Что такое перекрытие клапанов: Перекрытие клапанов. Что это такое, как выставить?

Содержание

Перекрытие клапанов — Энциклопедия по машиностроению XXL

Отверстие над входным фланцем и патрубком перекрыто клапаном с закрепленным в нем штоком. На шток опирается рычаг, закрепленный одним концом на оси, вращающийся в отверстиях стойки, расположенной на корпусе или крышке. На другом конце рычага имеется груз.  [c.204]

Круглое отверстие радиусом 100 мм в дне закрытого резервуара с нефтью (р = 850 кг/м ) перекрыто клапаном-полусферой такого же радиуса, вес которого равен 15 Н. Найти силу, необходимую для поднятия клапана при напоре 1,0 м, если абсолютное давление воздуха на поверхности жидкости в резервуаре равно 110 кПа, а атмосферное давление — 100 кПа.  [c.199]


Фиг. 274. Изменение времени хода поршня В зависимости от изменения нагрузки и перекрытия клапанов
Получающееся перекрытие клапанов не приводит каким-либо ненормальностям в работе двигателя.
При малой длительности одновременного открытия клапанов и небольших проходных сечениях в них величина перепада давлений недостаточна, чтобы отработавшие газы смогли изменить направление своего движения в цилиндре и попасть во всасывающий трубопровод.  [c.2]

Правильно выбранное перекрытие клапанов позволяет осуществлять продувку цилиндра двигателей быстроходных — свежим  [c.2]

Клапаны подвергаются действию горячих сернистых газов и истиранию пылью и поэтому изготовляются из хромоникелевой стали. Для включения и отключения пара и дымовых газов применяют клапаны тарельчатого типа. Нормальное время перекрытия клапанов 5—7 сек. Если оно длится свыше 10 сек., автомат переводит установку в безопасное положение.  [c.423]

При определении величины Q2 во всех случаях расчёт ведётся на максимальное значение Р1 — давления газа до редуктора. Например, для кислорода берётся р) = 150 кг/см . Для редукторов прямого действия, учитывая перекрытие клапаном отверстия седла, величина Т =0,785 2 (1,15-т-1,20).

[c.320]

Потери от дросселирования тем значительнее, чем больше величина перекрытия клапанов, поэтому ее следует выбирать при проектировании турбины и настройке регулирования минимально допустимой.  [c.137]

Сопловое парораспределение, уступая дроссельному по экономичности на расчетном режиме, превосходит его на режимах частичных нагрузок. Вместе с тем сопловому парораспределению присущи и определенные недостатки, снижающие тепловую экономичность, надежность и маневренные свойства турбины. Эти недостатки в основном связаны с неизбежным применением парциального впуска пара, в том числе при номинальном режиме (табл. Vni.l). Снижение тепловой экономичности обусловлено, как уже отмечалось, вентиляционными потерями и потерями на выколачивание па краях дуг подвода пара, а также выбором для регулировочных ступеней значений ы/Со, меньших оптимальных. Определенные потери вызваны дросселированием пара вследствие необходимости перекрытия клапанов.

Кроме того, в процессе эксплуатации иногда имеются дополнительные потери от дросселирования пара в регулировочных клапанах. Главная часть этих потерь обусловлена не выбранным типом парораспределения, а нерациональным рас-  [c.140]


Аналогично проверим работу парораспределения. Если причина качания — неправильная перекрыта клапанов, дефекты дроссельных конусов и т. п., то качание должно начинаться и заканчиваться при строго определенных открытиях сервомотора. Отмечаем эти открытия и, увеличивая или уменьшая электрическую нагрузку, проверяем,есть ли связь между открытием клапа-  
[c.23]

Что таксе перекрытие клапанов и для чего оно нужно  [c.26]

Расследованием установлено, что некоторые предохранительные клапаны не работали, так как импульсные линии были перекрыты клапанами, а остальные клапаны не обеспечили необходимого сброса пара из-за применения у импульсных предохранительных клапанов некалиброванных пружин и вследствие этого поломка части их.[c.65]

Перекрыша обеспечивается сменой полярности постоянного тока ( — в рабочем проводе, + на корпусе). При этом отпускной вентиль остается под напряжением, а прохождению тока через тормозной вентиль препятствует селеновый выпрямитель 1. Повышение давления в, камере РК прекращается, так как она отключается клапаном 3 тормозного вентиля от запасного резервуара. А поскольку каналы сообщения этой камеры с атмосферой «перекрыты клапаном отпускного вентиля, то в ней сохраняется заданное давление. После достижения равновесия диафрагмы 4 питательный клапан 6 под действием пружины упирается в седло и закрывает канал сообщения запасного резервуара с тормозным цилиндром. Таким образом, в цилиндре поддерживается соответствующее давление. В случае утечки сжатого воздуха из тормозного цилиндра равновесие диафрагмы 4 нарушается и открывается питательный клапан, через который воздух проходит в цилиндр.  

[c.194]

Пневмокамера А соединена через дроссель с сетью сжатого воздуха она является камерой противодавления и все время заполнена сжатым воздухом. В камеру Б периодически поступает сжатый воздух через специальное устройство — пульсатор. который выполнен в виде двух камер В и Г. Камера В имеет в днище отверстие большого диаметра, плотно перекрытое клапаном 11 при помощи пружины 10. Камера Г разделена  [c.84]

Когда переходят на непосредственный впрыск топлива в цилиндр и продувку воздуха, то нет необходимости давать очень богатую смесь, так как в последнем случае происходит дожигание труба начинает накаляться и при значительном перекрытии клапанов можно получить повышение температуры газа больше, чем на 100 °С.  

[c.91]

По уравнению (30) найдем или Nio, если задано N h, или N h, если задано Nio. При большом перекрытии клапанов (100-120°) и 0,8ра расход воздуха следует увеличить на 15-20% на продувку и вместо. Рг/Рк) ]/ — ) следует брать (е —0,15)/(е —1). Однако при ТК перекрытие клапанов делают только при непосредственном впрыске, когда  [c.80]

Во втором случае в выхлопном патрубке создается относительно небольшое разряжение, с помощью которого через камеру сгорания в период перекрытия клапанов протягивается некоторое количество воздуха, очищающего камеру от остаточных газов. Кроме того, в последнем случае несколько снижаются насосные потери двигателя. Оба случая наиболее просто осуществляются при применении непосредственного впрыска, так как при этом гарантируется отсутствие потерь топлива в выхлопную систему. Кроме того, непосредственный впрыск, уменьшая неравномерность распределения топлива по цилиндрам, должен, аналогично полной нагрузке, повысить экономичность двигателя при работе с прикрытым дросселем.  

[c.366]

На рис. 22 показаны диаграммы фаз газораспределения, из которых видно, что есть период, когда оба клапана открыты одновременно. Такое положение называют перекрытием клапанов. Перекрытие клапанов улучшает очистку и наполнение цилиндров. В табл. 2 приведены данные по системе газораспределения двигателей.  [c.28]

Фазы газораспределения изображаются круговой диаграммой, называемой диаграммой газораспределения. На рис. 23 приведена диаграмма газораспределения двигателя автомобиля ГАЗ-53А, из которой видно, что при положении поршня, близком к в.

м. т., оба клапана приоткрыты. Это явление называется перекрытием клапанов. Оно длится в течение очень небольшого промежутка времени. Поэтому за это время не происходит ни перемешивания потоков отработавших газов и свежего заряда, ни утечки горючей смеси с отработавшими газами.  [c.42]


Инерция потока во впускном трубопроводе способствует поступлению смеси в цилиндр в начальный момент впуска. В течение такта впуска наполнение цилиндра происходит за счет разрежения, создаваемого быстрым движением поршня оно сохраняется в цилиндре и после начала движения поршня в обратном направлении (такт сжатия), что позволяет закрывать впускной клапан с большим запаздыванием (83° после н. м. т.). Опережение открытия впускного и запаздывание закрытия выпускного клапанов приводит к так называемому перекрытию клапанов возле в. м. т., т. е. к положению, когда оба клапана одновременно открыты. При работе двигателя с большим числом оборотов возможность проникновения отработавших газов во впускной трубопровод ничтожна, так как инерция газового потока направлена в сторону выпускного клапана.
Происходит лишь некоторое отсасывание через выпускной клапан начинающей поступать в цилиндр свежей смеси, что улучшает очистку цилиндра.  [c.18]

Закрытие выпускного клапана с запаздыванием обеспечивает лучшую очистку камеры сгорания от выпускных газов. Таким образом в быстроходных двигателях имеет место так называемое перекрытие клапанов, т. е. одновременное открытие впускного и выпускного клапанов в течение некоторого промежутка времени. Вследствие кратковременности перекрытия и малых за время перекрытия проходных сечений впускного клапана проникновение выпускных газов  

[c.256]

При выборе фаз газораспределения следует иметь в виду, что богатые фазы и, в частности, значительное перекрытие клапанов, увеличивая мощность двигателя в области высоких оборотов, приводят к некоторому снижению мощности в области малых оборотов двигателя (вследствие утечки в выпускной трубопровод небольшого количества свежей смеси). Фазы газораспределения некоторых отечественных и зарубежных автомобильных и тракторных двигателей, работающих без наддува, приведены в табл. 15.  [c.256]

Фазы газораспределения двигателей с наддувом зависят от давления наддува. При больших давлениях наддува применяют большее, чем в двигателях без наддува, перекрытие клапанов (ф + Ф4 = 60— —120°), что обеспечивает продувку камеры сгорания и тем самым снижение температуры днища поршня и головки выпускного клапана. В двигателях с небольшими давлениями наддува фазы газораспределения примерно такие же, как в двигателях без наддува.  

[c.256]

Дайте определение фаз газораспределения, объясните суть периода перекрытия клапанов и покажите его на диаграмме фаз газораспределения.  [c.47]

Перекрытие клапанов может достигать 50°.  [c.11]

Фазы газораспределения современных автомобильных двигателей обычно таковы, что имеет место перекрытие клапанов, т. е. выпускной клапан закрывается уже после открытия впускного. Благодаря этому процесс выпуска заканчивается после начала процесса впуска.[c.29]

Система автоматической блокировки обеспечивает осуществление таких операций, как автоматическое отключение основного оборудования в случае его неисправности и включение резервного оборудования, перекрытие клапанов на линиях подачи сырья и топлива в случае аварии.  [c.185]

Таким образом, вблизи в. м. т. при выталкивании отработавших газов одновременно открыты впускной и выпускной клапаны. Это перекрытие клапанов способствует улучшению очистки цилиндра от отработавших газов и наполнению его свежим зарядом.  [c.232]

Впускной клапан открывается в конце такта выпуска, когда кривошип коленчатого вала не доходит до в.м.т. на 12—30° (здесь и ниже первые цифры относятся к двигателю ВАЗ-2101, вторые — к двигателю АЗЛК-412), а закрывается в начале такта сжатия, когда кривошип коленчатого вала пройдет н.м.т. на 40—70°. Раннее открытие и позднее закрытие впускного клапана обеспечивают лучшее наполнение цилиндра горючей смесью. Выпускной клапан открывается в конце такта рабочего хода за 42—70° до н.м.т., что позволяет отработавшим газам начать выходить из цилиндра раньше под собственным избыточным давлением. Выпускной клапан закрывается в начале такта впуска за 10—30° после в.м.т., что обеспечивает лучшую очистку цилиндра, так как отработавшие газы в это время будут продолжать выходить по инерции. Угол поворота коленчатого вала, на протяжении которого оба клапана в цилиндре открыты, называется перекрытием клапанов величина перекрытия достигает 22—60°.  [c.30]

