и высокий расход топлива во всем диапазоне нагрузок.
Система "Гипербар" в основном нашла применение в дизелях.
Рис.I.7. Система "Гипербар".
- двигатель;
- турбокомпрессор;
- дополнительная камера сгорания.
\
1.3. Варианты карбюраторных поршневых и р оторно-поршневых двигателей с турбонаддувом.
Из всего сказанного выше следует, что для автотракторных дизелей турбонадцув в настоящее время занял практически монопольное положение. Сравнительно немногочисленные еще конструкции бензиновых автомобильных двигателей с наддувом также в качестве наддувного агрегата используют турбокомпрессор.
Таким образом, для всех наддувных вариантов автомобильных бензиновых двигателей основными компонентами остаются двигатель и турбокомпрессор.
Компрессор размещается либо до карбюратора / 56,100 / или после него / 53,57,75 Л В первом случае следует уплотнять попловковуго камеру или даже карбюратор в целом /102/. Когда компрессор устанавливают за карбюратором, необходимо принять меры, исключающие возможность забрасывания газов в компрессор при обратных вспышках во впускной системе.
На отдельных двигателях вместо карбюратора устанавливается система впрыска топлива / 50,52,60,64,70,82,87,103 /.Использование впрыска легкого топлива обусловлено необходимостью улучшения динамических характеристик автомобилей, повышения их топливной экономичности и снижения токсичности отработавших газов / 6,54 /.
Имеются указания на то, что впрыск топлива обеспечивает не только более равномерное распределение состава смеси по цилиндрам, но и большую гомогенность бензо-воздушной смеси, нежели карбюраторное смесеобразование / 9,54,77,89 /.
Для регулирования давления наддува в большинстве схем применяется перепуск части отработавших газов мимо турбины / 49, 57 /.
Как известно, детонация затрудняет форсирование бензиновых ДВС с помощью наддува. Американскими фирмами разработана система турбонаддува без понижения степени сжатия /92,95,105/. Для этого применен пьезоэлектрический датчик, реагирующий на колебания стенок цилиндров при появлении детонации и выдающий сигналы электронному анализирующему устройству, автоматически корректирующему момент зажигания с целью прекращения детонации.
Ниже рассмотрены варианты бензиновых двигателей с турбонаддувом.
1.3.1. Двигатель с турбонаддувом фирмы Fo*d пред
назначен для автомобилей РогоІ Mustang и Мегсиг^ Саргі / 57 /.
Размещение основных агрегатов на этом двигателе показано на
рис.1.8. Компрессор расположен между карбюратором и двигателем.
Воздух и топливо поступают в карбюратор, где образуется горю
чая смесь, как и в обычном карбюраторном двигателе. Горючая
смесь с повышенной плотностью поступает затем в цилиндр двига
теля. Регулирование давления наддува осуществляется путем бай-
пасирования части газа в обход турбине. Если в системе наддува
ДВС создается давление наддува, превышающее требуемое, то при
помощи сервоустройства открывается перепускной клапан перед
турбиной для отвода части отработавших газов мимо турбины. В
этой схеме предусмотрена система регулирования угла опережения
зажигания, которая получает сигналы от датчика давления, уста
новленного в выпускном трубопроводе.
1.2.2. Карбюраторный двигатель Bentfceij Тигбо
фирмы Rotfe- Roijce.
На автомобиле MuEsanne фирмы RoEEs-Ro^c устанавливается двигатель BenUe^ ТиъВо с турбонаддувом (рис.1.9) / 92 /.
Рис.I.8. Схема двигателя с ретулируемьм ТК. I - турбина ТК; 2 - карбюратор; 3 - компрессор; 4 - (горючая смесь с повышенной плотностью) - цилиндр;
5 - сервоустройство для перепуска
газов в окружающую среду;
- выпускной патрубок;
- впускной патрубок.
