Введение к работе
Актуальность проблемы. Эксплуатационные. характеристики двигателя внутреннего сгорания (ЛВС) определяется не только индикаторными показателями, которые характеризуют рабочие процессы в его цилиндрах, но также и механическими, зависящими от многих Факторов - температуры стенок цилиндров, частоты вращения вала, режима работы и т.д. Механические показатели двигзтеля оцениваются величиной механических потерь. При уменьшении механических потерь значительно повышаются эксплуатационные качества ДВС. Именно поэтому проявляется интерес к исследованиям механических потерь и, "в первую очередь, потерь работы в результате действия сил трения в механических устройствах ДВС. Это объясняется также и тем фактом, что то :ие потери составляют значительную часть работы, производимой двигателем, из чего следует экономическая обоснованность проведения мероприятий на снижение таких потерь, а следовательно, на повышение механического КПП, причем в такой степени, чтобы оказать влияние на увеличение общего КПД двигателя. Поскольку довольно высокий процент (25-ЗОЖ) индикаторной работы двигателя затрачивается на механические потери, то определение их величніш на - стадии проектирования двигателя является важнейшей задачей, решение которой позволяет оценить эффективность конструктивных решений элементов ДВС с точки зрения минимизации механических потерь как за счет подбора материалов пар трения, их смазки и размеров, так и перераспределения нагрузок в зависимости от его режимов работы. Работа выполнена в'соответствии с отраслевой программой "Малое транспортное средство России" и договором, меяду Уфгтмским государственным огипционкнм техническим унтаер'чпехг ч и Тульским мапшостроите.''л-я!!М зат-одсм.
Цель работы. Разработать имитационные г.'.оли.'И. расчета
і.«Єтр'--'т..;-V!';: !.-.--.-..(-JX, ;v| 7'7;(--!!i;p jt ігр-т.г йГГ'РГ'!''.',:в В ДРС НЗ СіаДИІІ
проектирования.
На защиту выносится технология определения механических потерь в ДВС на стадии проектирования.
Задачи исследования.
1. Теоретическое изучение возникновения механических потерь
в элементах двигателя (кинематических парах узлов ДВС и приводе
вспомогательных агрегатов) и влияния на них различных
факторов, с целью разработки программных модулей, имитирующих
процессы трения в элементах ДВС.
2. Разработка классификации механических потерь в
комбинированных ДВС.
3. Разработка методики расчета механических потерь и
механического КПД двигателя на любых скоростных и нагрузочных
режимах, включая запуск двигателя, его торможение и работы на
переходных режимах.
Методы и объекты исследования. В работе использованы теоретические) и экспериментальные методы исследования. Расчетные иссдедовшшя механических потерь в двигателях проводились на ГОВМ с использованием математических моделей, реализованных в виде программных модулей в системе имитационного моделирования ДВС "Альбея". Экспериментальные исследования проводились на двигателях М-412 (ШЛО), УМЗ-5А (УМПО), РЫЗ-640А1 ("Буран") и ТМЗ-20ДО ("Тула").
Научная новизна работы заключается в следующем:
- впервые ДВС представлен в виде сложной трибологической системы, аналитически описанной и представленной в виде пакета модулей по расчету механических потерь;
-" разработана технология определения механических потерь в двигателе на стадии проектирования, по точности превосходящий сумету куне стандартные . экспериментальные технологии.
используемые при испытаниях натурных двигателей в 1,4 - 2,0 раза;
- впервые определена достоверность определения механических
потерь стандартными методами холодной прокрутки и отключением
цилиндров двигателя;
разработаны имитационные модели для определения механических потерь в большинстве кинематических пар й вспомогательных устройств, встречающееся в ДВС;
уточнен метод определения давления в заколечных объемах;
впервые показано, что для каждого двигателя существует минимум механических потерь, зависящий от массы деталей цилиндро-поршневой и KpHBomimHO-tnafyHHOft групп.
Практическая ценность. Предложенный метод расчета ' потерь мощности в ДВС и разработанный инструмент позволяет получить ряд" возможностей, которые необходимы конструкте эу при проектирований двигателя, а именно:
- расчет кинематики и динамики двигателя и его элементов, а
также определение мгновенной частоты вращения коленчатого вала в
любой момент времени;
- расчет механических потерь поэлементно, а также в
двигателе в целом в любой момент времени на любых режимах его
работы;
расчет цикловых механических потерь и механического КПД при переменной частоте вращения коленчатого вала двигателя (включая и изменение частоты вращения в течение одного цикла);
аналіз распределения механических потерь по элементам двигателя нэ различных режимах работы в течение цикла, что позволяет модифицировать те узлы или агрегаты, в которых происходят наибольшие потери индикаторной, работы;
анализ влияния вклада каждого элемента (кинематическая пара или агрегат) в сутіаріше потери во і.'сем двигателе.
Достоверность результатов оценивались ср'звиенжм хсга;.те-
рісше при лсштанші и численном моделировании дкігателвй р.із.ГіЦЧіШї модификаций по всей внешней скоростной характеристико (ВСХ). Сравнение проводилось по эффективной мощности и мощности холодной прокрутки двигателя. Относительная погрешность при сравнении эффективных мощностей составляла не более 5 %, при" сравнении мощностей холодной прокрутки - не более 10 Ж.
Практическая реализация. Методика расчета механических потерь в комбинированных ДВС реализована в системе иштанионного моделирования "Альбен" и используется при моделированиях двигателей на кафэдре "Двигатели внутреннего сгорания" Уфимского государственного авиационного техшіческого университета.
Апробация работы. Дііссертациоішая работа доложена и одобрена на расширенном заседашш кафедри "Двигатели внутреннего сгорашш" УГАТУ. Результати работы докладывались на втором всесоюзном научно-практическом сешшаре (г.Владимир, 1991 г.) и конференции (г.Пенза, 1991 г.).
Публикации. По теме диссертационной работы опубликованы тезиси докладов на конференции в Пензе (1991 г.) и во Владимире (1991 г.) и выпущены 2 отчета о НИР.
Объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов и приложьння, изложена на 221 страницах машинописного текста, содержит 64 рисунка, Б таблиц. Список использованных источников включает 41 наименований.