Наоборот, в двухтактных, а также в четырехтактных дизелях с наддувом и относительно большим перекрытием клапанов используют в расчетах действительную степень сжатия е.  [c.42]

Фиг. 86. Схема перекрытия клапанов для продувки камеры сгорания.
В период перекрытия клапанов в двигателях с внешним смесеобразованием часть горючей смеси может вытекать из цилиндра через выпускные органы.[c.23]

Для улучшения очистки и наполнения цилиндра выпускной клапан закрывается не в конце такта выпуска (в в. м.т.), а несколько позднее (при повороте коленчатого вала на 5—30° после в. м.т.), т, е. в начале первого такта. По этой же причине и впускной клапан открывается с некоторым опережением (за 10—40° до в. м.т., т. е. в конце четвертого такта). Таким образом, в конце четвертого такта в течение некоторого периода могут быть открыты оба клапана. Такое положение клапанов называется перекрытием клапанов. Оно способствует улучшению наполнения в результате эжектирующего действия потока газов в выпускном трубопроводе.  [c.23]


Предохранительный клапан с пружиной показан на рис. 5-28. Клапан имеет корпус, в котором входное отверстие перекрыто клапаном. Клапан закреплен на штоке и для смагчения ударов при открытии и закрытии имеет амортизирующее устройство. На шток надеты два диска, между которыми зажимается пружина, создающая необходимое давление на клапан. Положение верхнего диска и степень сжатия пружины с помощью муфты с резьбой, перемещающейся в жестко закрепленной в крышке гайке, можно варьировать. Для проверки действия клапана служит скоба, поворачивая которую можно поднять клапан.  [c.204]

Крышки цилиндров отливаются из чугуна и реже стального литья и сплавов лёгких металлов. У четырёхтактных двигателей может быть один всасывающий клапан и один выхлопной или два всасывающих и два выхлопных клапана. У двигателей, работающих с наддувом, в целях охлаждения цилиндра наддувочным воздухом осуществляют значительное перекрытие клапанов, доходящее до 160 угла поворота коленчатого вала. Клапаны, особенно выхлопные, изготовляются из жароупорных сталей, что обеспечивает больший пробег локомотива без ремонта клапанов.  [c.501]

На практике каждый последующий регулировочный клапан начинает открываться не в тот момент, когда полностью открыт предыдущий, а несколько раньше. Это необходимо главным образом для обеспечения устойчивости регулирования. Вследствие этого турбина не имеет режимов, при которых нет частично открытых клапанов, и к. п. д. установки при расходах пара, соответствующих точкам А м В (см. рис. VIII.2), оказывается ниже, чем представлено на этом графике, построенном без учета перекрытия клапанов.  [c.137]

На рис. 24 приведены диаграммы фаз газораспределения, из которых видно, что в двигателе бывают моменты (в конце такта выпуска и начала такта впуска), когда оба клапана открыты. В это время происходит продувка цилиндров свежим зарядом горючей смеси для лучшей очистки их от продуктов с горания. Этот период носит название — перекрытие клапанов.  [c.38]

При наличии на локомотиве блокировочного устройства тормозов уел. № 367 необходимо при оставлении кабины ручку крана машиниста перевести в положение экстренного тормол ения и разрядить магистраль до нуля, а краном уел. № 254 затормозить локомотив, создав давление в тормозных цилиндрах около 3 Kfj M . Когда в тормозных цилиндрах локомотива будет это давление и тормозная магистраль разряжена до нуля, ручку 7 блокировки (рис. 19) надо повернуть из нижнего положения в верхнее и снять ее с квадрата вала блокировки. Ручка 8 комбинированного крана в нерабочей и рабочей кабинах, должна оставаться в вертикальном (поездном) положении, так как все входные и выходные отверстия к кранам машиниста и вспомогательного тормоза перекрыты клапанами внутри блокировки. Придя в рабочую кабину, ручку 7 надевают на квадрат вала блокировки и поворачивают эту ручку вниз, а ручку крана машиниста и крана уел. № 254 переводят в поездное положение, отпускают тормоза и заряжают тормозную сеть локомотива. При следовании двойной тягой в рабочей кабине второго локомотива  [c.53]

Оба эти метода основаны на продувке дополнительным воздухом пространства камеры сгорания во время перекрытия клапанов. В первом случае продувка производится небольшим количеством воздуха (10-15% от всего поступаюгцего воздуха), подаваемого под невысоким давлением в период перекрытия клапанов.  [c.366]

Для транспортирования растворов по трубам применяют раство-ронасосы производительностью от 1 до 6 м час. В зависимости от характера перекрывания клапанов растворонасосы бывают со свободным и с принудительным перекрытием клапанов.  [c.271]

Таким образом, продолжительность выпуска увеличивается до 240—290°. Период, когда оба клапана находятся в открытом состоянии, называется перекрытием клапанов, которое обычно составляет 20—75°. В этот период происходит продувйа цилиндров от отработавших газов.  [c.44]

Марки-автомобилей начало открытия (в градусах) до н. м. Т. конец закрытия (в градусах) после н. м. т. общая продолжительность еггуска (в градусах) начало открытия клапана (в градусах) до н. м. т. конец закрытия кла-паяа (в градусах) после в. м. т. общая продолжительность выпуска в градусах Перекрытия клапанов в градусах  [c.44]

Перекрытие клапанов, т. е. одновременное открытие впускного и выпускного клапанов (фиг. 8) обеспечивает более совершенную очистку камеры сгорания. Угол перекрытия клапанов српер  [c. 42]

Распределительный валик двигателя стальной, откованный заодно с кулачками привода клапанов, устано1 лен на алюминиевых опортях и бронзовом упорном подшшшиках. Профиль кулачков впуска и выпуска одинаковый. Перекрытие клапанов у двигателей без наддува составляет 20 , у двигателей с наддувом —90°.  [c.41]


Перекрытие клапанов. | ЭТО ИНТЕРЕСНО!

Сегодня поговорим про перекрытие клапанов, что это такое и для чего это нужно? У нас есть два клапана впускной и выпускной в двигателе. Через впускной клапан поступает воздушно топливная смесь, а через выпускной отводятся отработанные газы сгоревшие в цилиндрах двигателя. Теоретически если один клапан открыт то другой закрыт. Но есть такой момент одновременное открытие двух клапанов это и называется перекрытие клапанов. Впускной клапан открывается немного раньше,а выпускной закрывается чуточку позже и есть очень короткий промежуток времени когда два клапана остаются открытыми. Так сказать идёт продувка цилиндров. У двигателя внутреннего сгорания чем выше обороты ( средние высокие ) тем больше поток воздушно топливной смеси двигатель должен переработать и соответственно большее количество отработанных газов надо вывести. Чем быстрее мы подаём смесь и выводим отработанные газы тем мощнее движок. И когда два клапана немного приоткрыты создаётся эффект продувки цилиндров двигателя. Период перекрытия клапанов имеет место когда поршень находится у верхней мёртвой точке на такте выпуска. В камере сгорания топливная смесь была сжата ,воспламенилась , поршень ушёл вниз и потом он идёт вверх и должен отвести отработанные газы, выпускной клапан открывается, но над поршнем создаётся разряжение и в этот момент начинает открываться на минимальное значение впускной клапан и свежая воздушно топливная смесь начинает засасываться в это разряжение и начинает сильнее выталкивать уже сгоревшую смесь. Происходит более быстрая продувка цилиндров и попадание свежей смеси. В этот момент приоткрыты два клапана когда поршень идёт вверх. Это работает эффективно на средних и высоких оборотах двигателя когда поток смеси огромный. На низких от 700 до 1000 оборотах это не работает. Может получиться так,что часть отработанных газов пойдёт во впускной коллектор и смешаться со свежей смесью. И вся смесь получится обеднённой и мотор на холостых оборотах будет работать не стабильно. На моторах где не было фазовращателей стояли обычные звёздочки или шестерни (цепь или ремень)не разборные. То на распредвалах валах были выставленных усреднённые значения открытия и закрытия клапанов,перекрытия клапанов. Это делалось для более устойчивой работы двигателя как на низких так и на высоких оборотах. Теперь на современных движках устанавливают фазо распределители как на впуске так и на выпуске. Они могут смещать фазы в зависимости от количества оборотов.Благодаря фазовращателям добавляется около 10 % мощности к мощности двигателя.

Фазы газораспределения | Устройство автомобиля

 

Что называется фазами газораспределения?

Опережение открытия или запаздывание закрытия клапанов, выраженное в градусах угла поворота коленчатого вала по отношению к мертвым точкам поршня, называется фазами газораспределения.

Например, в двигателе автомобиля ГАЗ-53А (рис.20) впускной клапан открывается за 24° до прихода поршня в ВМТ и закрывается после прохождения поршнем НМТ за 64°. Следовательно, такт впуска длится в течение 24° + 180° + 64° = 268°, а не 180°.

Выпускной клапан открывается за 50° до прихода поршня в НМТ и закрывается после прохождения поршнем ВМТ за 22°. Такт выпуска длится 50° + 180° + 22° = 252° вместо 180°.

Рис.20. Диаграмма фаз газораспределения двигателя автомобиля ГАЗ-53А.

Из диаграммы видно, что в момент нахождения поршня в ВМТ оба клапана приоткрыты (впускной открывается, выпускной закрывается). Следовательно, в этот момент осуществляется продувка цилиндра свежей горючей смесью. Фактически поступающая горючая смесь вытесняет отработавшие газы из цилиндра и в момент, когда она начала бы выходить в выхлопную трубу, выпускной клапан закрывается. Это способствует более полной очистке цилиндра от отработавших газов и лучшему его наполнению свежей горючей смесью, что позволяет получить большую мощность двигателя при тех же размерах цилиндров, клапанов и других деталей. Для двигателя ГАЗ-53А перекрытие клапанов будет 24° + 22° = 46°.

Что называется перекрытием клапанов?

Момент, когда оба клапана в цилиндре двигателя приоткрыты, называется перекрытием клапанов.

Где рассчитываются и проверяются фазы газораспределения?

Фазы газораспределения рассчитываются и проверяются экспериментально на заводе-изготовителе при конструировании двигателя. Поэтому каждая модель двигателя имеет свои фазы газораспределения (табл.3).

3. Данные о параметрах фаз газораспределения

Параметры Двигатели автомобилей
ГАЗ-24 ГАЗ-53А ЗИЛ-130 КамАЗ-5320
Открытие впускного клапана до прихода поршня в ВМТ, град.

Закрытие впускного клапана после прохождения поршнем НМТ, град.

Открытие выпускного клапана до прихода поршня в НМТ, град.

Закрытие выпускного клапана после прохождения поршнем ВМТ, град.

Перекрытие клапанов, град.
12

60

54

18

30
24

64

50

22

46
31

83

67

47

78
10

46

66

10

20

Фазы газораспределения сохраняются, если зазор между стержнем клапана и коромыслом находится в пределах 0,25-0,30 мм для двигателей автомобилей ГАЗ-53А и ЗИЛ-130, находящихся в холодном состоянии; 0,35-0,40 мм, кроме первого и восьмого клапанов (для них 0,30-0,35 мм), – для двигателя автомобиля ГАЗ-24 «Волга», находящегося в холодном состоянии; 0,25-0,30 мм – для впускного и 0,35-0,40 мм – для выпускного клапанов двигателя автомобиля КамАЗ-5320, также находящегося в холодном состоянии.