Рис.1.9. Схема турбонадцува двигателя фирмыДоВСз-Ксшсе-I - воздухоочиститель; Z - компрессор; 3 - турбина;
- выхлопной патрубок;
- поворотная заслонка для
перепуска ОГ;
- датчик давления надцува;
- четырехдиффузорнный карбюратор;
- двигатель;
- датчик давления во впускном
коллекторе; 10 - клапан сброса давления.
Ось турбокомпрессора расположена перпендикулярно оси вращения коленчатого вала двигателя, что облегчает подвод отработавших газов от двигателя к турбине по двум выпускным трубопроводам. При постановке турбонадцува степень сжатия двигателя осталась неизменной, однако для предотвращения детонации, предусмотрена специальная система регулирования.
Отличительной особенностью системы турбонадцува, разработанной шведской фирмой SM& (рис.1.10) / 51,95 /,системы является система регулирования давления наддува АРС, соответствующего условиям сгорания в цилиндрах двигателя.
В электронный блок регулирования поступают три сигнала: от распределителя, от пьезоэлектрического датчика давления наддува и от датчика детонации. Эффект новой системы регулирования также заключается в том, что она позволяет использовать в ДВС топливо различного качества без каких-либо изменений в конструкции ДВС.
Применение описанной системы позволило увеличить степень сжатия от 7,2 до 8,5 и поддерживать оптимальный угол опережения зажигания.
1.3.3. Роторно-поршневой двигатель с
турбонаддувом.
В отличие от поршневых две вопрос о применении турбонад-дува на РПД только начинает разрабатываться. К пионерам в этой области можно отнести фирму Toyo Kogyo. Схема одного из немногих роторно-поршневых двигателей с турбонаддувом изображена на рис.1.II. В отличие от ранее выпускаемого двигателя, на модели с турбонаддувом применены два впускных и два выпускных окна увеличенного сечения, система впрыска топлива типа "BoscH.Set»nic ".
Рис.І.10. Схема турбонадцува двигателя фирмы
І - датчик детонации; 2 - датчик давления во впускном трубопроводе;
- отдатчик давления;
- электронный блок регулирования;
- электромагнитный клапан;
6 - дросселирующее сужение;
- камера с диафрагмой;
- от распределителя зажигания;
9 - от датчика детонации;
10 - турбокомпрессор; II - двигатель.
и
0)
m tc
Pi О
ft О
о о
S Ф
&
В качестве главного управляющего параметра для регулирования подачи топлива используется величина расхода воздуха, засасываемого в рабочую полость ДВС / 64 / Форсунки установлены в одном из впускных каналов корпуса вблизи от эпитрохоиды.
При четырехоконной компановке впускных отверстий роторного двигателя фирмы Toyo Kogyo первичные и вторичные окна располагаются на противоположных сторонах камеры; форсунки при этом устанавливаются в первичных каналах. На малых частотах вращения вала двигателя вторичные каналы закрыты дроссельными заслонками, установленными во впускном трубопроводе. На высоких частотах вращения поток наддувочного воздуха, выходя иэ вторичных окон под избыточным давлением, повышает турбулизацию заряда, обеспечивая тем самым лучшее смесеобразование. Поскольку применение наддува увеличивает склонность двигателя к детонации, степень сжатия по сравнению с базовой моделью была уменьшена с 9,4 до 8,5. Предусмотрен датчик детонации, с помощью которого на соответствующих режимах угол опережения зажигания уменьшается на 5.
1.4. Теоретические предпосылки взаимосвязи давления на впуске ( Рк ) и выпуске ( Р* ) с параметрами двигателя.
I.4.I. Влияние Рк можно проследить, сопоставляя индикаторную мощность (JV4 ) при разных значениях этого параметра. Как было сказано выше, из теории две следует, что при прочих равных условиях соотношение индикаторных мощностей пропорционально отношению плотностей заряда на впуске.
