Диплом, курсовая, контрольная работа
Помощь в написании студенческих работ

Взаимосвязь основных конструктивных параметров газовоздушных трактов двухтактных двигателей с кривошипно-камерной продувкой

Диссертация: Взаимосвязь основных конструктивных параметров газовоздушных трактов двухтактных двигателей с кривошипно-камерной продувкой
ДиссертацияПомощь в написанииУзнать стоимостьмоей работы

Эффективная мощность двигателя определяется расходом воздуха и соответствующим расходом топлива. Причем, на мощность влияет не все количество воздуха, прошедшее через вцускную систему, которое оценивается коэффициентом подачи (отношением воздуха прошедшего через двигатель к гипотетическому количеству воздуха, которое могло бы разместиться в рабочем объеме ДВС при атмосферных условиях), а только… Читать ещё >

Содержание

  • Принятые сокращения и обозначения
  • ГЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ
    • 1. 1. Перспективы развития 2-х тактных ДВС
    • 1. 2. Общие сведения о 2-х тактных ДВС с кривошипнокамерной продувкой
    • 1. 3. Влияние элементов ГВТ на показатели 2-х тактного двигателя
    • 1. 4. Цели и задачи, решаемые в данной работе
  • ГЛАВА 2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТОВ НАПОЛНЕНИЯ ДЛЯ 2-Х ТАКТНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ С КРИВОШИПНО — КАМЕРНОЙ ПРОДУВКОЙ
    • 2. 1. Введение
    • 2. 2. Основные уравнения газовой динамики
    • 2. 3. Применение обобщенных переменных к определению коэффициента наполнения
      • 2. 3. 1. Обобщенные переменные для 2-х тактного ДВС с ПДП без выпускной системы
      • 2. 3. 2. Обобщенные перемениме для 2-х тактного ДВС с ПДП и выпускной системой
    • 2. 4. Блок-схема программы определения значения комплексов
  • Мех, М1П
    • 2. 5. Результаты
  • ГЛАВА 3. МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ И РЕЗУЛЬТАТЫ ЧИСЛЕННЫХ ЭКСПЕРИМЕНТОВ
    • 3. 1. Введение. Цель и задачи вычислительных экспериментов
    • 3. 2. Интерактивная система имитационного моделирования
  • Альбея"
    • 3. 2. 1. Назначение и возможности «Альбеи»
    • 3. 2. 2. Прикладные модули, использованные в работе
    • 3. 2. 3. Представление результатов в «Альбее»
    • 3. 3. Результаты численных экспериментов для ДВС с ПДП
    • 3. 3. 1. Результаты численных экспериментов для ДВС с ПДП без выпускных систем
    • 3. 3. 2. Результаты численных экспериментов для ДВС с ПДП и выпускной системой
    • 3. 3. 3. Результаты расчетов двигателя ЭМ-42 с неоптимальной впускной системой
    • 3. 4. Результаты численных экспериментов для ДВС с петлевой продувкой
    • 3. 5. Результаты расчета ДВС с петлевой продувкой
  • ТМЗ-200М
    • 3. 6. Графические зависимости величины обобщенного коэффициента наполнения 2-х тактных ДВС от безразмерных комплексов
    • 3. 6. 1. Влияние элементов впускной системы двигателя
    • 3. 6. 2. Влияние перепускных и выпускных окон
    • 3. 6. 3. Влияние элементов выпускной системы двигателя
    • 3. 7. Методика выбора размеров основных элементов газовоздушных трактов 2-х тактных двигателей
    • 3. 7. 1. Определение размеров элементов впускной системы
    • 3. 7. 2. Определение размеров элементов выпускной системы
    • 3. 8. Результаты расчета 2-х тактного двигателя ЭМ
    • 3. 9. Анализ полученных результатов для 2-х тактных ДВС с петлевой и прямоточной продувкой
  • ГЛАВА 4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ УСТАНОВКА, МЕТОДИКА И
  • РЕЗУЛЬТАТЫ НАТУРНЫХ ЭКСПЕРИМЕНТОВ
    • 4. 1. Введение. Цели и задачи экспериментов
    • 4. 2. Методика проведения экспериментов
    • 4. 3. Испытательные стенды и измерительная аппаратура
      • 4. 3. 1. Модельная камера
      • 4. 3. 2. Испытательный стенд IDS 541 N
      • 4. 3. 3. Измерительная аппаратура
    • 4. 4. Результаты экспериментов
      • 4. 4. 1. Модельная продувочная камера
      • 4. 4. 2. Внешние скоростные характеристики ДВС с петлевой продувкой ТМЗ-200М
      • 4. 4. 3. Внешние скоростные характеристики ДВС с ПДП ЭМ
      • 4. 4. 4. Испытания двигателя ЭМ
        • 4. 4. 4. 1. Внешние скоростные характеристики двигателя ЭМ
        • 4. 4. 4. 2. Индикаторные диаграммы двигателя
    • 4. 5. Обработка полученных результатов и оценка точности замеренных величин
      • 4. 5. 1. Погрешность определен^ эффективных показателей ДВС
      • 4. 5. 2. Оценка погрешности измерения давления в цилиндре двигателя
    • 4. 6. Методика определения значения коэффициента наполнения в 2-х тактном ДВС
    • 4. 7. Результаты анализа
  • ВЫВОДЫ