При увеличении зазора продолжительность открытия клапана уменьшается, а при уменьшении – увеличивается. В этом случае возможно подгорание посадочной фаски клапана, утечка горючей смеси при такте сжатия или газов при расширении, что ведет к потере мощности и экономичности двигателя. С увеличением зазора появляются стуки клапанов, ухудшается наполнение цилиндров горючей смесью, что также ведет к потере мощности и экономичности двигателя.

Как определяется правильность установки фаз газораспределения?

Правильность установки фаз газораспределения определяется по зацеплению распределительных шестерен в соответствии с имеющимися на них метками.

***
Проверьте свои знания и ответьте на контрольные вопросы по теме «Газораспределительный механизм»

автомобиль, газораспределение, газораспределительный механизм, двигатель, клапан, поршень, фаза, цилиндр

Смотрите также:

Фазы газораспределения

Категория:

   Автомобили и трактора

Публикация:

   Фазы газораспределения

Читать далее:



Фазы газораспределения

Для лучшего наполнения цилиндров двигателя горючей смесью или воздухом и более полной очистки их от отработавших газов открытие и закрытие клапанов производится не в тот момент, когда поршень находится в мертвых точках, а обычно с некоторым опережением при открытии и запаздыванием при закрытии.

Моменты открытия и закрытия клапанов или впускных, выпускных и продувочных окон, выраженные в градусах угла поворота коленчатого вала относительно мертвых точек, называются фазами газораспределения.

Фазы газораспределения изображаются в виде круговой диаграммы, называемой диаграммой газораспределения.

Рекламные предложения на основе ваших интересов:

Впускной клапан в большинстве случаев открывается с некоторым опережением (аф = 5° — 30°), т. е. до прихода поршня в ВМТ. Опережение открытия предусматривают для того, чтобы к началу такту впуска клапан был достаточно открыт, что улучшает наполнение цилиндра.

Закрытие впускного клапана производится с запаздыванием, т. е. после прохождения поршнем НМТ. При этом, несмотря на начавшееся движение поршня вверх, заполнение цилиндра горючей смесью или воздухом будет продолжаться вследствие все еще имеющегося в нем разряжения, а также вследствие инерции потока горючей смеси или воздуха, движущегося во впускном трубопроводе. С повышением частоты вращения коленчатого вала двигателя понижается давление в цилиндре вследствие сопротивления впускного трубопровода и клапанов и увеличивается инерционный напор потока во впускном трубопроводе и цилиндре. Поэтому с возрастанием быстроходности двигателя обычно увеличивают запаздывание закрытия впускного клапана после НМТ.

Таким образом, время открытия впускного клапана, учитывая опережение открытия и запаздывания закрытия, значительно больше 180° поворота коленчатого вала, в течение которого происходит такт впуска. Этим и достигается улучшение заполнения цилиндров горючей смесью или воздухом.

Выпускной клапан открываемся с некоторым опережением (уф = 40°—80°), т. е. до прихода поршня в НМТ. Так как давление в цилиндре значи тельно превышает атмосферное, то основная масса отработавших газов под собственным давлением уходит из цилиндра до достижения поршнем НМТ. Затем поршень, пройдя НМТ и двигаясь к ВМТ, будет выталкивать оставшиеся в цилиндре отработавшие газы.

Рис. 1. Диаграммы фаз газораспределения: а — четырехтактного карбюраторного двигателя; б — двигателя ЗИЛ-130; в — двигателя СМД-14

Закрытие выпускного клапана производится с запаздыванием, т. е. когда поршень пройдет ВМТ. При этом очистка цилиндров улучшается, так как, несмотря на движение поршня к НМТ, продукты сгорания продолжают удаляться из цилиндра по инерции, а также вследствие отсасывающего воздействия потока газов, движущегося по выпускному трубопроводу.

Таким образом, для лучшей очистки цилиндров от отработавших газов период открытия выпускного клапана значительно больше 180° поворота коленчатого вала, в течение которого происходит такт выпуска. Этим и достигается лучшая очистка цилиндра от отработавших газов.

Из диаграммы фаз газораспределения видно, что есть период, когда оба клапана открыты одновременно, — так называемое перекрытие клапанов. Величина угла перекрытия колеблется в пределах 16— 46°. При перекрытии клапанов утечки горючей смеси с отработавшими газами не происходит вследствие небольшого промежутка времени перекрытия и малых проходных сечений в этот период.

Перекрытие клапанов особенно благоприятно влияет на наполнение цилиндров при большой частоте вращения коленчатого вала. В момент, когда впускной клапан начинает открываться, давление в цилиндре остается выше атмосферного. Отработавшие газы с большой скоростью устремляются к незакрытому еще выпускному клапану и в силу своей инерции не пойдут в открывшуюся узкую щель впускного клапана. Когда же начнется такт впуска в цилиндре создастся нужное разрежение, выпускной клапан закроется, а впускной к этому времени будет уже настолько поднят, что проходное сечение для смеси станет значительным и наполнение цилиндра произойдет лучше.

Наивыгоднейшие фазы газораспределения для каждой модели двигателя устанавливают экспериментальным путем при доводке опытных образцов двигателей.

Под фазами газораспределения понимают моменты открытия и закрытия клапанов относительно мертвых точек, выраженные в градусах угла поворота коленчатого вала. Фазы газораспределения изображаются круговыми диаграммами, их подбирают экспериментальным путем в зависимости от частоты вращения коленчатого вала при максимальной мощности двигателя и конструкции его впускных и выпускных газопроводов.

При рассмотрении рабочих процессов двигателей в первом приближении было принято, что открытие и закрытие клапанов происходят в мертвых точках. Однако в действительности открытие и закрытие клапанов не совпадают с положением поршней в мертвых точках. Это связано с тем, что время, приходящееся на такты впуска и выпуска, очень мало, и при максимальной частоте вращения коленчатого вала двигателя оно составляет тысячные доли секунды. Поэтому если открытие и закрытие впускных и выпускных клапанов будут происходить точно в мертвых точках, то наполнение цилиндров горючей смесью и очистка их от продуктов сгорания будут недостаточными. В связи с этим моменты открытия и закрытия клапанов в четырехтактных двигателях происходят с определенным опережением или запаздыванием относительно положения поршней в в. м. т. и н. м. т.

Из общей круговой диаграммы фаз газораспределения видно, что при такте впуска впускной клапан начинает открываться с опережением, т. е. до подхода поршня в в.м. т. Угол а опережения открытия впускного клапана для двигателей различных моделей находится в пределах 10—32°. Закрывается впускной клапан с запаздыванием после прохождения поршнем н.м.т. (во время такта сжатия). Угол запаздывания закрытия впускного клапана в зависимости от модели двигателя составляет 40—85°.

Выпускной клапан начинает открываться до подхода поршня к н.м.т. Угол опережения открытия выпускного клапана для различных двигателей колеблется в пределах 40—70°. Закрывается выпускной клапан после прохождения поршнем в.м.т. (во время такта впуска). Угол запаздывания закрытия выпускного клапана равен 10—50°.

Рис. 2. Диаграммы (а—в) фаз газораспределения двигателей и положения поршней (г), соответствующие фазам газораспределения а — общая четырехтактного; б — ЗИЛ-130; в — КамАЗ-740

Углы опережения и запаздывания, а следовательно, и время открытия клапанов делают тем больше, чем выше частота вращения коленчатого вала, при которой развивается максимальная мощность двигателя. Правильность установки газораспределения определяется точным зацеплением зубчатых колес по имеющимся на них меткам или расположением метки на ведущей звездочке (двигатели ВАЗ) против специального прилива на блоке цилиндров.

Общая круговая диаграмма показывает, что в определенный период времени одновременно открыты впускной и выпускной клапаны. Угловой интервал а+ 6 вращения коленчатого вала, при котором оба клапана открыты, называется перекрытием клапанов, которое необходимо для своевременной и качественной очистки цилиндров от продуктов сгорания.

Из диаграммы фаз газораспределения двигателя ЗИЛ-130 видно, что впускной клапан открывается за 31° до прихода поршня в в.м.т., а выпускной клапан закрывается при угле 47° поворота коленчатого вала после в.м.т., следовательно, угол перекрытия клапанов составляет 78°. Открытие выпускного клапана происходит с опережением на 67° до н.м.т., а закрытие впускного клапана — с запаздыванием на 83° после н.м.т. Таким образом, общая продолжительность открытия каждого клапана составляет 294° по углу поворота коленчатого вала двигателя.

Рассмотренные фазы газораспределения двигателя ЗИЛ-130 получены при зазоре в обоих клапанах 0,3 мм (между носком коромысла и торцом стержня клапана). При уменьшении зазора продолжительность открытия впускного и выпускного клапанов возрастает, а при увеличении зазора уменьшается.

Под фазами газораспределения понимают моменты начала открытия и конца закрытия клапанов, выраженные в градусах угла поворота коленчатого вала относительно мертвых точек. Фазы подбирают опытным путем в зависимости от быстроходности двигателя и конструкции его впускной и выпускной систем. Для лучшей очистки цилиндров от отработавших газов выпускной клапан начинает открываться до достижения поршнем н. м. т., а закрывается после в. м. т. С целью лучшего наполнения цилиндров впускной клапан начинает открываться до достижения поршнем в. м. т., а закрывается после прохождения н. м. т.

Рис. 3. Фазы газораспределения двигателей: а —ЗМЗ-24, 6 — 3M3-53, в— ЗИЛ-130, г —ЯМЗ-740

Правильность установки газораспределительного механизма определяется зацеплением распределительных шестерен в соответствии с имеющимися на них метками.

Постоянство фаз газораспределения сохраняется при соблюдении температурного зазора между стержнем клапана и носком коромысла. При увеличении зазора продолжительность открытия клапана уменьшается, а при уменьшении зазора — увеличивается.

При рассмотрении рабочих циклов двигателей условно было принято, что открытие и закрытие клапанов происходит в момент нахождения поршня соответственно в в: м. т. или в н. м. т. В действительности моменты открытия и закрытия клапанов не совпадают с положением поршней в мертвых точках. Клапаны открываются и закрываются с некоторым, иногда очень значительным, опережением или запаздыванием, что необходимо для улучшения наполнения цилиндров чистым воздухом (дизели) или горючей смесью (карбюраторные двигатели) и лучшей очистки их от отработавших газов. Моменты открытия и закрытия клапанов, выраженные в градусах поворота коленчатого вала по отношению к соответствующим мертвым точкам, называют фазами газораспределения и изображают в виде круговых диаграмм.

Рис. 4. Диаграммы фаз газораспределения: а — общая диаграмма фаз четырехтактного двигателя; б — диаграмма фаз двигателя автомобиля ЗИЛ-130; в — диаграмма фаз дизеля автомобиля КамАЭ-5320; О — центр вращения вала

Рассмотрим общую диаграмму фаз газораспределения четырехтактного двигателя (рис. 4, а). Впускной клапан (точка 1) открывается с опережением (угол а), т. е. до прихода поршня в в. м. т. Вследствие этого в начале движения поршня вниз впускной клапан будет уже открыт на значительную величину, и наполнение цилиндра (благодаря разрежению) воздухом или горючей смесью улучшится. Впускной клапан (точка 2) закрывается с запаздыванием (угол б), т. е. поршень проходит н. м. т., поднимается вверх, совершая такт сжатия, а клапан в это время еще открыт, и горючая смесь или воздух по инерции заполняют цилиндр.

