CC BY
73
УДК 629.113.004.67
АНАЛИТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ИЗМЕНЕНИЯ ДАВЛЕНИЯ В КОНЦЕ ТАКТА СЖАТИЯ ЦИЛИНДРОПОРШНЕВОЙ ГРУППЫ
ДВС
Д. А. Бондарев, И.К. Данилов
Одним из важнейших условий поддержания на высоком уровне эффективности и надежности двигателей, является прогнозирование остаточного ресурса сопряжений. Предложена математическая зависимость изменения давления в надпорш-невом пространстве цилиндра ДВС с учетом утечек через сопряжение "поршневое кольцо - гильза".
Ключевые слова: двигатель внутреннего сгорания (ДВС), поршневое кольцо, температура, давление, объем, масса воздушно-масляной смеси, поворот кривошипного вала.
В процессе эксплуатации двигателя из-за износа образуются утечки рабочего тела через поршневые кольца и впускные (выпускные) клапаны. Причем основное перетекание рабочего тела из рабочей полости цилиндра происходит через замки поршневых колец. Основанием для этого являются многочисленные результаты измерений протечек рабочего тела через поршневые кольца. При использовании приработанного неизношенного комплекта поршневых колец до 80 % протечек приходится на тепловые зазоры поршневых колец [1]. Истечение рабочего тела через замки колец происходит со скоростью 100...300 м/с. При этом время контакта рабочего тела с торцами кольца при истечении через замок ничтожно мало. Процесс истечения воздушно-масляной смеси можно считать адиабатическим [2].
Для общего случая массообмена и теплообмена в надпоршневой полости в момент такта сжатия изменение давления [3]
йр=кт • [-¿м УТ +(кк1 ■ ], (1)
V р к р
где ёМут - уменьшение массы рабочего тела в надпоршневой полости, обусловленное утечкой рабочего тела через клапаны, поршневые кольца в течение расчетного промежутка времени ёт; к - показатель адиабаты для реального рабочего тела при значении температуры в начале расчетного промежутка времени; dQт - потери теплоты от поверхности стенок надпоршневой полости к рабочему телу или от рабочего тела в стенки надпоршневой полости в течение расчетного промежутка времени; - изменение объема надпоршневой полости, обусловленное перемещением поршня в течение расчетного промежутка времени; Р и V - соответственно давление и объем смеси в начале расчетного промежутка времени.
Для значения расчетного промежутка времени ёА, соответствующего углу поворота кривошипа Аф = 1 - 5° ПКВ [4] в верхней мертвой точке, давление, температура, масса и объем рабочего тела, а также количество теплоты, переданное взаимообразно от поверхности стенок к рабочему телу надпоршневой полости в конце расчетного промежутка времени [5],
Р1+1=Р1 + АР1, (2)
Т РЩ/^М , (3)
1+1 М1+1 • я и
М(1+1)=Му, (4)
У(1+1)=Уу + АУп , (5)
0т(1+1)=0Т1± А0Т1, (6)
где Р1, Р1+1 - значения давления в начале и конце расчетного промежутка времени; Я - универсальная газовая постоянная для 1 кг рабочего тела;
I
Му и Уу - соответственно масса и объем рабочего тела в начале расчетного промежутка времени.
Для расчета конечного значения продолжительности расчетного промежутка времени Ах,- (угла поворота кривошипа Афг-), уравнение для участка сжатия примет вид [5]
АР1=[±^ • ^ - АУп1 ]. (7)
к1 Р1
Взаимообмен теплоты АQт1 от поверхности стенок надпоршневой полости к рабочему телу в течение расчетного промежутка времени [5]:
dQт = 1]=^ • (Т-Тет.] ) • Б ёт, (8)
где а - коэффициент теплоотдачи от газов к элементу поверхности стенок рабочей полости ] с определенными физическими свойствами, учитывающий конвективный теплообмен; Т - текущее значение температуры газов в надпоршневой полости; Тет] - среднее за цикл значение
температуры ] элемента поверхности; Б] - площадь ] элемента поверхности
стенок надпоршневой полости.
Недостатком этой модели является исключение влияния утечки рабочего тела через поршневые кольца, что для двигателей с пробегом является недопустимым.
Для учета влияния утечек через поршневые кольца необходимо произвести расчет массы теряемого рабочего тела между поршневыми кольцами, используя приведенные модели. Дифференциальное уравнение, описывающее характер изменения массы рабочего тела в каждом межкольцевом объеме в процессе работы двигателя,
174
• (±е1-1±С1), (9)
ёф 6п
где 01-1,01 - расход рабочего тела через замки поршневых колец.