Взаимосвязь основных конструктивных параметров газовоздушных трактов двухтактных двигателей с кривошипно-камерной продувкой (реферат, курсовая, диплом, контрольная)

Принцип двухтактных двигателей был впервые разработан в 1878 году. Их отличительной особенностью считается то, что они потенциально способны в тех же габаритах и при той же массе, обеспечить получение удвоенной мощности обычных 4-х тактных двигателей. Традиционными областями применения 2-х тактных ДВС являются, с одной стороны, легкомоторные транспортные средства (лодки, мотоциклы, легкие самолеты и т. д.) и средства малой механизации, а с другой стороны — крупные силовые установки для тепловозов, танков, морских и речных судов. Именно в этих сферах данным двигателям удалось проявить свои преимущества при существующем уровне производства. Главными причинами, сдерживающими их более широкое (например в автомобилестроении) применение, являются сложности организации газообмена и более высокая теплонапряженность, которые ведут к повышеному уровню токсичности и топливопотребления. Однако, в последнее время ведутся интенсивные опытно-конструкторские работы по использованию 2-х тактных ДВС в автомобильных силовых установках /45/,/47/, /48/,/51/,/59/,/60/,/61/,/62/,/63/.

Двухтактные двигатели по способу организации смены заряда можно разделить на три вида: волновая продувкасо специальным продувочным агрегатомс использованием подпоршневого пространства. Первый вид продувки используется редко и имеет ограниченное применение. Второй вид — используется как правило в двигателях большой мощности. Третий — в маломощных ДВС (<50кВт). Однако двигатели с кривошипно-камерной продувкой потенциально более простые и имеют более высокий механический.

КПД, чем ДВС с продувкой нагнетателем. Поэтому можно предположить расширение области их использоваия в зону больших мощностей и в частности в автомобилестроении. Тем более, что появились технологические возможности решить проблему смазки цилиндро-поршневой группы и кривошипного подшипника при приемлемом угаре масла, и проблему высокочастотного впрыска топлива в рабочую камеру, исключающего выброс топливовоздушной смеси в выпускную систему.

Эффективная мощность двигателя определяется расходом воздуха и соответствующим расходом топлива. Причем, на мощность влияет не все количество воздуха, прошедшее через вцускную систему, которое оценивается коэффициентом подачи (отношением воздуха прошедшего через двигатель к гипотетическому количеству воздуха, которое могло бы разместиться в рабочем объеме ДВС при атмосферных условиях), а только эффективная часть, которая удерживается в цилиндре после окончания газообмена и которая участвует в рабочем процессе. Эта часть оценивается коэффициентом наполнения (отношением оставшегося воздуха в цилиндре после закрытия органов газообмена к гипотетическому количеству воздуха, которое могло бы разместиться в рабочем объеме ДВС при атмосферных условиях).