Выпускной клапан (точка 3) открывается до прихода поршня в н. м. т., т. е. с опережением (угол у). Поршень движется вниз, а отработавшие газы уже начинают выходить из цилиндра, так как давление в нем больше атмосферного. Поэтому при движении поршня вверх, во время такта выпуска, меньше затрачивается работы на удаление отработавших газов из цилиндра двигателя. Закрытие выпускного клапана (точка 4) происходит с запаздыванием (угол Р) — после перехода поршнем в. м. т. В этом случае используется инерция продуктов сгорания и отсасывающее действие потока газов в выпускном трубопроводе.

Таким образом, открытие выпускного клапана с опережением и закрытие его с запаздыванием улучшает очистку цилиндра от отработавших газов. Анализируя диаграмму, видим, что в течение некоторого периода времени, за который коленчатый вал повертывается на угол, равный сумме углов а + Р, открыты оба клапана (впускной и выпускной). Этот период называют перекрытием клапанов.

Для правильной установки фаз газораспределения распределительные шестерни двигателя необходимо точно соединить по меткам.

Диаграммы фаз газораспределения некоторых отечественных двигателей приведены в табл. 6. Указанные фазы газораспределения являются расчетными и действительны при соответствующих зазорах между стержнем клапана и концом коромысла или между стержнем клапана и регулировочным болтом толкателя. Для двигателя автомобиля ГАЗ-63А этот зазор равен 0,35 мм, а для автомобиля ЗИЛ-130 составляет 0,30 мм.

Фазы газораспределения

Чтобы получить от двигателя наибольшую мощность, необходимо обеспечить более полную очистку цилиндров от продуктов сгорания и лучшее наполнение их горючей смесью. Для этого клапаны открываются и закрываются с некоторым опережением или запаздыванием. Моменты открытия и закрытия клапанов, выраженные в градусах угла поворота коленчатого вала относительно мертвых точек, называются фазами газораспределения.

Впускной клапан открывается с опережением в конце такта выпуска, когда поршень не доходит до ВМТ у разных двигателей в пределах 12—30°, а закрывается с запаздыванием в начале такта сжатия, когда поршень отойдет от НМТ на 40—70°. Раннее открытие и позднее закрытие впускного клапана обеспечивают лучшее наполнение цилиндров горючей смесью за счет инерционного напора горючей смеси в впускном трубопроводе. Выпускной клапан открывается с опережением в конце такта рабочего хода за 42— 70° до НМТ, что позволяет отработавшим газам начать выходить из цилиндра под собственным избыточным давлением. Закрытие выпускного клапана происходит через 10—30° после ВМТ в начале такта впуска, что обеспечивает лучшую очистку цилиндра, так как отработавшие газы в это время будут продолжать выходить из цилиндра по инерции. Угол поворота коленчатого вала, на протяжении которого оба клапана в цилиндре открыты, называется перекрытием клапанов величина перекрытия в разных двигателях колеблется от 22 до 60°.

При рассмотрении рабочих процессов двигателей условно принималось, что открытие и закрытие клапанов происходит в момент нахождения поршня в в. м. т. или н. м. т. В действительности моменты открытия и закрытия клапанов не совпадают с положением поршней в мертвых точках. Клапаны открываются и закрываются с некоторым, иногда очень значительным, опережением или запаздыванием, что необходимо для улучшения наполнения цилиндров чистым воздухом (дизели) или горючей смесью (карбюраторные двигатели) и лучшей очистки их от отработавших газов.

Рис. 5. Диаграммы фаз газораспределения:
а — общая диаграмма четырехтактного двигателя; б — диаграмма двигателя ЗИЛ-130; о — диаграмма двухтактного дизеля ЯАЗ-М204; О — центр вращения коленчатого вала

Моменты открытия и закрытия клапанов, выраженные в градусах поворота коленчатого вала по отношению к соответствующим мертвым точкам, называются фазами газораспределения и изображаются в виде диаграмм.

Рассмотрим диаграммы газораспределения четырехтактного двигателя.

Впускной клапан (точка 1) открывается с опережением (угол а), т. е. до прихода поршня в в. м. т. Вследствие этого при начале движения поршня вниз впускной клапан будет уже открыт на значительную величину и наполнение цилиндра воздухом или горючей смесью улучшится.

Впускной клапан закрывается (точка 2) с запаздыванием (угол б), т. е. поршень проходит н. м. т., поднимается вверх, совершая такт сжатия, когда клапан еще открыт, и горючая смесь или воздух по инерции заполняют цилиндр.

Выпускной клапан (точка 3) открывается до прихода поршня вн. м. т., т. е. с опережением (угол у). Поршень движется вниз, а отработавшие газы уже начинают выходить из цилиндра, так как давление в нем намного больше атмосферного. Поэтому при движении поршня вверх во время такта выпуска меньше затрачивается работы на вытеснение отработавших газов из цилиндра двигателя.

Закрытие выпускного клапана (точка 4) происходит с запаздыванием (угол р) — после перехода поршнем в. м. т. В этом случае используется инерция продуктов сгорания и отсасывающее действие потока газов в выпускном трубопроводе. Таким образом, открытие выпускного клапана с опережением и закрытие его с запаздыванием улучшают очистку цилиндра от отработавших газов. Из диаграммы видно, что в течение некоторого времени, соответствующего сумме углов а + р, открыты оба клапана (впускной и выпускной). Этот период называется перекрытием клапанов.

На рис. 5, в приведена диаграмма фаз газораспределения двухтактного дизеля ЯАЗ-М204. Точка соответствует началу открытия опускающимся поршнем продувочных окон, а точка — закрытию этих окон поднимающимся поршнем. Таким образом, дуга 1—2 характеризует угол поворота коленчатого вала, соответствующий продувке цилиндров, т. е. фазу впуска. Точка соответствует моменту открытия выпускного клапана, а точка — моменту его закрытия, т. е. дуга 3—4 представляет собой фазу выпуска. Точками 5 я 6 обозначены начало и конец впрыска топлива.

Таблица 7
Фазы газораспределения некоторых автомобильных двигателей в градусах поворота коленчатого вала

Фазы газораспределения выбирают в зависимости от быстроходности двигателя.

Величина зазора между стержнем клапана и концом коромысла или между стержнем клапана и регулировочным болтом толкателя оказывает некоторое влияние на фазы газораспределения. Уменьшение указанных зазоров влечет за собой расширение фаз газораспределения, так как клапаны открываются раньше. Увеличение этих зазоров приводит к сужению фаз — клапаны открываются позже.

Для правильной установки фаз газораспределения распределительные шестерни двигателя нужно точно соединять по меткам.

В соответствии с рассмотренными выше теоретическими циклами двигателей внутреннего сгорания открытие и закрытие органов газораспределения (клапанов, окон) должно происходить, когда поршень находится в в. м. т. и н. м. т. В действительных же циклах впуск горючей смеси (воздуха) или выпуск отработавших газов происходит с некоторым опережением или запаздыванием по отношению к этим точкам. Моменты открытия и закрытия клапанов, выраженные в градусах поворота коленчатого вала относительно мертвых точек, называются фазами газораспределения. Графически фазы газораспределения можно представить в виде круговой диаграммы газораспределения. Как видно из диаграммы, открытие впускных клапанов автотракторных двигателей происходит за 10—20° до в. м. т., т. е. раньше, чем закроется отверстие выпускного клапана. Это необходимо для того, чтобы избежать излишнего разрежения в цилиндре и возрастания насосных потерь двигателя. Кроме того, опережение открытия впускного клапана при запаздывании закрытия выпускного клапана улучшает продувку камеры сгорания и очистку ее от остаточных газов с использованием инерционного напора горючей смеси, что особенно важно для быстроходных двигателей. Угол поворота коленчатого вала, при котором одновременно открыты впускной и выпускной клапаны, называется углом перекрытия клапанов. Обычно угол перекрытия равен 20—40°.

Запаздывание закрытия впускного клапана (на 50—70° после н.м.т.) позволяет улучшить наполнение цилиндра. Если оставить впускной клапан открытым после н.м.т., то в цилиндр будет продолжать поступать воздух (смесь) до тех пор, пока не будет использована полностью инерция потока воздуха (смеси), движущегося во впускном трубопроводе. Преждевременное открытие выпускного клапана (за 40—60° Закрытие поворота коленчатого вала до Впускного н.м.т.) позволяет выпускать от- ктпана работавшие газы под собственным давлением (0,35—0,4 МПа), что уменьшает сопротивление

движению поршня в период выпуска. Запаздывание закрытия выпускного клапана (10—20° поворота коленчатого вала после в.м.т.) обеспечивает достаточные проходные сечения для выпуска газов, а также улучшает очистку камеры сгорания от отработавших газов. Фазы газораспределения для каждого двигателя подбирают опытным путем. Величины опережения открытия и запаздывания закрытия клапанов у высокооборотных двигателей больше, чем у тихоходных.

Рекламные предложения:


Читать далее: Детали клапанного механизма газораспределения

Категория: — Автомобили и трактора

Главная → Справочник → Статьи → Форум


Выбор распредвала. Конструкция — Двигатель

В этом материале я хотел бы немного коснуться проблемы выбора оптимального распределительного вала для тюнинга Вашего любимца. Первое, что необходимо сделать, — это чёткое определение рабочего режима работы двигателя и того, что Вы от него хотите получить.

Существующие распредвалы для отечественных автомобилей (и не только) можно условно разделить на три категории: низовые, универсальные и спортивные (высокооборотистые). Отличительной чертой низовых распредвалов является наиболее пологие и ровные кривые момента и мощности в большом диапазоне оборотов из этих трёх типов, что делает двигатель приёмистей, а автомобиль динамичней в разгоне с малых оборотов или со старта. Спортивные валы отличаются крутизной этих кривых, т.е. большой мощностью на предельных для стандартного движка оборотах и меньшим моментом и мощностью на низких и средних оборотах (примерно до 3000). Универсальные, как ясно из их названия, являются компромиссом между двумя предыдущими типами. Чтобы понять, почему так происходит надо подробнее рассмотреть работу распределительного механизма.

Начнём со впуска. Первая и наиболее очевидная зависимость — это связь длительности открытия впускного клапана и заполняемостью цилиндра рабочей смесью. Действительно, при увеличении длительности впуска в цилиндр попадает больше рабочей смеси, но это имеет пределы. Так как фаза впуска превышает 180 градусов, то впускной клапан будет открываться немного раньше прохождения поршнем ВМТ и закрываться несколько позже НМТ. Увеличение фазы впуска приведёт к увеличению этих опережений/задержек. При прохождении поршнем НМТ в цилиндре всё ещё остаётся небольшое разрежение, которое продолжает втягивать рабочую смесь, поэтому некоторая задержка закрытия впускного клапана оправдана, но в дальнейшем поршень начинает процесс активного сжатия рабочей смеси и, если клапан ещё не закрылся, выталкивает часть смеси обратно. При значительном опережении открытия клапана, часть отработавших газов, выталкиваемых поршнем из цилиндра, может просочиться через впускной клапан и обеднить поступающую рабочую смесь. Это характерно для работы двигателя на низких оборотах. О положительном эффекте опережения открытия я расскажу позже, когда мы рассмотрим работу выпуска.

