Раздел 2
ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ДВУХТАКТНОГО ДВИГАТЕЛЯ С РЕГУЛИРУЕМОЙ СТЕПЕНЬЮ СЖАТИЯ
Задачей теоретического исследования двухтактного двигателя с кривошипно-камерной продувкой является выявление влияния регулирования степени сжатия ?x на индикаторные и эффективные показатели двигателя при его работе на частичных режимах.
Для решения поставленной задачи необходимо разработать методику расчета двигателя, позволяющую определить параметры рабочего цикла с учетом режима работы ДВС и степени сжатия в цилиндре.
В технической литературе имеются немногочисленные и разрозненные сведения об изменении параметров рабочего процесса ДВС при различных нагрузочных и скоростных режимах.
Существующие методики с определенной достоверностью позволяют провести расчет рабочего процесса двигателя, однако для этого должны быть корректно определены исходные данные такого расчета. В двухтактном двигателе с кривошипно-камерной продувкой такими исходными данными могут являться коэффициент избытка продувочного воздуха ?0 и давление продувки рк. Значение этих величин может быть определено в результате расчета продувочного компрессора. При этом следует учитывать влияние ?х?на изменение ?0?и?рк.
Представляет интерес выявление влияния степени сжатия на индикаторные показатели работы продувочного компрессора. Так как затраты энергии, приходящиеся на привод продувочного компрессора, относят к механическим потерям, то это позволит в определенной мере учесть изменение механических потерь двигателя при изменении ?х.
Очевидно, решить поставленную задачу возможно, разработав метод расчета продувочного компрессора, позволяющий учесть влияние ?х?и режима работы двигателя на его производительность, параметры смеси в начале продувки и индикаторные показатели.
Известно, что зачастую полученные в результате экспериментов данные могут быть применимы только для двигателей, имеющих аналогичный типоразмер, подобную конструкцию, тот же способ смесеобразования и т. д. Из этого следует, что методика расчета двигателя должна опираться на общие закономерности и иметь возможность легко адаптироваться для конкретного двигателя с учетом характерных его показателей на номинальном режиме работы.
2.1. Обоснование метода расчета продувочного компрессора
В известной технической литературе нет материалов по методике расчета кривошипно-камерного продувочного компрессора двигателей с переменной степенью сжатия. Очень мало данных и для обычных двухтактных бензиновых ДВС. Определение параметров продувочного компрессора в основном базируется на расчете процессов продувки и наполнения цилиндра двигателя, которые моделируются с помощью сложной системы нелинейных дифференциальных уравнений, описывающих неустановившееся трехмерное движение потока сжимаемой жидкости при наличии теплообмена с окружающей средой и при сложных граничных условиях [80].
К недостаткам этого метода расчета можно отнести:
* отсутствие аналитического решения в общем виде, что затрудняет выполнение анализа и оптимизацию параметров органов газообмена. Приближенные же решения численными методами требуют проводить расчет большого числа конкретных конструктивных вариантов органов газообмена двигателя;
* практическая невозможность проведения расчета без достаточных опытных данных граничных условий и начальных параметров, что делает этот метод полуэмпирическим.
Кроме того, указанная постановка задачи исключает возможность расчета термодинамического цикла и индикаторных показателей продувочного компрессора, что не позволяет определять и оптимизировать основные размеры кривошипной камеры и впускных и продувочных окон.
В большинстве работ при расчете процесса газообмена исходят из уравнений установившегося движения потока с введением ряда допущений и упрощений [81, 82, 83, 84, 85, 86], что не является очевидным для реальных процессов наполнения и продувки в современных быстроходных ДВС. Недостаток известного метода расчета кривошипно-камерного продувочного компрессора [87, 88] состоит в том, что допущение об изменении давления в кривошипной камере в процессе расширения по изотерме влечет за собой как следствие предположение о том, что количество подводимого тепла к рабочему телу на различных режимах работы двигателя достаточно, чтобы температура смеси оставалась неизменной, что не соответствует действительности. Как показывают исследования Д. К. Шмакова [89], кривая процесса расширения сжатой смеси в кривошипной камере двигателя является политропой.
Нами для участка расширения после отсечки поршнем внутренней полости цилиндра от кривошипной камеры получено экспериментальным путем значение показателя политропы расширения п2к = 1,2.
Указанные методы расчета продувочного компрессора не позволяют изучить закономерности влияния различных конструктивных факторов на его показатели (производительность, потребляемую мощность и т. д.) и исследовать особенности рабочего процесса двигателя в зависимости от параметров продувочного компрессора, поэтому они не могут в достаточной мере использоваться при проектировочных и доводочных работах.
Таким образом, для возможности исследования и выполнения соответствующих проектировочных расчетов двухтактного двигателя с переменной степенью сжатия необходимо разработать методику расчета продувочного компрессора. При этом наиболее целесообразно получение уравнений, позволяющих проводить качественную и количественную оценку влияния различных факторов на показатели рабочего процесса двигателя.
Выполнение расчета продувочного компрессора двухтактного двигателя с переменной степенью сжатия требует проведения отдельного весьма трудоемкого расчетно-экспериментального исследования параметров системы газообмена. В нашем случае будем исходить из опытных данных существующих двухтактных ДВС.
Анализ особенностей конструкции и рабочих процессов двухтактных ДВС с кривошипно-камерной продувкой позволяет с некоторым приближением допустить, что во время изменения степени сжатия
- Киев+380960830922