Существует большой объем разрозненной информации о степени и характере влияния на качество газообмена различных конструктивных элементов газовоздушных трактов /4/,/8/,/14/,/15/, /17/,/20/,/23/,/39/,/42/,/46/,/50/,/63/,/64/,/65/ и практически отсутствуют работы, в которых были бы приведены обоснованные взаимосвязи коэффициента наполнения 2-х тактного ДВС со всеми основными размерами ГВТ. То, насколько правильно выбраны размеры ГВТ, определяет характер нестационарных процессов в них и, соответственно, эффективные показатели двигателя. Особенно заметно это проявляется в 2-х тактных ДВС, где газообмен проходит практически при максимальном объеме рабочей камеры, процессы очистки, продувки и наполнения не разделены во времени. Схема всего газовоздушного тракта (организация продувки, расположение и ориентация впускных и выпускных органов, использование нестационарных явлений) оказывает существенное влияние на очистку и наполнение рабочих камер. В связи с этим, для создания высокоэффективного двигателя уже на ранней стадии проектирования необходимо знать то, насколько совершенна выбранная система газовоздушного тракта. В данной работе сделана попытка установить взаимосвязи между основными конструктивными параметрами ГВТ 2-х тактного двигателя с кривошипно-камерной продувкой и эффективным расходом воздуха, которые позволили бы уже на ранней стадии проектирования двигателя оценить его характеристики.

Поиск возможных путей решения этой проблемы показал, что имеется возможность из основных уравнений газовой динамики получить обобщенное уравнение для коэффициента наполнения, в котором переменными являются безразмерные комплексы, состоящие из начальных и граничных (включая основные конструктивные размеры ГВТ двигателя) условий и, используя численные методы моделирования, заложенные в систему имитационного моделирования «Альбея», исследовать зависимость коэффициента наполнения от этих безразмерных комплексов и установить их взаимозависимость.

Научная новизна работы заключается в следующем: • впервые получены обобщенные переменные, включающие конструктивные параметры основных элементов ГВТ] и установлена их взаимосвязь для двигателей с кривошипно-камерной продувкой;

• впервые показано, что 2-х тактный двигатель при правильной организации процесса газообмена может иметь практически такой же коэффициент наполнения, как и четырехтактный;

• разработана методика определения размеров основных элементов ГВТ на основе полученных зависимостей обобщенного коэффициента наполнения от безразмерных комплексов;

• разработана расчетно-экспериментальная методика определения коэффициента наполнения 2-х тактного ДВС на основе стандартных стендовых испытаний двигателя и численного моделирования рабочего процесса.

На защиту выносится методика определения геометрических размеров проточных частей ГВТ 2-х тактных ДВС с кривошипно-ка-мерной продувкой на стадии его проектирования и доводке.

Практическая ценность — разработанная методика определения ГВТ позволяет конструктору при проектировании двигателя:

• определять наиболее эффективную схему протекания газообмена в 2-х тактном двигателе с кривошипно-камерной продувкой;

• анализировать влияние вклада каждого из элементов газовоздушного тракта 2-х тактного ДВС на коэффициент наполнения;

• сократить время для более точного подбора конструктивных размеров методами прямого численного или натурного эксперимента.

• снизить затраты и время на окончательную доводку двигателя.

Работа выполнена в Уфимском государственном авиационном техническом университете на кафедре «Двигатели внутреннего сгорания» .

выводы.

1. Впервые получены обобщенные переменные, включающие конструктивные параметры элементов ГВТ и установлена их взаимосвязь для 2-х тактных двигателей с кривошипно-камерной продувкой.

2. Впервые показано, что двухтактный двигатель с кривошипно-камерной продувкой при правильной организации процесса газообмена может иметь такой же коэффициент наполнения (^yiyls Лу=1−39), как и четырехтактный (ht^Hv =1.33).