Теперь о выпуске. Большая фаза выпуска по идее должна способствовать лучшему проветриванию цилиндра, но её увеличение также ведёт к росту опережения открытия и задержки закрытия выпускного клапана относительно НМТ и ВМТ соответственно. При подходе поршня к НМТ продукты горения рабочей смеси всё ещё находятся под давлением, но уже практически не совершают полезной работы. В этом случае небольшое опережение открытия выпускного клапана позволит снизить давление в цилиндре до того как поршень пройдёт НМТ и начнёт выталкивать отработавшие газы в выпускной коллектор, что снизит давление на него (поршень). А вот задержка выпуска совместно с опережением впуска дают такое явление как перекрытие клапанов, т.е. угол поворота коленвала в районе ВМТ, когда открыты одновременно два клапана, впускной и выпускной. Перекрытие клапанов может дать интересный эффект следующим образом. Выталкиваемые с большой скоростью отработавшие газы за счёт полученной энергии увлекают за собой свои остатки, которые механически не могут быть вытолкнуты из камеры сгорания поршнем, и даже затягивают внутрь рабочую смесь через приоткрытый впускной клапан, тем самым, увеличивая топливную эффективность двигателя. Чем больше перекрытие, тем больше пропускная способность канала впуск- выпуск, а значит и лучше продувка камеры сгорания. Но здесь то и прячутся подводные камни. Дело в том, что такой эффект возможен только на высоких оборотах, тогда как на низах всё идёт наоборот: если слишком велико опережение впуска, то часть отработанных газов будет просачиваться через впускной клапан, а если чрезмерна задержка закрытия, по часть рабочей смеси будет увлекаться вместе с выхлопом в трубу. Это характерно и для высоких оборотов, и для низких, но на низах этот негатив может проявляться куда заметнее даже при меньших значениях перекрытия клапанов, так как скорости потоков невелики и эффект продувки практически не возникает. А в итоге потеря момента на низах и средних оборотах. При уменьшение же перекрытия мы получим более пологую кривую момента, но потеряем в максимальной мощности.

С фазами впуска/выпуска и перекрытием клапанов мы вроде разобрались. А как ещё можно улучшить эффективность распределительной системы? За счёт увеличения пропускной способности впускных/выпускных клапанов путём увеличения их подъёма и оптимизации динамики их движения. Оба этих параметра, как и величина фаз впуска/выпуска определяется профилем кулачков распредвала. Сначала о подъёме. Простое правило «чем больше, тем лучше» не даст ожидаемого результата, а потому надо думать. При значительном подъёме клапанов потребуется замена их пружин на более жёсткие, дабы клапаны могли с той же динамикой преодолевать большее поднятие при открывании/закрывании. Жёсткие пружины создают большее сопротивление вращению распредвала, а значит, увеличивают износ кулачков и немного тормозят двигатель. В этом случае желательно применять распредвал с роликовыми кулачками для уменьшения потерь на трение. Также необходимо учесть, что из-за конструкции механизма поднятия клапана при большом поднятии клапан значительно кренится в бок, а это уже необходимость замены штатных направляющих втулок клапанов на бронзовые, хотя при предельном поднятии это всё равно не спасёт распределительный механизм от быстрого износа. Для компенсации этого крена можно использовать гидравлические или роликовые толкатели клапанов. Однако первые не всегда одинаково работают на разных оборотах, а вторые дороговаты.

Более резкое открытие и закрытие клапанов, обеспечиваемое особым профилем кулачка распредвала, так же ведёт к увеличению его износа.

Теперь подведём итоги. Распредвалы с углами впуска порядка 270 градусов являются универсальными, меньшими углами — низовыми, углами в 295 градусов и более — спортивными и экстремально спортивными. Перекрытие клапанов может колебаться от 40 градусов у стандартных распредвалов до 85 у специальных спортивных. Приемлемым является поднятие клапанов не более 12- 13 мм , в противном случае потребуется значительная модернизация остальных деталей распределительной системы, хотя сама по себе она движку только на пользу (кроме жёстких пружин). Тщательно подбирайте детали распределительной системы, они должны быть полностью совместимы друг с другом. Ну и определитесь кто Вы: задорный ездок, которому на этой машине ещё ездить и ездить, или бескомпромиссный гонщик, для которого главное — максимальная мощность, а не приемистость или ресурс движка. Не следует также забывать, что все улучшения распределительной системы могут напрочь съедаться ненастроенными системами впуска и выпуска, поэтому замена распредвала должна являться частью комплексной модернизации двигателя.

Конструкция распредвала и её влияние на характеристики двигателя

Существует три важных характеристики конструкции распредвала, которые управляют кривой мощности двигателя: величина подъема клапанов, продолжительность открывания клапана и фазы газораспределителя распредвала. Подъем клапана измеряется в миллиметрах и представляет собой максимальное расстояние, на которое клапан отходит от седла. Продолжительность открывания клапанов — это отрезок времени, измеряемый в градусах поворота коленчатого вала.

Продолжительность можно измерить несколькими различными путями, но из-за того, что поток минимален при малом подъеме клапана, продолжительность обычно измеряется после того, как клапан поднялся от седла на малую величину, часто составляющую 0,5 или 1,2 мм . К примеру, конкретный распредвал может иметь продолжительность открывания в 2500 поворота при подъеме в 1,27 мм . Таким образом, при использовании подъема толкателя в 1,27 мм в качестве точек начала и остановки подъема клапана, распредвал будет удерживать клапан открытым в течение 2500 поворота коленчатого вала. Если продолжительность открывания клапана измеряется при нулевом подъеме (когда он находится у седла или только отходит от него), то продолжительность будет составлять 3300 или более положения коленчатого вала в моменты, когда определенные клапаны открываются или закрываются, часто называются фазами газораспределения распределительного вала. К примеру, распредвал может открывать впускной клапан при 300 до ВМТ и закрывать -его при 700 после НМТ.

Каждый из этих критериев конструкции связан с другими и модификация одного повлияет на то, как другие улучшат или ухудшат работу двигателя. Но, вообще говоря, увеличение подъема клапана и продолжительности его открывания или оптимизация фаз газораспределения увеличивают мощность. После небольшого увеличения типичных данных стандартного агрегата кривая мощности смещается выше в область оборотов. Когда продолжительность открывания и, в меньшей степени подъем увеличиваются еще больше, двигатель может быть даже неспособен работать на низких оборотах. «Гоночные» распредвалы с большой продолжительностью открывания часто имеют низко-оборотный. предел «холостого хода» 2000 об/мин или даже выше, Распредвалы с большой продолжительностью открывания можно сделать более «цивилизованными» путем изменения моментов открывания и закрывания клапанов, но компромиссом будет максимальная мощность. Из трех главных критериев конструкции, используемых на распредвале продолжительность открывания клапанов, подъем клапанов и фазы газораспределения, продолжительность открывания наиболее хорошо известна среди конструкторов форсированных двигателей. Такое распространенное понимание происходит из-за непосредственной манеры влияния продолжительности открывания на мощность двигателя. Из общих соображений можно сказать, что чем дольше удерживаются открытыми клапаны (особенно впускной клапан), тем большая максимальная мощность двигателя будет получена. Если продолжительность открывания клапана увеличивается более определенной величины, дополнительная максимальная мощность будет получена ценой качества работы двигателя на низких оборотах. Для гоночных применений максимальная мощность является практически единственной целью, но для «обычных» автомобилей с форсированными двигателями очень важными являются приемистость и крутящий момент на низких оборотах.

Увеличение подъема клапана может быть полезным вкладом в увеличение мощности, т. к. оно может добавить мощность без существенного влияния на характеристики двигателя на низких оборотах. В теории ответ на вопрос может показаться простым:

конструкция распредвала с короткой продолжительностью открывания клапанов для увеличения максимальной мощности. Теоретически это будет работать. Однако, механизмы привода клапанов не такие простые. В этом случае высокие скорости движения клапанов, обуславливаемые этими профилями, существенно уменьшают надежность двигателя.

Когда продолжительность открывания клапана уменьшается, то на перемещение клапана из закрытого положения (у седла) до полного подъема и возвращения обратно остается меньше времени. Когда продолжительность становиться еще короче, потребуются клапанные пружины с увеличенным усилием и часто становится механически невозможным приводить в движение клапаны даже при относительно низких оборотах.

Таким образом, что же является практичным и надежным значением максимального подъема клапана? Распредвалы с величиной подъема, больщей 12,7 мм , находятся в той области, которая непрактична для обычных двигателей (как минимум для двигателей со штангами в приводе клапанов). Распредвалы с продолжительностью такта впуска менее 2850, сочетающейся с величиной подъема клапана более 12,7 мм , обеспечивают очень высокие скорости открывания и закрывания клапанов. Это создает нагрузки на механизм привода клапанов, что заметно уменьшает надежность кулачков распредвала, клапанных пружин, стержней клапанов, направляющих втулок клапанов. Хотя вал с высокими скоростями подъема клапанов может хорошо работать сначала, срок службы его и направляющих втулок клапанов может не превышать 20000 км К счастью, большинство фирм-производителей распредвалов конструируют валы так, что обеспечивается хороший компромисс между значениями подъема и продолжительности открывания клапанов, при долгом сроке службы и надежности.

Наиболее подробно обсуждаемые подъем клапанов и продолжительность такта впуска не являются единственными элементами конструкции распредвала, которые влияют на выходную мощность двигателя. Моменты, в которые клапаны открываются и закрываются по отношению к положению распределительного вала, являются такими же важными параметрами для оптимизации характеристик двигателя. Эти фазы газораспределения распредвала указаны в таблице данных, прилагаемой к любому качественному распредвалу. Эта таблица данных числами и графически иллюстрирует угловые положения распредвала, когда впускные и выпускные клапаны открываются и закрываются. Они определяются точно в градусах поворота коленчатого вала перед (или после) ВМТ или НМТ.

Продолжительность открывания клапанов можно легко рассчитать из данных по фазам газораспределения, имеющихся в таблице. К примеру, для определения продолжительности открывания впускного клапана сложите момент откоывания (в градусах перед ВМТ), момент закрьшания (в градусах после НМТ) и 1800 (продолжительность всего такта впуска). Если распредвал открывает впускной клапан в 270. до ВМТ и закрывает его в 630 после НМТ, то продолжительность открывания клапана будет составлять 27+63+180=2700.

Теперь давайте глубже погрузимся в соотношения фаз газораспределения распредвала и мощностью. Предположим, что у нас есть два распредвала, валы А и В. Оба вала имеют одинаковую продолжительность открывания клапана в 2700 и они оба имеют одинаковую форму впускных и выпускных кулачков. Распредвалы такого типа обычно относят к конструкциям с «одним профилем». Однако распредвалы такого типа А и В не идентичны. Вал А имеет кулачки, расположенные так, что впускной клапан открывается за 270 до ВМТ и закрывается в 630 после НМТ, а выпускной клапан открывается за 710 до НМТ и закрывается в 190 после ВМТ. Для облегчения чтения можно представить эти данные по фазам газораспределения впускных и выпускных клапанов как 27-63-71 — 19. Вал В, однако, имеет фазы газораспределения 23 o67 — 75 -15.Вопрос состоит в следующем; если установить эти распредвалы на наш испытываемый двигатель, как они повлияют на мощность? Ответ будет таким: вал А, вероятно обеспечит большую мощность, но двигатель будет иметь более узкую кривую мощности и худшие характеристики в режимах холостого хода/частичного открывания дроссельной заслонки, чем вал В. Почему? Изменения в работе этих двух распредвалов, очевидно, не связаны с продолжительностью открывания клапанов или величиной их подъема: оба эти параметра остаются одинаковыми. Различия в кривых мощности являются результатом изменений в фазах газораспределения или, что более общее, в углах между центрами кулачков для каждого распредвала.