Используя уравнение Клапейрона-Менделеева для точек " й "
34 и " &н " (рис.1.12) можно записать
^"ПТ"' (1-2)
=-^L_, (1.3)
ан R Тан
где R - характеристическая газовая постоянная, величина
которой не связана с параметрами состояния рабочего тела. Из совместного рассмотрения (1.2) и (1.3) следует, что
. (Т 4)
9а " Ра Тан U'4'
Та и Тън могут быть найдены по формулам
_ То+ЛТ +УгТЧ
т . , (1.5)
здесь .'То>Тк- соответственно температуры окружающей среды и
рабочего тела за компрессором; ДТ,АТн - подогрев заряда в процессе впуска от стенок
впускного трубопровода, стенок цилиндра, днища поршня и головки; Yi,Yih - коэффициенты остаточных газов без наддува и
при его наличии; Тч,Т*н - температуры остаточных газов в тех же двух случаях. Обычно АТн<АТ t что объясняется более высокими температурами воздуха за компрессором и соответственно меньшей разностью между средними температурами стенок и свежего заряда.
Рис.1.12. Индикаторная диаграмма РЩ. Р - атмосферное давление; а,Р<ан- давление в момент начала сжатия в двигателе без наддува и с наддувом; ?г - давление остаточных газов; Ро, Рои - давление конца процесса сжатия в
двигателе без наддува и с наддувом; PZjP2h - давление конца процесса сгорания в двигателе без надцува и с надцувом.
Если учесть, что АТн <<гТан и ДТ«Та , и допустить,
что Чъ »Угн и Тгг Тън , то можно записать следующее
приближенное равенство
Тан . Тк
о*
Та ~ То (1.7)
Тогда (1.4) можно приближенно записать в виде
?а Ра Тк u*d;
Представим
Ран=ам-Рк, (1.9)
Ра=а-Р0, (1-Ю)
где ан- коэффициент пропорциональности, который учитывает гидродинамические потери между компрессором и цилиндром двигателя; а. - коэффициент характеризующий потери давления от
входа в воздушный фильтр до рабочего объема цилиндра; Ро - давление атмосферного воздуха. Обозначим
-^- = ^. (I.II)
В результате уравнение (1.8) запишется так:
іа.Ії-ц-Ь- (І.І2)
?а а Тг
Следует оговориться, что обоснованность принятых допущений (ЇЧ=1Ггн ; Тг=Тгн ), а также соотношение —^- применительно к РЦЦ не исследованы.
1.4.2. Влияние величины противодавления ръ также оказывается многофакторным. Изменение Р% отражается на 1 и Хг , что, кроме влияния на справедливость соотношений Хг=Хгн и T«sT*h , влечет за собой воздействие на коэффициент наполнения ( Я ) и индикаторный кпд ( А ). Между тем при прочих равных условиях
A~ft-fc (I.I3)
Рг Ре
Кроме того от Рг и соотношения JT= "рТ или Пн = -р~
зависит в определенной степени работа, производимая в теоретическом цикле ( рис.1.12).
Работа за цикл / 43 / равна
L = (Uzb-Uc)-(U*- W -U'a), (1.14)
где Lizb- работа в политропном процессе расширения на участке
lb ;
liac- работа в политропном процессе сжатия ас ; Ц»- работа на выпуске (участок вг ); W- работа на адиабатическое расширение на участке %ъх ; t»*'a- работа на всасывание (участок Vа ). На участке zb (рис.1.12) работа расширения равна
, , PzVz г. ГЪ^1 ,т тМ
и = їїІЙ-[і-(-уьІ J (ІЛ5)
( П2 -показатель политропы расширения).
