气缸盖螺旋进气道的新计算—试验方法

气缸盖螺旋进气道的新计算—试验方法 气缸盖螺旋进气道的新计算—试验方法 娃,?髓.惮,拴 1994年(第23卷)第3期4,型内燃机No.8(Vo.23)1~9a 气缸盖螺旋进气道的新计算一试验方法 张耀庆牛口3 要研制固定工况的气缸盖螺旋避气道, 就要解决两个问题:一是确定发动机气缸内 充量的最佳涡流强度,二是在气缸充气损失 最小时保证所需的涡流. 至今仍没有一种方法可解决这两个问 题,即:要解决第一个问题,调好的最终螺 旋进气道与其雏型已大不相同.因此,考虑 到在带整流格栅的定流量吹气试验台上对涡 摘强度大小的评定方法的所有误差以及解决 第二个问题的经验,就要为螺旋进气道形状 的研究耗费很多的经费和时间此外,还要 评定其损失系数是否适当. 人们常用多缸机气缸盖(具有简单豹只 起导向作用的进气道和带导气屏的可旋转的 气f1)来确定一个气缸内充量的涡流强度. 这种方法有砥个缺点.一是导气屏旋转时损 失系数和充气系数多变其原因是气道相对 于气门中心线不可避免地会倾斜,从而会降 低非增压发动机根据燃油耗评定最佳涡流强 度的可靠性.而且,损失系数和涡流强度变 化豹关系取决于进气道,气门和导气屏的特 性.二是利用带导气屏的气门时在压缩上 止点附近组织宛量的旋转运动(两股方向相 反的涡流相遇的结果),必然会加大充气和 压缩时期气缸内混合气形成损失和内部摩擦 损失.其原因是导气屏使气缸内形成了双涡 流.因此,在发动机条件下,与雏型进气道 "完垒相同的最终螺旋进气道在吹气试验 台上可保证气流的动量矩等于带导气屏的调 好气道所产生的动量矩,预期将使充量豹涡 流过强. 利用可调的螺旋进气道作为调好豹进气 道时,可得到另一些结果.但是,在评定调 整原则前,应确定对于"理想"的涡流调整 性能的要求. 显然,完垒地或在给定的范围内连接一 种类型不可调的最佳几何形状螺旋进气道的 流通能力和涡旋能力的总和点,将代 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 这样 的调整性能. 这样一来,无论为了改进解决第一个问 韪的方法(确定涡流强度),还是为了设计 形状最佳的螺旋进气道(给定涡流),都要 拟定这种进气道的计算方法. 为此,作者利用了自己建立的螺旋进气 道骨架数学模型涡流腔形状的多因素 优化是按几个单因素用分析法,而按其他因 素则是用数值法实现的.当质量指标K值 尽可能大时,损失系数?自然地满足极小值 条件,此时在对周边尺寸t加以限制的条 件下,达到任何预定的涡流强度v指标,就 是计算优化的问题. K和五v的研究结果证实,具有螺旋形 祸流腔的进气道必须优化五个因素,即l, ^.,s,和. 瓦v的存在范围远小于1,在KY?0.28 /1的范围内(对圆柱形涡流腔而言)受涡 流腔径向尺寸1和且的限制. 有两种结构型式的最佳螺旋进气道:第 一 种进气道的特点是涡流腔蜗道束端螺旋面 的坡度很陡,这种陡坡是上限K,?0.235的 中等涡流区所特有豹第二种进气道的特点 是潞流腔离进口前半部分螺旋面的升程较小 且平缓,井满足所有的v范围. 按所求得的最佳近似法和数学模型为两 种构型的最佳螺旋进气道编制了计算各自的 几何关系和性能的算法和FORTRAN程序. 计算结果(0.5?.?1时)示于极限性能 的列线图1. 由图1可见在共同存在的I区,当有 中等涡流时,第二种螺旋进气道比第一种螺 必 ? 094年(第23卷)第8期 '—, ————_,一 量螺旋进气道的新计算一试验方法33 小型内照机No.3(Vol_z3)1994 息时,螺旋进气道的调整规律最好为:g= 常数. 按照作用原理,可以把发动机气缸盖的 可调螺旋进气道分为节漉的进气遵和对涡流 腔中环形涡流有作用的进气道两种. 借助于可旋转的导流板(该扳装在进口 段,且按其半径,如英国?44957号专利, 日本60一,38823号专利或按其高度,如日本60 — 85728号专利可改变涡流腔进口截面的有效 面积),通常就可实现节流. 作者用螺旋址气道敖学模型的数值分析 方法研究了这种改变截面几何形状的效果. 例如,现已查明,祸泣腔具有扁平蜗道的进 气道径向节流最有效.