Угол между центрами кулачков является угловым смещением между центральной линией кулачка впускного клапана (часто называемогo просто впускным кулачком) и центральной ‘линией кулачка выпускного клапана ; (называемого выпускным кулачком).

Угол соответствующего цилиндра обычно измеряется в углах Поворота распределительного вала, так как мы обсуждаем смещение кулачков друг относительно друга, которое является одним из нескольких моментов, когда характеристика распредвала указывается в градусах поворота распредвала, а не в градусах поворота коленчатого вала. За исключением двигателей, использующих два распредвала в головке блока цилиндрoв.

Угол непосредственно влияет на перекрытие клапанов, т. е. на период, когда впускной и выпускной клапаны открыты одновременно. Перекрытие клапанов измеряется SB углах поворота коленчатого вала. Когда угол между центрами кулачков уменьшается, то моменты закрывания выпускного клапана и открывания впускного клапана будут перекрываться больше. Следует помнить, что на перекрытие клапанов также влияет изменение продолжительности открывания: когда продолжительность открывания увеличивается, перекрытие клапанов тоже увеличивается, обеспечивая отсутствие изменений угла для компенсации этих увеличении.

Для облегчения понимания этой ситуации вернемся к нашим распред- валам А и В и рассмотрим элементы взаимосвязи. Оба распредвала имеют продолжительность открывания 2700. Форма кулачка для вала А (фазы газораспределения: 27 — 63 — 71 -19) обеспечивает угол между центрами кулачков в 1080 с перекрытием клапанов в 460. Вал В (фазы газораспределения:23 — 67 — 75-15) имеет угол в 1140 и перекрытие клапанов 380 (помните, что когда угол увеличивается, перекрытие уменьшается). Как ранее указывалось, вал А обеспечивает двигателю хорошую мощность на высоких оборотах, но, вероятно, уменьшает эффективность на низких оборотах. Кулачки на валу В, однако, разведены дальше друг от друга, что характеризуется увеличением угла до 1140. Это уменьшает перекрытие клапанов на 80 и позволяет двигателю плавно работать на холостом ходу, выдавать больший вакуум в коллекторе и при холостом ходе, и вдвижении. При этом обеспечивается лучшая экономичность и, вероятно, более широкий диапазон мощности. Однако, с другой стороны, увеличение угла (уменьшение перекрытия клапанов) уменьшает эффективность впуска, соответственно и, соответственно, двигатель будет выдавать меньшую максимальную мощность.

< Предыдущая   Следующая >

Фазы газораспределения двигателя — что называется фазами газораспределения

Продолжительность открытия впускных и выпускных клапанов, выраженная в градусах угла поворота коленчатого вала относительно мертвых точек, называется фазами газораспределения.

Наивысшие мощностные показатели работы двигателя могут быть достигнуты при наилучшем наполнении цилиндров горючей смесью и наиболее полной их очистке от отработавших газов. Поэтому продолжительность фаз впуска и выпуска установлена больше 180° за счет того, что моменты открытия и закрытия клапанов не совпадают с положениями поршня в верхней и нижней мертвых точках. Так, впускной клапан открывается в конце такта выпуска до прихода поршня в ВМТ с опережением на 12° (рисунок 1, а) у двигателей заднеприводных автомобилей ВАЗ и 33° (рисунок 1, б) у двигателей переднеприводных автомобилей ВАЗ, а закрывается в начале такта сжатия после прихода поршня в НМТ с запаздыванием соответственно 40 и 79°. Продолжительность впуска горючей смеси в цилиндры двигателей составляет соответственно 232 и 292°, что обеспечивает наилучшее их наполнение.

Рисунок 1 – Фазы газораспределения двигателей

Выпускной клапан открывается в конце такта рабочего хода до прихода поршня в НМТ с опережением на 42 и 47°, а закрывается в начале такта впуска после прихода поршня в ВМТ с запаздыванием соответственно на 10 и 17°. Продолжительность выпуска отработавших газов из цилиндров двигателей составляет соответственно 232 и 244°, что обеспечивает наиболее полную их очистку от газов.

В конце такта выпуска и в начале такта впуска происходит перекрытие клапанов, когда оба клапана (впускной и выпускной) открыты одновременно. Продолжительность перекрытия клапанов составляет для двигателей 22 и 50°. Перекрытие клапанов длится небольшой промежуток времени и не оказывает влияния на работу двигателя.

В процессе эксплуатации необходимо следить за правильной установкой фаз газораспределения. Она обеспечивается совмещением специальных меток на шкивах распределительного и коленчатого валов и соответствующих меток на двигателе или совмещением меток на шестернях привода.

Постоянство фаз газораспределения сохраняется только при соблюдении регулируемых тепловых зазоров в газораспределительном механизме. При увеличении зазоров продолжительность открытия клапанов уменьшается, а при уменьшении – увеличивается.

Перекрытие клапана — High Power Media

Я не могу точно вспомнить, когда я впервые увидел распределительный вал двигателя или услышал слово «перекрытие», но могу только предположить, что это должно было быть, когда я был еще в коротких штанах. Я помню, как мой отец вынул двигатель из нашей машины, Ford Popular 1950-х годов, и разобрал его на полу гаража. Я также никогда не забывал объяснение, которое мой отец позже дал мне о внутренней работе двигателя внутреннего сгорания с боковым клапаном.

Это было намного позже в жизни, когда слово «перекрытие» по отношению к двигателям вошло в мой словарь, и, как ни странно, как и следовало ожидать, оно было связано с распределительными валами и синхронизацией клапанов двигателя. Напоминаем, что перекрытие клапанов — это период, когда выпускной клапан вот-вот закроется, а впускной клапан начал открываться. В нашем теоретическом двигателе выпускной клапан мгновенно закрывался бы в верхней мертвой точке, и одновременно открывался бы впускной. Однако законы физики запрещают мгновенное движение (и бесконечное ускорение!), И в любом случае одновременное открытие обоих клапанов на определенную величину имеет свои преимущества.

Во-первых, отсроченное закрытие выпускного клапана побуждает последние остатки отработавшего газа, захваченные в зазоре, куда поршень не может добраться, выходить через выпускное отверстие. И, во-вторых, открытие впускного клапана перед верхней мертвой точкой поршня позволяет поступить свежему заряду, помогая выхлопному газу выходить из выпускного отверстия и заменяя его дополнительным зарядом, который будет сжигаться во время следующего цикла. При условии, что через выпускной клапан происходит небольшая потеря свежего заряда или его отсутствие, продувка цилиндра таким образом увеличивает общий объем всасываемого заряда, а также устраняет потенциальный эффект « радиатора », когда тепло от последующего процесса сгорания используется для нагрева захваченного выхлоп, используя тепло, которое в противном случае было бы преобразовано в энергию.Если когда-либо и был случай двойного удара, то это он.

Величина перекрытия не должна быть слишком большой, и она очень сильно зависит от ограничений впускного и выпускного потоков как до, так и после цилиндра. При данной частоте вращения двигателя, например, четырехклапанная камера обычно требует гораздо меньшего перекрытия, чем, скажем, двухклапанная головка, поскольку продувка в первой более эффективна. С другой стороны, гоночный двигатель, привыкший к скорости 6000-7000 об / мин, может потребовать намного большего перекрытия, чем у дорожной машины.В таких случаях гоночный двигатель может потребовать перекрытия более 100 ° для максимальной мощности, тогда как наш дорожный автомобиль вполне доволен 15-25 °.

Для сравнения, несколько лет спустя после моего урока в гараже, Coventry Climax FWMV V8 1965 года, разгоняющийся до чуть более 10300 об / мин в то время, использовал постоянное перекрытие 89º для достижения максимальной мощности. Три года спустя Cosworth DFV, набирающий обороты всего лишь до 9000 об / мин, использовал 116º. В дорожных автомобилях, конечно, максимальная мощность не всегда является единственной целью — также первостепенное значение имеет « качество » двигателя на холостом ходу, способность демонстрировать стабильные обороты холостого хода двигателя с минимальным расходом топлива и с минимальными выбросами выхлопных газов, поэтому в большинстве современных дорожных двигателей используются системы изменения фаз газораспределения, чтобы изменить это перекрытие при работающем двигателе.

Таким образом, производители получают свой пирог и съедают его. Перекрытие сводится к минимуму для наилучшего качества холостого хода, но снова увеличивается по мере увеличения скорости двигателя, чтобы обеспечить оптимальную продувку, когда требуется максимальная производительность.

С тех ранних дней с боковыми клапанами в моей жизни все прошло долгий путь, но вид этих двух клапанов, выступающих одновременно из верхней части блока цилиндров рядом с верхней частью поршней, все еще остается в моей памяти .

Рис.1 — Система фаз газораспределения 1965 Formula One Coventry Climax V8

По сценарию Джона Коксона

Сроки и производительность клапана

Сроки и производительность клапана

Если вы любите гонки или автолюбитель, то вы, скорее всего, не боитесь менять кулачки в вашем двигателе.Тем не мение, Чтобы сделать вашу машину быстрее, нужно не просто заменить кулачок, а заменив его на «правый» распредвал. Это где твой понимание фаз газораспределения становится решающим при выборе правильного кулачка. К поможет вам лучше понять фазу газораспределения, эта страница расскажет о перекрытии продувки и эффект тарана.

ПРОДУВКА
На рабочем такте сгорание толкает поршень вниз в цилиндре. Во время этого хода необходимо открыть выпускной клапан перед поршнем. попадает в нижнюю часть цилиндра.Это позволит создать избыточное давление в цилиндр, чтобы «выпустить воздух» непосредственно перед тем, как поршень достигнет нижней части инсульт. Термин «продувка» используется для описания этого события.

Регулировка времени работы выпускного клапана таким образом гарантирует отсутствие давления остается в цилиндре, чтобы прижиматься к поршню на такте выпуска. В противном случае может возникнуть давление 20 фунтов на квадратный дюйм (или около того) на поршень, когда он запускает цилиндр. Это потребует некоторой мощности вашего двигателя, чтобы вытолкнуть выхлоп из цилиндра!

Двигатели с высокими оборотами должны открывать выпускной клапан раньше так давление имеет больше шансов выйти из цилиндра.Однако на более низких оборотах слишком быстрое открытие выпускного клапана означает, что вы не в полной мере использовать мощность такта.

ПЕРЕКРЫТИЕ
Во время цикла двигателя бывает период, когда и впускной, и выпускной клапаны открыты одновременно. Эти фазы газораспределения известны как «перекрытие». Думайте об этом как о наложении друг на друга циклов выпуска и впуска.

Клапаны синхронизированы так, чтобы впускной клапан слегка приоткрывался до того, как поршень достигнет верхней мертвой точки (ВМТ) на такте выпуска.Точно так же выпускной клапан закрывается сразу после того, как поршень начинает опускаться. на такте впуска.

Перекрытие предназначено для выхлопных газов, которые уже стекает по выхлопной трубе, чтобы создать эффект, подобный сифону и втягивать свежую смесь в камеру сгорания. В противном случае небольшое количество сгоревшие газы останутся в камере сгорания и разбавят поступающий смесь на такте впуска. Эти фазы газораспределения являются продуктом кулачка. спецификации продолжительности и разделения.

Наука, связанная с перекрытием, довольно сложна. Давление, длина рабочего колеса, температура и многие другие аспекты влияют на то, как хорошо работает эффект перекрытия.

RAM ЭФФЕКТ
Когда поршень достигает нижней части цилиндра на такте впуска, впускной клапан в этот момент не закрывается сразу. Впускной клапан остается открыт, даже если поршень запускает цилиндр на сжатие Инсульт. Выражение «эффект тарана» используется для описания этого события.