Используя уравнения состояния для точек " I " и " о "
PzVz = fyMzTz, (I.I6)
PbVb =RjnMbTb7 (1.17)
( Rju - универсальная газовая постоянная) и введя обозначения
Mc - число молей рабочего тела в конце сжатия; Ма - число молей свежего заряда;
Mc * Мс Гг Уи >
после преобразований получим
и-^МегО-т.^.Л'-О. (їла)
Работа в процессе сжатия (участок ас ) равна
, PcVc Г , Г Чс \ПН1 - PcYc / . J \
^ьс=і7Ги-^"УГ^ і"пн"^"1йї=*"/ (ІЛ9)
( flj - средний показатель политропы сжатия). Используя уравнения состояния
PaVa=RpiMaTa, U-20>
PcVc = Rj»McTc (1.21)
и имея в виду, что число молей рабочего тела при сжатии не меняется ( Ма=Мс (, получим после преобразований
Тогда
kzb-Uc = Rj«M»o + w)[npT (hof*' -0-
-Ja_ ("''' -J)] (I,23)
Работа , затрачиваемая на участке въ :
Цг»ІЧ(Уа-Ус)-Р*УаО-ї") (1.24)
Работа адиабатического расширения на уяаетке zzx
где к - показатель адиабаты остаточных газов. Работа на участке всасывания ( "&'& ):
U'r-Pa(V.-Уг ) = РбУа0 -^-^) + PaYaD - f (-^-)К ].
(1.26)
В итоге совместного решения (1.14),(1.23)-(1.26) получаем выражение для работы, производимой за цикл:
L =Va{ R,M»G ^)-^^^-0- а(е"--0] -
„„г., I . I ,, I , I /. П* О] (1.27)
Все сказанное вьше говорит о сложном влиянии противодавления на выхлопе на показатели бензинового двигателя.
1.5. Определение задач исследования.
Проведенный анализ вариантов формирования две путем использования наддува показал, что для автотракторных двигателей, в том числе бензиновых, характерно применение турбонаддува. Появление в выхлопном тракте газовой турбины приводит к увеличению его гидравлического сопротивления и соответствующему росту перепада давлений ( А-Рбыхл.), приводящего к росту противодавления.
Основная часть исследований, посвященных изучению влияния этого противодавления на показатели двигателя были выполнены в ЦНИДИ, МВТУ, ХПИ и других организациях на дизелях различного назначения / 5,15,21,22,23,25,27,33,35,36,39,45,59 / и др.
Имеются исследования / 8,17,30,31 /этой
проблемы применительно к поршневым авиационным двигателям,где в свое время особенно широко начал применяться турбонадцув, меньше таких исследований проведено на поршневых бензиновых автомобильных двигателях.
Сведения о влиянии противодавления на выпуске на показатели РДЦ практически отсутствуют.
Отсутствие в доступной нам научной литературе сведений о количественной оценке влияния противодавления выпускного тракта на мощностные и экономические показатели роторно-поршневого двигателя определило первую задачу исследования: изучить влияние изменения АРбыхл. на эффективные показатели двигателя, а также влияние режима работы РДЦ на формирование противодавления.
Вторая задача заключалась в исследовании влияния изменений ДРвыхл. на ряд характеристик индикаторного цикла РЦЦ, т.к. отсутствие в литературе таких сведений затрудняло физическое объяснение изменений эффективных показателей РИД при варьировании Л Рбыхл..
Высокое развитие средств вычислительной техники, обусловило целесообразность использования математического моделирования для исследования двигателей внутреннего сгорания. Поэтому одна из главных задач исследования заключалась в разработке математической модели, обеспечивающей адекватное математическое описание цикла РЦЦ.
Разработанная математическая модель обеспечила возможность решения четвертой задачи: проведение вычислительного эксперимента по изучению комплексного влияния скоростного, нагрузочного режимов, сопротивления на выхлопе и Рк на индикаторную мощность двигателя, что дает необходимьтй материал для выбора #к и автоматического управления турбонадцувом.
Наконец, проведение указанных выше исследований потребовало разработки специальных методик натурного и вычислительного эксперимента, создания измерительной и управляющей аппаратуры, что составило содержание самостоятельной (пятой) задачи данной диссертационной работы.
Использование наддува на автомобильных двигателях
Наддув как средство увеличения мощности существует почти со времени появления самого двигателя внутреннего сгорания.