С учетом (9) уравнение (1) примет вид
¿р=кр • ^А+к-! • (ю)
V р ёф к р
Таким образом, получено уравнение изменения давления в конце такта сжатия (в течение расчетного промежутка времени йт), учитывающее утечку рабочего тела из цилиндра ДВС без воспламенения, которое актуально для диагностирования двигателей разработанными средствами контроля. Экспериментальные исследования подтвердили аналитический расчет. Использование полученных зависимостей позволит оценить ресурс сопряжений ДВС и в соответствии с методикой [6] определить оптимальную периодичность диагностирования цилиндропоршневой группы.
Список литературы
1. Никитин Ю.Н., Арустамов Л.Х. Оценка жидкостного трения в сопряжении цилиндр - поршневое кольцо - поршень // Двигателестроение. 1987. № 7. С. 51 - 53.
2. Элементы системы автоматизированного проектирования ДВС: Алгоритмы прикладных программ / Р.М. Петриченко, С.А. Батурин, Ю.Н. Исаков [и др.]; под общ. ред. Р. М. Петриченко. Л.: Машиностроение, 1990. С. 239 - 240.
3. Дьяченко В.Г. Основы теории рабочих процессов в двигателях внутреннего сгорания: учеб. пособие. Киев: УМК ВО, 1988. 94 с.
4. Гребенников С. А., Петров М.Г., Гребенников А. С. Повышение точности диагностирования механизма газораспределения двигателя внутреннего сгорания по внутрицикловым изменениям угловой скорости коленчатого вала // Вестник Саратовского государственного технического университета. 2011. N 52. С. 49 - 55.
5. Дьяченко В.Г. Теория двигателей внутреннего сгорания: учебник. / пер. с укр. Харьков: ХНАДУ, 2009. 406 с.
6. Денисов А.С., Басков В.Н., Захаров В.П. Влияние периодичности профилактики на надежность автомобилей // Автотранспортное предприятие. 2011. № 1. С. 51-52.
Бондарев Денис Алексеевич, асп., ё$-Ьопёагву@уапёех. ги, Россия, Саратов, Саратовский государственный технический университет имени Ю.А. Гагарина,
Данилов Игорь Кеворкович, д-р техн. наук, проф., зав. кафедрой, ¿¡апИоуал.Ми. ги, Россия, Саратов, Саратовский государственный технический университет имени Ю. А. Гагарина
ANALYTICAL STUDY OF PRESSURE A T THE END OF THE COMPRESSION STROKE WITH THE WORKING FLUID LEAKS FROM THE CYLINDER GROUP INTERNAL
COMBUSTION ENGINE
D.A. Bondarev, I.K. Danilov
One important factor in maintaining a high level of efficiency and reliability of the engine, is the prediction of the residual life of interfaces . The mathematical dependence of the pressure in the space overpiston cylinder internal combustion engine with the leakage through the coupling piston ring - liner.
Key words: internal combustion engine piston ring, temperature , pressure , volume, mass air-oil mixture, turn the crank shaft.
Bondarev Denis Alexeevich, postgraduate, [email protected], Russia, Saratov, Yuri Gagarin State Technical University of Saratov,
Danilov Igor Kevorkovich, doctor of technical sciences, professor, head of chair, da-nilov@,sstu.ru, Russia, Saratov, Yuri Gagarin State Technical University of Saratov
УДК 621.43
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПОКАЗАТЕЛЕЙ РАБОТЫ АТМОСФЕРНОГО И НАДДУВНОГО ДВИГАТЕЛЕЙ ЗМЗ-406
И.Е. Агуреев, М.Ю. Власов, Ю.В. Мягков, К.Ю. Платонов, А.Е. Радько, Р.Н. Хмелев
Проведены экспериментальные исследования и выполнен анализ показателей работы атмосферного и наддувного двигателей ЗМЗ-406. Эксперимент проводился на стенде, обеспечивающем возможность подключения системы турбонаддува к атмосферному двигателю. Для определения показателей работы двигателя использовались программа компьютерной диагностики ««МоторСкан» и газоанализатор.
Ключевые слова: атмосферный двигатель, турбонаддув, экспериментальные исследования.
Задача улучшения характеристик двигателей внутреннего сгорания по-прежнему остается актуальной. В последнее время к автомобильному транспорту предъявляются все более высокие требования по экологическим, мощностным и экономическим показателям двигателей. Одним из основных способов улучшения этих показателей является система турбо-наддува [1].