3. Использование разработанной методики определения размеров.

ГВТ 2-х тактного ДВС позволяет уже на стадии эскизного проектирования оценить эффективный заряд рабочей камеры с погрешностью, не превышающей 10%, что подтверждается как сопоставлением расчетных данных с данными, полученными на существующих двигателях, так и показателями специально спроектированного двигателя.

4. Установлено, что использование обобщенных переменных дает возможность значительно (в несколько раз) сократить процесс проектирования и доводки двигателя, что подтверждается опытом создания двигателя ЭМ-90.

5. Разработана расчетно-экспериментальная методика определения коэффициента наполнения двигателя (с погрешностью не превышающей 3−5%) на основе стендовых испытаний и расчета его параметров в среде программного комплекса «Альбея» .

Показать весь текст

Список литературы

  1. Г. Н. Прикладная газовая динамика. — М.: Наука 1976 г.
  2. Г. Н., Крашенников С. Ю., Секундов А. Н., Смирнова И. П. Турбулентное смешение газовых струй. М.: Наука 1974г
  3. Ю.П., Маркова Е. В., Грановский Ю.В, Планирование ® эксперимента при поиске оптимальных условий. М.: Наука1976г.
  4. В.В. Гоночные мотоциклы. Ленинград.: Машиностроение 1983 г.
  5. П. Введение в турбулентность и её измерение. М.: Мир 1974.
  6. Ва (е)денин Г. В. Общая методика методикаэкспериментальных исследований и обработки опытныхданных. -М.: «Колос» 1973г-199с.
  7. В.Г. Статистическая обработка опытных данных.- М.: Изд. Колос, 1966 г.
  8. К.В. «Использование эффекта взаимодействия волн конечной амплитуды в трубопроводе при проектировании и доводке выпускных систем 2-х тактных ДВС». Диссертация на соискание ученой степени к.т.н. г. Уфа, УАИ 1991 г.
  9. В.Г., Щербаков С. Б., Рудая Н. В., Загайко С. А. Альбея система автоматизированного моделирования газовоздушных трактов двигателей внутреннего сгорания (руководство пользователя). Уфа.: УГАТУ 1995 г.
  10. М.И. Теория струй идеальной жидкости. М.: Наука 1979 г.
  11. А.А. Применение теории подобия к исследованию процессов тепло-массообмена. М.: Высшая школа. 1974 г.
  12. Д.А., Иванов Г. И., Круглов М. Г., Моргулис П. С., Перфилов В. Г. Агрегаты воздухоснабжения комбинированных двигателей внутреннего сгорания. М.: Машиностроение 1973 г.
  13. Н.Х., Харитонов Б. А., Петров В. М. и др. Конструирование и расчет двигателей внутреннего сгорания. -Ленинград.: Машиностроение 1979 г.
  14. .Х., Круглов М. Г., Обухова B.C. Конструирование впускных и выпускных каналов двигателей внутреннего сгорания. Киев.: Вища школа 1987 г.
  15. В.М., Григорьев Ю. С., Тупов В. В. и др. Двухтактные карбюраторные двигатели внутреннего сгорания. -М.: Машиностроение 1990 г.
  16. М.Г., Меднов А. А. Газовая динамика комбинированных двигателей внутреннего сгорания. М.: Машиностроение 1988 г.
  17. М.Г. Термодинамика и газодинамика двухтактных двигателей внутреннего сгорания. М.: Машгиз 1963 г.
  18. Л.Д., Лившиц Е. М. Гидродинамика. М.: Наука 1986 г.
  19. Л.Г. Механика жидкости и газа. М. г Наука 1987 г.
  20. А.С., Круглов М. Г. Комбинированные двухтактные двигатели. М.: Машиностроение 1968 г.