Обусловлено, что стремление повысить мощность двигателя, которая, как было позже показано с помощью развившейся теории две, пропорциональна при прочих равных условиях плотности заряда, поступающего в двигатель, т.е. где а,?ан - плотность заряда на впуске соответственно при отсутствии и наличии наддува.к
В 1885 г. Даймлер сделал заявку на патент четырехцилиндрового двигателя, в котором во время каждого хода нагнетается заряд смеси или воздуха /46 / Дизель исследовал возможность увеличения мощности двигателя при помощи наддува / 96 /. Попытка наддува двигателя была также предпринята Л.Рено в 1902 г. / 78 /. Первый патент по турбонаддуву был выдан швейцарскому инженеру ABuohi в 1905 г. / 49,78,86 /,там впервые использовалась энергия выхлопных газов в утилизационной турбине, приводимой в действие отработавшими газами.
Теоретические разработки и практическое использование наддува в ДВС осуществлялось проф.В.И.Гриневецким,проф.А.Н.Шелест,акад.Б.С.Стечкиным и др./ 10,40 /. В 1907 г. проф.В.И.Гриневецкий, работая над проблемой создания тепловоза, предложил, а в I9II г. построил двигатель с двойным сжатием и расширением, использовав для этих целей поршневую машину. Этот двигатель явился прототипом современных дизелей с наддувом и использованием энергии выхлопных газов. В 1912 г. проф.А.Н.Шелест, развивая идею В.И.Гриневецкого, разработал новую схему двигателя, в котором продолженное расширение осуществлялось уже не в поршневой машине, а в газовой турбине. Расчеты, проведенные Б.С.Стечкиным в начале 30-х годов, показали, что соединение авиационного двигателя с газовой турбиной может явиться одним из наиболее перспективных направлений в создании высокоэкономических авиационных силовых установок /40 /.
В конце 50-х и начале 60-х годов появились работы, касающиеся использования газотурбинного наддува для компенсации потери мощности при работе двигателя в условиях высокогорья Однако применение наддува в карбюраторных двигателях при одинаковой степени сжатия и неизменном качестве топлива приводит к повышению интенсивности детонации. Этот недостаток может быть устранен путем повышения октанового числа топлива, например, за счет использования антидетонационных присадок /2 /.
Другие исследователи считают, что простейшим и наиболее эффективным методом снижения склонности двигателя к детонации является уменьшение степени сжатия /48,58,62,66,69,71,74,81 /, хотя это отрицательно влияет на характеристики двигателя и снижает эффективность наддува /93 /
В середине 60-х годов фирмы GMc и otdsmoSifc начали серийный выпуск автомобильных бензиновых ДВС с турбонаддувом / 63, 66,72,73,98 Л который вскоре был прекращен. Позднее интерес к турбонаддуву этих двигателей возник вновь о чем, в
В начале 80-х годов впервые исследовалась система наддува роторно-поршневого двигателя с приводным компрессором. Был разработан вариант двигателя с надцувом по системе TISC (Timed induction with Supwctagre )/110,111,113/. Фирмой Toyo Ко yo разработан 2-х секционный ДВС с рабочим объемом 2,3 л, системой впрыска Ь - Setnine и турбонадцувом / III/. В настоящее время бензиновые ДВС с турбонадцувом разрабатываются фирмами BMW , Toyo Kogyo, SAAB , VoEvo , JaimEe? Вещ и рядом других /50,51,61,70,83,88,101,105,108,112/.
Процесс выпуска отработавших газов из рабочей полости РПД при наличии противодавления в выпускном тракте
В связи с попытками применения турбонаддува в РПД возникает необходимость изучить влияние на его рабочий процесс величины противодавления на выпуске ( Р% ), величины давления на впуске ( Рк ) и соотношения между ними. В доступной нам литературе эти вопросы не рассмотрены.
Цель моделирования заключалась в том, чтобы обеспечить возможность теоретического анализа и прогнозирования влияния Рї и Рк на рабочий процесс РПД, его мощностные показатели и топливную экономичность.
В качестве объекта моделирования был выбран РПД ВАЗ-ЗП, имеющий карбюраторное питание и двухканальную систему зажигания.