Установка впускного клапана таким образом позволяет количество свежей смеси, которое необходимо забить в цилиндр. Эффект очень похоже на гидроудар в сантехнике. Что происходит, так это то, что во время приема ход свежая смесь достаточно быстро течет по впускному коллектору и в цилиндр, что он не может мгновенно остановиться, когда поршень останавливается в нижняя часть такта впуска. Как и в случае с эффектом гидроудара, входящий смесь забивается в цилиндр, даже если поршень запускается на такте сжатия.

В двигателях с высокими оборотами впускной клапан может оставаться открытым дольше, чтобы воспользоваться этим эффектом тарана. Однако на низких оборотах поршень недостаточно силен, и поршень начнет выталкивать свежую смесь из цилиндра. Из всех различные эффекты фаз газораспределения, это может иметь наибольшее влияние на ваш производительность двигателя.

Авторские права AutoWare 1998

Влияние отрицательного перекрытия клапанов на сгорание и выбросы двигателя HCCI, работающего на сжатом природном газе, с добавлением водорода

Чтобы изучить влияние отрицательного перекрытия клапанов на характеристики сгорания и выбросов двигателя с воспламенением от сжатия с однородным зарядом, работающим на природном газе и водороде, испытание и моделирование проводились с использованием модели цикла двигателя, объединяющей механизм химической кинетической реакции при различных условиях фаз газораспределения.Результаты показывают, что внутренняя система рециркуляции отработавших газов, образованная за счет использования отрицательного перекрытия клапанов, может нагревать входящие смеси и улучшать характеристики самовоспламенения двигателя. Остаточный выхлопной газ может замедлить скорость тепловыделения, снизить скорость повышения давления и максимальную температуру сгорания и одновременно уменьшить выбросы NO x . Среди трех схем NVO стратегия индивидуального изменения момента открытия впускного клапана может привести к наименьшим потерям мощности, а симметричная стратегия NVO, которая одновременно изменяет время закрытия выпускного клапана и время открытия впускного клапана, может обеспечить лучший эффект нагрева. смеси на входе и удовлетворительное снижение температуры сгорания, а также максимальное сокращение выбросов NO x .

1. Введение

Двигатель, работающий на водороде на природном газе (HCNG), представляет собой широко изученную гибридную топливно-энергетическую машину, которая сочетает в себе преимущества обильных ресурсов природного газа и высокой скорости сгорания, широкого предела воспламеняемости и короткого расстояния гашения водорода. [1–3]. Исследования показывают, что ламинарная скорость распространения пламени водорода обычно выше, чем у углеводородного топлива, а гидроксильный радикал (ОН), образующийся при его сгорании, может ускорять реакцию окисления природного газа [4], тем самым компенсируя недостаток медленного скорость горения природного газа и приближение смешанного горения к изоволюметрическому тепловыделению [5].Когда HCNG применяется в режиме воспламенения от сжатия, добавление водорода может увеличить время самовоспламенения природного газа, расширить его предел воспламеняемости и помочь реализовать обедненное горение [6, 7]. Некоторые ученые провели соответствующие эксперименты и моделирование двигателей с искровым зажиганием, работающих на углеводородном природном газе, и результаты показывают, что выбросы CO 2 и HC снижаются, поскольку водород не содержит углерода, а расстояние гашения водорода короткое [8–10] . Промежуточное выделение формальдегида быстро расходуется из-за повышенной активности групп О и ОН после добавления водорода [11, 12].В то же время, однако, из-за увеличения скорости смешанного горения максимальная температура увеличивается, что приводит к увеличению выбросов NO x [13].

Воспламенение от сжатия однородного заряда (HCCI) имеет характеристики многоточечного одновременного воспламенения и быстрого горения [14], что может сократить продолжительность горения и период дожигания [15], повысить тепловой КПД и улучшить экономию топлива. Однако большая скорость повышения давления, вызванная быстрой теплопередачей, вызовет резкую работу двигателя и детонацию [16].Существует острая необходимость в использовании различных методов и разработке новых рабочих стратегий для изучения процесса горения HCCI. Yousefi et al. [17] провели моделирование с использованием связанной модели AVL-CHEMKIN CFD для сравнения фаз сгорания, характеристик двигателя и выбросов с точки зрения эквивалентного отношения для обоих двигателей внутреннего сгорания HCCI с камерой предварительного сгорания и без нее, и результаты показали, что двигатель HCCI с модифицированной камерой имеет более высокое давление сгорания, более узкую скорость тепловыделения, генерирует более высокую работу на килограмм топлива, а выбросы как монооксида углерода, так и углеводородов уменьшаются, в то время как высокий уровень выбросов оксида азота создается за счет сжигания HCCI.Нешат и Сарай [18] разработали новую модель сгорания с четырьмя зонами для двигателя HCCI для прогнозирования давления и выбросов в цилиндрах, и результаты показали, что реализация точной модели массопереноса приводит к точному прогнозированию UHC и CO и близкому к нулю. NO x , который ниже 10 ppm для всех исследованных случаев, также хорошо предсказывается. Исследования показывают, что успех любой имитационной модели в описании или прогнозировании процесса горения HCCI и образования выбросов, очевидно, частично зависит от ее способности надежно прогнозировать соответствующие явления теплопередачи, поскольку процесс теплопередачи напрямую влияет на среднюю температуру газа и локальные температуры, тем самым влияя на момент зажигания, скорость горения и образование выбросов HC, CO и NO x [19, 20].

Для уменьшения тепловыделения при сгорании HCCI обычно используются обедненное сгорание, низкотемпературное сгорание и регулируемые фазы газораспределения [21]. Октановое число природного газа очень высокое, и для обеспечения самовоспламенения от сжатия требуется, чтобы температура в цилиндрах способствовала возникновению самовоспламенения [22]. Это реальная схема рециркуляции высокотемпературных выхлопных газов (EGR). Добавление выхлопного газа может повысить начальную температуру всасываемого воздуха и ускорить реакцию рабочей жидкости с низкой энергией активации.Поскольку выхлопной газ в основном состоит из H 2 O, CO 2 и других газов с большей удельной теплоемкостью, он также может разбавлять свежую рабочую жидкость, подавлять скорость тепловыделения и понижать температуру, тем самым смягчая грубые явление горения и расширение верхнего ограничения нагрузки при сгорании HCCI, и в то же время, полезно реализовать низкотемпературное горение и уменьшить теплопередачу стенок камеры сгорания [23]. Исследования показывают, что остаточные активные группы в высокотемпературных выхлопных газах положительно влияют на самовозгорание [24].Внутренний EGR, образованный путем изменения фаз газораспределения, проще, чем внешний EGR с регулирующим клапаном. Отрицательное перекрытие клапана (NVO), образованное преждевременным закрытием выпускного клапана и отложенным открытием впускного клапана, может задерживать выхлопной газ в цилиндре, и эффект рециркуляции отработавших газов может быть произведен путем нагрева и разбавления нового газа во время процесса газообмена. . Соответствующие исследования показывают, что сжигание HCCI с отрицательным перекрытием клапанов может обеспечить широкий диапазон нагрузок и улучшить сгорание при высоких нагрузках [25].Некоторые ученые считают, что идеальным необходимым условием для HCCI является внутренняя система рециркуляции выхлопных газов [26], потому что рабочая жидкость легче воспламеняется самопроизвольно в богатой рециркуляцией выхлопных газах области, когда остаточный выхлопной газ и новый газ смешиваются вначале, и стратифицированное состояние выхлопного газа и новый газ, образованный NVO, имеет самое благоприятное влияние на воспламенение HCCI. На основании современных обзоров установлено, что предыдущие соответствующие исследования в основном работали над упрощением механизма чистого CNG или чистого H 2 в двигателях HCCI, моделированием основных характеристик двигателя и характеристиками двигателей SI, работающих на HCNG [ 18, 27–29], и небольшой прогресс был достигнут в отношении влияния отрицательного перекрытия клапанов, образованного изменением фаз газораспределения на двигателе HCCI, работающем на бинарном смешанном топливе HCNG.

В этой статье, в сочетании с экспериментальным исследованием водородного топлива, работающего на двигателе, работающем на природном газе, численное моделирование двигателя HCCI в рамках стратегии NVO выполняется с помощью программного обеспечения GT-Power и программного обеспечения CHEMKIN, а также влияние изменения фаз газораспределения на Исследованы характеристики горения и выбросов двигателя. Сравнивая три стратегии, суммируются различные улучшения NVO в отношении рабочего процесса двигателя, которые обеспечивают теоретическую основу для улучшения характеристик газо-водородного двигателя HCCI в практическом применении.

2. Модель и численный метод

Основная задача исследования сжигания HCCI топлива HCNG в сочетании с NVO заключается в определении преимуществ и недостатков различных схем фаз газораспределения. Однако изменение фаз газораспределения неизбежно приведет к усложнению конструкции двигателя, поэтому лучше построить подходящую имитационную модель, чем тестировать. Учитывая, что программное обеспечение GT-Power, которое содержит одномерную модель цикла двигателя, может хорошо моделировать процесс газообмена, а CHEMKIN имеет более высокую точность моделирования процесса сгорания, особенно сгорания HCCI, они выбраны для моделирования сопряжения.Во-первых, соответствующие параметры окружающей среды и исходные данные рабочего процесса двигателя собираются посредством экспериментов, кривые подъема клапана при различных стратегиях NVO импортируются в GT-Power, определяется модель цикла сгорания, кривые температуры и давления цикла, включая кривые процесса газообмена, и различные значения параметров в конце процесса газообмена используются в качестве начальных условий моделирования CHEMKIN. Затем механизм реакции и термодинамические данные топлива HCNG вводятся в CHEMKIN, и задается уравнение реакции, требуемое для химического решателя.Наконец, весь набор управляющих уравнений нульмерной однозонной модели решается путем объединения модели горения с моделью теплопередачи, модели геометрии цилиндра и формулы расчета скорости рециркуляции отработавших газов в соответствии с конкретной стратегией NVO, так что получены такие параметры, как скорость выделения тепла сгорания, изменения давления в цилиндрах и концентрация различных продуктов реакции. Стоит отметить, что параметры в конце процесса газообмена, полученные в первом цикле, получены из модели горения в GT-Power, в последующих циклах данные, полученные с помощью моделирования процесса горения CHEMKIN, будут импортированы обратно в GT. -Мощность, поэтому существует чередование эффектов между периодом газообмена и процессом сгорания в разных циклах.Следовательно, итерационный расчет сходимости и коррекция параметров модели должны выполняться для параметров, которые определяют модель горения, в сочетании с экспериментальными данными, чтобы получить результаты моделирования, которые могут лучше выразить реальную ситуацию.