  21. А.С., Круглов М. Г. Двигатели внутреннего сгорания. -М.: Машиностроение 1983 г.
  22. К. Г. Конструирование и расчет на прочность автомобильных и тракторных двигателей. М.: Высшая школа 1973 г.
  23. В.И., Гололобов Е. И., Плешаков А. А., и др. Экономичность двигателей мотороллеров и мотоциклов. -Тула.: Приокское книжное издательство 1990 г.
  24. И .Я. Испытание двигателей внутреннего сгорания. -М.: Высшая школа. 1975 320с.
  25. Ю.А. Случайные процессы. М.: Наука. 1979 г — 1873с.
  26. .П. Основы теории газообмена ДВС. Уфа.: УАИ 1977 г.
  27. .П. Прикладная нестационарная гидрогазодинамика. -Уфа.: УАИ 1988 г.
  28. Б. П. Березин С.Р. Расчет на ЭВМ показателей газообмена ДВС. Уфа.: УАИ 1979 г.
  29. .П., Галиев Р. А., Даянов С. Б., Никитин Р. В., Рудая Н. В. Расчет характеристик двигателя внутреннего сгорания. -Уфа.: УАИ 1986 г.
  30. Румшинский JI.3. Математическая обработка результатов эксперимента.
  31. Л.И. Методы подобия и размерности в механике. М.: Наука 1987 г.
  32. Л.И. Механика сплошной среды. T.I. М.: Наука 1983 г.
  33. Л.И. Механика сплошной среды. Т.Н. М.: Наука 1984 г.
  34. А. Математическая статистика о технических приложениях. М.: ИЛ. 1986 г. 396с.
  35. Е.И. Лодочные моторы «Ветерок». Ленинград.: Судостроение 1989 г.
  36. А.И., Воронцов Л. Н., Федотов Н. М. Взаимозаменяемость, стандартизация и технические измерения. М.: Машиностроение 1987 г.
  37. П., Лаббэ Ж. и Коллин Дж. Измерение параметров потока в модельной камере сгорания. GEP, vol 36. № 11, 1984. -р. 325−341.
  38. Силовой агрегат МЗ-1/55 для автомобиля «Запорожец». Отчет Запорожский моторостроительный завод СКО. 1967 г.
  39. D.L.Rhode. On the Prediction of Swirling Flowfilds Found in Axisymmetric Combustor Geometries. JSME., 1982., Vol.104.,-p.378−384.
  40. Технический отчет по теме № 1−07−84 «Исследование путей создания, разработка и изготовление опытных образцов энергетических установок с применением ДВС». Книга I., Уфимский авиационный институт, 1986 г.
  41. Проведение научно-исследовательских, проектно-конструктор- ских работ по созданию действующего макетного образца двигателя для велосипеда. Отчет, Уфимский авиационный институт, 1989 г.
  42. V.K. Duggal, T.W.Kio, T.Mukerjee. Three Dimensional Modeling of In — Cylinder Processes in DI Diesel Engines.- SAE Techn. Pap. Ser., 1984. № 840 227. -p. 13−48.
  43. J.P.Sharma, G. Singh Multi-Port Transfer System A Major Breakthrough in Two- Stroke Engine Technology. — IE (I) Jornal-ME., Vol 67, 5, 1987. — p. 139−145.
  44. Todd D. Fansler and Donald T. French. Swirl, Squish and Turbulence in Stratified Charge Engines: Laser-Velocimetry Measurements and Implications for Combustion.- SAE Techn. Pap. Ser., 1987. № 870 371. -p. 1−20.
  45. R.Fleck, C.P. Blair, B.B. Rassell, and G.B. Swann. Initial Development of a Two- Stroke Cycle Diesel Engine for Automotive Applications.- SAE Techn. Pap. Ser., 1987. № 87 643. -p. 1−11.
  46. P.-W. Manz. Improving the torque characteristic of a small four cylinder engine by using reed in the intate manifold. SAE Techn. Pap. Ser., 1989. № 890 222. -p. 1−9.