В основу разработанной модели положена математическая модель, созданная в АзПИ под руководством д.т.н. Керимова Н.А. и д.т.н. Мехтиева Р.И. / 37 / Она была скорректирована с учетом задач исследования геометрии и кинематики РПД и дополнена моделью процесса выпуска ОГ из рабочей полости РПД, учитывающий противодавление в выпускном тракте.
Входящие в модель константы определялись экспериментально по методикам, изложенным в главе 3.
Ниже приводятся основные составляющие модель элементы. выпуске ведет к двум очевидным последствиям: увеличению работы насосных ходов ( за счет увеличения работы на выталкивание ОГ на такте выпуска) и повышению коэффициента остаточных газов ( Хъ ) С другой стороны, увеличение противодавления на выпуске препятствует быстрому падению давления при открывании выпускного окна, что может несколько увеличить работу расширения за цикл.
Количественную оценку влияния противодавления на fz и работу выпуска можно провести расчетным путем, моделируя процесс выпуска.,
При этом необходимо учитывать наличие термореактора в выпускной системе РДЦ, выступающего в данном случае в качестве ресивера, а также наличие дросселя на выходе из реактора, с помощью которого регулируется сопротивление выпускного тракта.
Расчетная схема, используемая при описании процесса, представлена на рис. 2.1. В модели приняты следующие допущения: 1. Процесс истечения ОГ из рабочей полости адиабатный. 2. ОГ - смесь идеальных газов с неизменным в ходе процесса показателем адиабаты К ( диапазон изменения Т невелик). 3. Теплотой, выделяющейся в ходе реакции в дожигателе ( термореакторе), можно за малостью пренебречь. 4. Выпускное окно РПД и проходное сечение в дросселе представляют собой сопла. 5. Потери на вязкостное трение не учитываются.
Моделирование процесса выпуска сводится к задаче об истечении газа из емкости переменного объема ( закон измененияУво времени задан), через сопло переменного сечения ( закон изменения F во времени задан) в емкость постоянного объема Vj и далее через сопло постоянного сечения j - в атмосферу. му дифференциальных уравнений сохранения энергии, неразрывности потока, истечения и уравнений состояния.
На такте выпуска газ в рабочей полости РЦЦ представляет собой открытую термодинамическую систему, для которой при допущении адиабатности процесса уравнение сохранения энергии в дифференциальной форме имеет вид: где Р , V и 171 - соответственно текущие значения давления, объема и массы газа в рабочей полости РЦЦ; р у - соответственно скорости изменения давления и объема газа в рабочей полости двигателя; 7=У(У) _ объем рабочей полости. V=a-&cos(&r-4-), (2.2) где а и Ь - константы (для РПД BA3-3II а З.Эб-НГ4 3, в=3,26-ПГ4м3); Т - угол поворота ротора; Y - скорость изменения объема. Y = {asifi(ar- -3-)» (2.3) ГО - массовый расход газа из двигателя в дожигатель. Здесь и далее, если специально не оговорено,дифференцирование ведется по углу поворота ротора У .
Газ, находящийся в дожигателе, также представляет собой открытую термодинамическую систему, так как происходит массо-обмен между полостью дожигателя, с одной стороны, и рабочей полостью РЦЦ и атмосферой, с другой стороны.
Обозначим Yb - угол поворота ротора, соответствующий началу открытия выпускного окна, ft - угол поворота ротора, соответствующий началу закрытия выпускного окна, Y % - продолжительность открытия (закрытия) выпускного окна ( в градусах поворота ротора).