而且在"高而窄"的 进气道(l?3和?1.5)上达到了最高 的涡流调整倍数,当限制??】O时调整倍数 约为1.5.按高度节涡流腔的进口截面时,提 高五v的调整倍数,也会使流涡流腔的形状根 快地倡离最佳形状并太大加大H的损失. 当涡流腔进口采用任何一种节流 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 时,为 了加大涡流强度,损失系数的加大规律很快 地偏离理想的规律园此,进气节流的可调 螺旋进气道不能满足对调定气逋的所有要 求. 为改变涡流强度而对涡流腔内环形涡流 产生作用的物理意义在于:改变涡流腔进口 处气流的压缩比和相应的最初动量矩的提高 比. 日本的公司主要通过在螺旋进气道上另 接一段辅助进气殴开发出这种调整涡流的方 法.在五十铃公司的双螺旋线进气道上另接 一 段普通的圆柱形(直径为10mm)辅助进 气段(用址口处的控制阀盖隹此进气口), 这种进气道可保证涡流强度的调整倍数约为 I.5.在三菱汽车公司的双螺旋线进气道上, 另接的辅助通道较宽'一位于主通道的上面, 有一条螺旋线向涡流腔倾斜,从而保证了涡 流调整倍数高遗2.15.其调整性能接近于理 想的性能.因此,这种螺旋进气道可以满足 对调定气道的前两项要求,但其双螺旎线性 能与气遭形状接近最终气逆形状的第三项要 求有矛盾. 作者开发了对单螺旋线进气道内环形涡 流具有有效作用的原理和装置来代替上,种 l方案,这种贬理和装置在普通气缸盖上是易 于实现的.结果,保证了涡流强度调整范围 的加大(在对模型螺旋进气道的试验中, 匿的倍数为1.75,6.5),且调整的性能范 围宽从本文公式中实际的理想损失系数到 g常数. 焊制了g常数时这样的可调螺旋进气 遭(该气道是综合研究发动讥燃烧室和供油 装置不可缺少的),并使其与1qH12/14单 缸柴油机的试验用焊接气缸盖相配合.在吹 气试验台上对涡流强度晟大(K,;0.2)的流 气道作标定,当损失系数的变化率不大于 4嘶时,按曲轴转角累计平均的涡流强度 K,最多变化2.5培. 在柴油机(绘制了标准配套件的原始特 性线图后)上做试验的过程中确定,这种螺 旋进气遘可保证(图2)在标定工况下指示 f^i^ rr::jx ',a- ',x__..一 ,x'?—— 一', ——-. 1. — — x— 0.07O.09O.】l0.j 】2言 山 苫 10 : 3 2 图2e.=常数时有试验用可调螺旋进气道的 1qH】2/14凝油机的涡流调整特世线 0一一2O.8kW:×一P=】654kW 1904年(第23卷)第3粥i芝盖螺旋进气道的新计算一试验方法35 效率的调整率高达1O%(比=1的原始方 案改进5%) 闪为改变涡流强度时不必修正增压压 力,而由图2可见,排温不随的变化 而变化,所以当自动记录的高温的灵敏度 足够时,不必长时期多次地测量油耗,根据 温度就可以精确而有数地确定佳的涡流强 度. 采用可调的螺旋进气道,可以在;常 数时在1H12/^d柴油L上确定充量的最佳 涡流强度和质量之间的关系. 如图3所示,增压压力从66.7kPa提高 到86.3k~a,将使空气流量加大j3%,结果 当最佳涡流强度耳,最佳稍微减小时,又将 使提高约3.5%.K最佳对于充量质量的 变化不敏感, 证明 住所证明下载场所使用证明下载诊断证明下载住所证明下载爱问住所证明下载爱问 这一指标与l:常数的谰 好螺旋进气道的系数e的大小实际无关,这 样一来,就使研究的方法与螺旋进气道的结 荷特性无关,而最睦的最终螺旋进气道的形 恍与增压系统参数的影响也无关. . K.0 目3增压压力不局耐lqHlZ/14甚讥 的部分调整特性线 1—66.TkPa}2—76.5pa 3--86skPa 另外,通过使螺旋进气道的损先系数减 小22乎台,可以在不改变增压压力的条件下在 试验中可靠地保证加大空气流量.简单的计 算表明,当涡流强度不变时,.的相对增大 量每加大1%,就要使}总共降低约8%. 由图3可见,在g=常数的条件F,要使. 顶端变化1%,就要至少使K相对变化 8%.因此,可以作出结论,螺旋进气道涡 流强度和损失系数的相对变化与对的影响 无关且在数值上相等. 不校正空气流量,在多缸柴油机上采用 g(K)变量的调好进气道时(例如,不 采用增压时),在()调好特性线的 右支线【涡流过强范围)上显示出K,和? 