  47. G.E. Hundleby. Development of a Poppet-valved Two- Stroke Engine The Flagship Concept.- SAE Techn. Pap. Ser., 1990. № 900 802. -p. 1−7.
  48. R. Fleck Three Cilinder, Naturally Aspirated, Two- Stroke Automotive Engines — Perfomance Potential Evoluation.- SAE Techn. Pap. Ser., 1990. № 901 667. -p. 10−12.
  49. Meng Wang and D.R.Kassoy. Dynamic response of an inert gas to slow piston acceleration. J. Acoust. Soc. Am., 87, (4), 1990.
  50. S.Kato, H. Nakagasawa, Y. Kawahara, T. Adachi and M.Nakashima. Numerikal Analiysis of the Scavenging Flow in a Two-Stroke-Cycle Gasoline Engine. JSME International Journal, Series II, Vol.34, № 3, 1991,-p.385−390.
  51. Hucho Wolf- Henric. Cameback des Zweitakters? KFZ — Betz. 1989. t.79. № 14 p.32−36.
  52. Uniflow, double-opposed piston type two cycle internal combustion engine. № 939 774, Япония, Masaaki Noguchi, Yukiyasu Tanaka, Taro Tanaka, Norikatsu Uejima. № 4 216 747, заявл. 5.9.1978. опубл. 12.8.1980.
  53. Пат. № 58−38 611, Япония, Двухтактный дизель. МКИ F02 В 25/08, F02B 31/00, Ногути Масааки, Танака Юкиясу, Игараси Исао. № 53−123 728, заявл. 6.10.1978, опубл. 24.08.1983.
  54. Заяв. № 60−85 247, Япония, Впускная система двухцилиндрового ДВС с противоположнодвижущимися поршнями МКИ F02B 35/10, Тани Йосио, Накано КЭЙИТИ. № 58−192 814, заявл. 14.10.1983, опубл. 14.05.1985.
  55. Пат. № 4 773 358, США, ДВС с противоположно движущимися поршнями. НКИ 123/58Р, заявл 04.02.1986. Опубл. 27.09.1988.
  56. Uniflow scavended two- stroke engine, заявка № 2 271 386, Великобритания, МКИ F01 L 5/04/ Brotheston Alexander Coutts. № 9 221 001.2 заявл. 6.10.92. Опуб. 13.4.94 МКИ. F18.
  57. Пат. № 2 017 995 (Россия). Двухтактный двигатель внутреннего сгорания. МКИ F02 В 33/02 Плющев В. Г. Осауленко В.Н. Волков А. Ю. ТОО АДВИ АЛМАС № 5 015 451/06. заявл 9.12.91. Опубл. 15.08.94. Бюл. 15.
  58. Пат. № 2 017 997 (Россия). Двухтактный двигатель внутреннего сгорания. МКИ F02 В 33/32 Плющев В. Г. Осауленко В.Н. ЕгерВ.С. ТОО АДВИ АЛМАС № 5 037 816/06. заявл 9.12.91. Опубл. 15.08.94. Бюл. 15.
  59. Двухтактные двигатели «Orbital» // Автомобильная промышленность США. 1988 г. № 5. — с. 6−8.
  60. Двухтактный двигатель S-2 компании Toyota // Автомобильная промышленность США. 1990 г. № 6. — с. 10−11.
  61. Разработка двухтактных автомобильных двигателей // Автомобильная промышленность США. 1992 г. № 12. — с. 10.
  62. Двухтактный автомобильный двигатель Chrysler // Автомобильная промышленность США. 1993 г. № 1. — с. 7−8.
  63. Новый двухтактный двигатель Ford // Автомобильная промышленность США. 1994 г. № 2. — с. 5−7.
  64. Sanborn Daniel S., Dedeoglu Nabi. Investigations on Scavenging of Two-Stroke Engines. SAE Techn.Pap.Ser., 1988. № 881 264. -lip.
  65. Sher E. Modeling the Scavenging in the Two-Stroke Engines an Overview — SAE Techn. Pap. Ser., 1989. № 890 414. -21p.
  66. Appel Herman. Der Zweitautmotor im Kraftfahrzeug. MTZ: Motortechn. Z, 1990, 51, № 12. -p. 551−552.
Заполнить форму текущей работой

На отлично!