Устройство для изменения сопротивления выпускного тракта
Из общей теории гидродинамики гидравлическое сопротивление выхлопного тракта с дроссельной заслонкой определяется по формуле: ( А ) где f - коэффициент гидравлического сопротивления; - плотность газа; Q - расход газа;
F - рассматриваемое сечение. Таким образом, сопротивление выхлопного канала при прочих равных условиях тем больше, чем меньше F . Исходя из этого изменение противодавления на выхлопе осуществлялось с помощью заслонки (рис.3.3), установленной в выпускной трубе. Устройство позволяло строго фиксировать каждое положение дроссельной заслонки в пределах от почти полного ее открытия ( 10 град) до полного закрытия ( 90 град ). При этом ( рис. 3.3) при условии что ДЗР- здесь &ЯР ДиаметР дроссельной заслонки; До - диаметр выхлопного трубопровода; бых- угол поворота дроссельной заслонки. Комплекс контрольно измерительной аппаратуры. Измерение величины крутящего момента, разви ваемого двигателем, осуществлялось общепринятым способом по реакции статора балансириой машины.
Частота вращения вала двигателя определялась с помощью электронного тахометра ( рис.3.4.), который включал в себя скрепленный с валом диск ( Д ), по окружности которого выполнено 60 отверстий, оптронную пару HI-Y 3, усилитель УІ и частотомер - хронометр Ф 5080. Частота вращения в мин фиксировалась на табло частотомера - хронометра. Погрешность замера частоты вращения составляла менее - I мин .
Тот же диск и фотоэлектрический метод использовались для нанесения на осциллограммы отметок угла поворота эксцентрикового вала и положения ВМТ. Для этого на расстоянии 100 мм от оси вращения, через каждые 6 был просверлен второй ряд отверстий диаметром 0,5 мм. Отверстие, отвечающее положению ВМТ, имело 0 1,0 мм. Оптронная пара Н2 - V 4, усилитель "V 2 ( рис.3.4) и высокочастотный гальванометр обеспечивали нанесение на осциллограммы отметок через каждые 6 поворота эксцентрикового вала и положения ВМТ.
Измерение расходов воздуха и топлива.
Для измерения расхода воздуха использовался ротационный счетчик РГ-250, который устанавливался на ресивере объемом 0,2 м3. С целью повышения точности и оперативности съема информации РГ-250 был модернизирован: на нем был смонтирован фотоэлектрический отметчик, сигналы которого подавались на цифровой частотомер-хронометр ( Ф 5080 ( рис.3.5). Фотоэлектрический отметчик состоит из диска, закрепленного на выходном валу одного из роторов, с определенным числом отверстий, через которые при вращении диска происходит засвечивание фотодиода осветителем. Частота импульсов прямо пропорциональна частоте вращения ротора счетчика, т.е. расходу воздуха.
Для измерения расхода топлива использовалась полуавтоматическая измерительная система, также основанная на использовании частотомера-хронометра Ф 5080, но уже в режиме хронометра. Штихпробер ( на схеме он обозначен "Ш" и условно показан горизонтально), представляет собой (рис.3.6) две последовательно соединенные емкости. Работа системы сводится к замеру с высокой точностью промежутка времени, за который мениск топлива пройдет через фиксированные плоскости, соответствующие расходу топлива из одной или другой емкости. Подробное описание работы системы дается в работах / 38 /
Система обеспечивает измерение расхода топлива с точностью - 0,5 % от номинального значения GT на исследуемом режиме.
Интенсивность воздействия режимных факторов на величину противодавления на выхлопе
Здесь ЛГв, Jfe, ft, Й, 7v» J, m, fti - эффективная мощность, индикаторный кпд, коэффициент наполнения и механический кпд соответственно при отсутствии и при наличии дополнительного сопротивления в выпускном тракте.
Разберем влияние АРвЫХА на каждое слагаемое, находящееся в скобках выражения (4.24). Будем основываться на анализе, проведенном в предидущих параграфах. мере увеличения АРбьш..