变化相加的影响.随着涡流强度从实际的最 佳F降值减弱,减小g不影响.结果,调 查于特性线的形状发生化,即涡流过强支 线"肥又,涡流不足支线"瘦小",且 …值移向涡流强度减弱的一侧.显然, 表观的最佳值最佳的偏移量将随着气道 }1调整特性线斜率的加大及其与理想 特性线的偏移而加大. 因此,所有以前制造的调好进气道,包 括带导气屏的进气道,都有一个操题,作为 与雏型进气道"完垒相同最终螺旋进气 道,要能保证在不同程度上降低非增压柴油 机的涡流强度值. 然而,若不使调好的最终螺旋进气道的 调整环节脱节并保证理想的调整性能则无 论在非增压柴油机上,还是在增压柴油机 上,不校正空气流量,螺旋进气道埘q… 的调整将是完成确定进气道所要求的形状过 程正确的蝇整 肌装理想的涡流性能调整装置的翦二种 最佳螺旋进气道完垒符合这些要求. 上述}苦据提出了加快研制最佳固定工况 螺旋避气道的新方法. 根据研制者的经验或样品,预知进气期 问按曲轴转角累计平均的涡流强度值K 最佳的大小(?30%)和在确定最终螺旋进 气道形状的整个时期螺旋进气道从结构上可 达到周边"质"的尺寸的赢值】>1.8,2.0, 即可铽造一个试验用的铸造气缸盖. 为此,就要转而论述气道本身,即按气 门升程累计的平均涡流强度五最佳, 0.8K),根据作者大量的资料,这一指 标为K最大值的0.45,0,57.因此,为保 证必要的储备,涡流强度的计算值K=(1.3 小型内燃机No.8(Vo1.23)1994 ?0.8t0.45)五最佳2.3K柙最佳.进而, 应按缩制的程序计算符台最高性能的第二种 最佳螺旋进气道的所有主要尺寸.根据计算 的结果设计并铸造气缸盖.铸造的气缸盖经 简单的机械加工后,在其螺旋进气道上装上 理想的涡流性能调整装置,在吹气试验台上 调整涡流性能. 把具有可调螺旋进气道的气缸盖装到单 缸柴油机上并在给定的工况下绘制调整特性 线图,再把涡流性能调整装置调在相当于 …的一个点上.对从柴油机上拆下的气 缸盖进行必要的测量后,研制者就可得到有 关铸造具有"最终"的螺旋进气遘的气缸盖 所用型芯形状的信息. 在五最佳>0.-235理想的情况下,所得的 螺旋进气道的性能最高.若瓦最佳?o.235, 第一种最佳螺旋进气道的性能最高,则所得 的螺旋进气道的性能将略次于第一种螺旋进 1.8,2.o时,性能下降率 气遭,但是当R1? 小于10惦,仍不宜改为另一种结构. 在预测最佳值大小和在涡流调整的 区问外按调整特性线寻求螺旋进气道的这一 值时出现误差的情况下不难看出这一区间 移动的方向,通过机械加工(为.了减弱涡流) 或相反地堆焊固化树脂来改变涡流腔进口的 高度,不难实现这种移动. 只有当气道的I<1.8受到结构的限制 时,'才制造两个试验用的气缸盖:第一个气 缸盖用第二种计算的螺旋进气道,其性能按 ?=常数规律调整,第二个气缸盖用第一种 计算的螺旋进气道,其五,最佳值为定值,气 道在吹气试验台上精心试验.显然,只有当 最佳?O.23,5时,才可制造第二个气缸盖, 否则把第一个气缸盖气道的调整性能改为接 近于理想的性能即可. 作者通过两种最佳螺旋进气逋数学模型 的数值分析方法,也确定了稳定气道最佳涡 流强度和制造质量所需的线性尺寸和角度制 造公差的要求.例如,对涡流腔进口高度尺 寸的公差要求最严格,甚至严格到随后进行 机械加工,使尺寸公差只为负值为止. 快速研究几何形状最佳的螺旋进气遘所 用的本计算一试验方法,主要用于四冲程高 速柴油机的=气门气缸盖,但是也广泛用于 有一个螺旋进气逋(计算中没有考虑第二个 进气道)的四气门气缸盖. 最后,应该指出,l(五)等于变量且 接近于理想性能的本第二种可调螺旋进气 道,是提高运输式柴油机技术一经济性和排 放性能力法中一种作用效率最高且在技术上 最简单的可调螺旋进气道在SAE361135 号论文(题为:可调螺旋进气逋及其剥柴油 机性能的影响)中详述了这些性能与运输式 柴油机气缸内充量涡流强度可调性的关系. 张曩庆供稿 时瑞祥审校 (收稿g期:1994.03.16) 1995年日本摩托车各排?产量比 排量(mL)50及以下5l一125126--j5O25l及以上 占包产量巴(嘶)75.57.99.96.3 枳玉文供稿