Прямые опыты по изучению влияния АРБЫХА на массовый часовой расход воздуха позволили, как было показано в 4.4, установить факт уменьшения v с ростом АРбыхл. и описать количественно зависимость = j (АГЬЫХЛ. ). Таким образом было показано, что О v , т.е. АО 0. Сила С ростом противодавления отмечено возростание коэффициен та остаточных газов ( Ї ), что, как известно, отрицательно сказывается на процессе сгорания и должно приводить к сниже нию эффективности преобразования теплоты в работу, т.е. к снижению %i . В общем случае это должно приводить к тому, что fli i , т.е. AJJ. У 0. Данное неравенство должно усиливаться по этих нера венств возростает по мере увеличения ДР&ьіи. Величина механического кпд (если относить к механическим потерям и затраты энергии на насосные ходы) прямо связана с изменением АРЬЫХЛ. . При неизменной величине Ра насосные потери будут тем выше (рис.4.18), чем больше АРвыкл..
Таким образом, { оказывается тем меньше фт , а неравенство AJj? 0 тем сильнее чем больше величина ДРбым..
Отмеченные обстоятельства приводят к тому, что ЛГе должно быть тем меньше «Уе , чем больше противодавление на выхлопе.
Эксперименты, проведенные по определению Ле при варьировании Д , р- и 6ы л. , были обобщены в виду уравнения регрессии (4.5).
В качестве иллюстрации на рис.4.19 и 4.20 приведены для Vgp.= 100 % и .= 60 % скоростные характеристики РЩ при разных положениях заслонки,дросселирующей выхлоп. Величину падения мощности, обусловленной, изменением при наличии (4.5) можно вычислить по формуле где ДХз отсчитывается от полностью открытой заслонки, дросселирующей выхлоп, т.е. X,- = - 1,682 принимается в этом случае О за нулевое значение. ох находится путем дифференцирования (4.5):
Однако наибольший интерес представляют зависимости А е не от быхл. , непосредственно от АРбмхл. . Совместное рассмотрение (4.1) и (4.5) позволяет получить зависимости A «Weв і (Д РбыхлЛ для любых И и р. .
Примеры таких зависимостей для fl = 1500,2500,ЗбООмин-1 и р-= 20, 60, 100 % приведены на рис.4.21. Видно, что до АРбыхл. 0,015 МПа влиянием АР&ыхл. на «fe можно пренебречь. При больших АРвыхл. А 6 прогрессивно возрастает с увеличением АР&ЫХА. v Учитывая разброс величин в ходе опыта, можно ( и это иллюстрируют кривые на рис.4.21) принять для приближенных расчетов, что для ДРбыхл. 0,015 каждая 0,01 МПа увеличения ДРьыхл.вызывает падение «fe примерно на 0,6 кВт.
Удельный эффективный расход топлива о- , определяется известным соотношением /2 /: І т1(Г (4.27) где Бт - массовый часовой расход топлива. В 4.5 было показано, что с ростом АРбыхл. падает Яг и количественно оценено это уменьшение. Массовый часовой расход топлива можно выразить так: Ьт-а-іо (4.28) где а - коэффициент избытка воздуха; - масса воздуха, теоретически необходимая для сгорания I кг топлива. Для конкретного вида топлива 6 о -С О П st . С точностью до величин второго порядка малость можно принять, что с( не зависит от ДРбыхл. в исследовавшихся пределах изменения этой величины. При этих условиях Ьт Об ,т.е. как и &6 уменьшается с ростом ЛР&ыхл. .
Таким образом, ge формируется под действием двух противоречивых тенденций: уменьшения От приводящего к уменьшению С и уменьшения Jfe , вызывающего рост удельного расхода топлива. Решающую роль играет второй фактор, т.к. изменение && в зависимости АРбыхл. , как было показано в 4.2, невелико. К этому следует добавить, что &т уменьшается в о(&о раз меньше, чем &В ( &0% 15), т.е.изменения бт практически не происходит.
В результате, как следует из (4.6), при всех ft и Yop. усиление дросселирования выхлопа ( Увыхл- ) вызывает рост ge
Совместное рассмотрение (4.6) и (4.1) позволяет связать е с П-. р- и АРбыхл. . На рис.4.22 в качестве примера приведена зависимость ge = f (АРбыхл. ) для П. =2500,3500 мин"1 и %,.= 20, 60, 100 %.