2.1. Механизм и физические параметры

GRI Mech-3.0 [30] описывает химический кинетический механизм реакции окисления при горении метана, включая 53 вещества и 325 элементарных реакций, таких как цепная реакция C1-C2, химическая реакция N и образование NO x . реакция, подтвержденная большим количеством экспериментов и широко используемая при имитационных исследованиях углеводородных топлив.Поскольку в данной статье исследуются характеристики гомогенного воспламенения от сжатия бинарного смешанного топлива в рамках стратегии NVO, уделяя особое внимание температуре до реакции и концентрации компонентов, первоначальный механизм упрощен и реформирован. На основе механизма добавления водорода метод анализа чувствительности используется для выделения элементарных реакций и веществ с высокой чувствительностью к начальной температуре и концентрации реакции, а затем используется метод изменения коэффициента реакции [31] для оптимизации параметры уравнения Аррениуса, влияющие на скорость химической реакции.где — константа скорости реакции, — предэкспоненциальный множитель, — температура реакции, — показатель температуры, — энергия активации реакции, — общая газовая постоянная. Основными объектами оптимизации являются, и. После упрощения в модель горения вводятся механизм и термодинамические данные. Расчет состава основан на кинетическом процессе химической реакции и определении физических параметров топлива. где нижний индекс представляет компонент th вещества, — массовая доля, — скорость химической реакции, определяемая, — молярная масса, — отношение общей массы смеси к объему системы.Определите объемную долю водорода: В сочетании с физическими параметрами смешанного топлива молярная масса смешанного топлива при фиксированном соотношении может быть рассчитана как Стехиометрическое соотношение воздух-топливо смеси составляет где и — стехиометрическое соотношение воздух-топливо для двух видов топлива, соответственно. Вышеупомянутые формулы составляют основу для решения состава материала.

2.2. Модель с одной зоной с нулевой размерностью

Модель с одной зоной сгорания в нулевой размерности учитывает, что температура, давление и компоненты зарядов в цилиндрах равномерно распределены, что соответствует условиям гомогенного предварительного смешения при сгорании HCCI.Модель обеспечивает ввод температуры для механизма реакции, таким образом рассчитывая различные параметры процесса горения. Предполагается, что смесь представляет собой идеальный газ, а рабочая жидкость находится в герметичном состоянии без потерь на утечку. Решение скорости тепловыделения сгорания основано на уравнении сохранения энергии первого закона термодинамики: где нижний индекс представляет компонент th вещества, — удельная термодинамическая энергия рабочего тела, — давление в цилиндре, — рабочий объем цилиндра, — массовый расход веществ в цилиндре, — удельная энтальпия, и — величина теплопередачи от рабочей жидкости к стенке цилиндра, которая определяется моделью теплопередачи: где — средняя температура стенки цилиндра, — эффективная площадь теплопередачи, — коэффициент теплопередачи.В сочетании с уравнением энергии подмодель теплопередачи обеспечивает граничные условия для расчета температурного поля, такие как температура стенки цилиндра, распределение температуры цилиндра и распределение теплового потока, которое отражает теплопередачу и теплопотери рабочей жидкости на стенку камеры сгорания. . Для однородной нульмерной модели воспламенения от сжатия дается широко распространенным соотношением Вошни [19, 32]: где — диаметр цилиндра, а — характеристическая скорость, которая представляет собой среднестатистические характеристики движения веществ в цилиндре: где — средняя скорость поршня, — рабочий объем цилиндра, параметры с нижним индексом представляют состояние рабочей жидкости в любой момент времени от момента закрытия впускного клапана до начала сгорания, — давление сопротивления двигателя, равно 0.28, и равен 0 в такте сжатия и в рабочем такте. Изменения температуры во время горения выражаются где нижний индекс — это компонент вещества, — средняя молярная масса смеси, — удельная теплоемкость при постоянном давлении. Эту формулу и формулу (2) можно рассматривать как нелинейную систему уравнений первого порядка с неизвестными.

2.3. Геометрическая модель цилиндра двигателя

Изменение объема цилиндра во времени может быть получено из геометрического соотношения: где — объем камеры сгорания, — длина кривошипа, — отношение длины шатуна к шатуну, — угол поворота кривошипа.При моделировании часто используется скорость изменения объема продувки. где — степень сжатия. Комбинируя приведенные выше уравнения, всесторонне используются модель горения, модель теплопередачи и геометрическая модель в сочетании с данными о механизме реакции и параметрах физических свойств; тогда значения параметров, характеризующие динамический процесс сгорания двигателя в любой момент в цилиндре, могут быть получены в условиях заданного начального давления, температуры и начальной концентрации различных компонентов материала.

2.4. Расчет скорости рециркуляции отработавших газов в соответствии со стратегией NVO

В каждом цикле на динамический процесс сгорания влияет процесс смены газа. Скорость рециркуляции отработавших газов — важный параметр, связывающий два процесса; традиционный метод вычисления скорости рециркуляции выхлопных газов определяется путем измерения концентрации CO 2 в выхлопной трубе после такта сжатия и такта выпуска, что не подходит для описания внутреннего эффекта рециркуляции выхлопных газов, формируемого стратегиями NVO. В соответствии с уравнением реакции сгорания и данными, полученными при моделировании, теоретически рассчитывается скорость рециркуляции отработавших газов при стехиометрических условиях.Предполагается, что топливо полностью сгорает, газ в цилиндре равномерно перемешивается, и на открытие и закрытие клапана не влияет задержка срабатывания клапана и разница давлений внутри и снаружи цилиндра. где — масса смеси, загружаемой в цилиндр после закрытия впускного клапана, и — масса остаточного выхлопного газа в цилиндре после закрытия выпускного клапана. Очевидно, определяется процессом сгорания предыдущего цикла и временем закрытия выпускного клапана.где параметры с нижним индексом EVC указывают состояние рабочей жидкости в цилиндре во время закрытия выпускного клапана, — объемная доля кислорода в воздухе и определяется как молярное отношение атомов водорода к атомам углерода в смешанном топливо, имеющее определенную корреляцию с. и последующий процесс поступления вместе влияют на стоимость. где параметры с нижним индексом IVC указывают на состояние рабочей жидкости в цилиндре во время закрытия впускного клапана и представляют собой значение молярной массы воздуха.Остальные параметры этой формулы задаются формулой (4) и формулой (5).

3. Подтверждение испытаний

Для проверки точности имитационной модели было проведено стендовое испытание двигателя, работающего на природном газе и водороде, модифицированного от четырехтактного дизельного двигателя без наддува с водяным охлаждением. Основные технические параметры двигателя приведены в таблице 1. Принципиальная схема испытательного стенда представлена ​​на рисунке 1. Водород и природный газ, хранящиеся в газовых баллонах высокого давления, соответственно, поступают в смеситель Вентури через редукционный клапан. , затем смешайте с воздухом, чтобы попасть в цилиндр на пути впрыска во впускной канал.Эксперимент проводился при 1100 об / мин, эквивалентное соотношение 0,4, объемная доля водорода 5%. Подробное введение и точность испытаний различных используемых инструментов были даны в предыдущих исследованиях [33]. Начальная температура, давление и другие данные модели измеряются в ходе испытаний, а условия моделирования соответствуют условиям испытаний.


Параметр Значение

Рабочий объем (л) 0.815
(мм)
Степень сжатия 17: 1
(мм)
Калибровочная мощность / скорость (кВт / об / мин)
Калибровочный расход топлива (г / кВтч) ≤244,8
Максимальный крутящий момент / скорость (Нм / об / мин) 50,2 / 1760
Время открытия выпускного клапана (° CA BBDC) 43
Время открытия впускного клапана (° CA BTDC) 15
Время закрытия выпускного клапана (° CA ATDC) 15
Время закрытия впускного клапана (° CA ABDC) 33


Сравнение экспериментальных и смоделированных значений давления, температуры и скорости тепловыделения показано на рисунках 2–4.Путем сравнения видно, что согласие между результатом расчета и экспериментальными данными приемлемо для всех трех показателей. Также можно обнаружить, что пиковые значения смоделированного давления и температуры немного выше, чем экспериментальные значения, фаза воспламенения немного позже, а скорость роста давления и температуры в начальный период сгорания и скорость падения в конце сгорания. период также быстрее. Это связано с тем, что потери при теплопередаче, учитываемые смоделированной моделью горения, меньше реальной ситуации.Степень перемешивания рабочего тела выше, а процесс сгорания близок к тепловыделению постоянного объема. В эксперименте из-за влияния турбулентности в цилиндре повышение температуры и давления происходит неравномерно; в некоторых областях могут быть созданы лучшие условия воспламенения для ускорения самовозгорания. Неустойчивый процесс повышения делает местное давление и температуру слишком высокими или слишком низкими, а неполная однородность смеси также продлевает период дожигания.Максимальная ошибка давления между значением моделирования и значением испытания составляет 4,92%, в то время как максимальная ошибка температуры между значением моделирования и значением испытания составляет 4,68%. Во всем диапазоне углов поворота коленчатого вала силового процесса смоделированные данные обладают хорошим порядком величины и точностью, что указывает на то, что имитационная модель может надежно отражать реальную производительность двигателя.




4. Результаты и обсуждение
4.1. Влияние изменения времени закрытия выпускного клапана на выбросы при сгорании

На рисунках 5–11 показано влияние изменения момента закрытия выпускного клапана (EVC) на характеристики сгорания и выбросов в двигателе при сохранении открытия выпускного клапана. (EVO), открытие впускного клапана (IVO), закрытие впускного клапана (IVC) и подъем клапана без изменений.Набор кривых подъема клапана получается каждые 15 ° CA перед ВМТ в процессе газообмена. Начальные условия моделирования: эквивалентное отношение 1, частота вращения двигателя 1000 об / мин, температура на впуске 400 K, давление на впуске 0,1 МПа, объемная доля водорода 5% и массовый расход топлива 6,5 г / с. Поскольку IVO поддерживается на уровне 15 ° перед ВМТ, отрицательный угол перекрытия, формируемый при текущей стратегии, составляет 0-75 °.








Из рисунка 5 видно, что с увеличением времени EVC скорость EGR увеличивается.Это связано с тем, что чем раньше закрывается выпускной клапан, тем меньше выхлопных газов выходит из выхлопной трубы и тем больше выхлопных газов задерживается в цилиндре. Коэффициент EGR увеличился на 19,47 процентных пункта с 15 ° до 90 °. На рисунке 6 показано, что эффективность наддува снижается с увеличением продвижения EVC, что связано с тем, что, хотя IVO остается неизменным, тем больше выхлопных газов остается в цилиндре из-за усовершенствованного EVC и разницы давлений между цилиндром и горловина впускного клапана при открытом впускном клапане меньше по сравнению с исходным двигателем без системы рециркуляции отработавших газов, что затрудняет заправку свежей смеси.В то же время нагрев нового воздуха выхлопными газами приведет к снижению плотности воздуха в состоянии всасывания, и количество газа, фактически поступающего в цилиндр, немного уменьшится. Кроме того, поскольку поршень все еще находится в стадии хода вверх при IVO, для двигателя без наддува может возникнуть определенная степень обратной вспышки в цилиндре, и чем раньше EVC, тем серьезнее будет явление обратной вспышки, что приведет к еще больше уменьшите количество свежего воздуха, заправленного в цилиндр.Когда выпускной клапан закрывается от 15 ° до 90 ° заранее, эффективность зарядки снижается на 26,15%.

Из рисунков 7 и 8 видно, что с опережением EVC давление и температура сгорания снижаются. Это связано с тем, что скорость рециркуляции выхлопных газов увеличивается с опережением EVC, и степень разбавления нового газа увеличенным количеством выхлопных газов также увеличивается, таким образом увеличивая потерю выходной мощности двигателя. С 15 ° до 90 ° максимальное давление и температура снизились на 18,2% и 17.4%, что указывает на то, что степень развития EVC оказывает на них большое влияние. Время достижения максимального давления и температуры немного раньше, что указывает на то, что улучшение процесса сгорания увеличивается, когда выпускной клапан закрывается заранее.

Из рисунков 9 и 10 видно, что с увеличением времени EVC максимальное значение скорости повышения давления и скорости тепловыделения постепенно уменьшается. Основные причины этого изменения заключаются в следующем: чем раньше происходит EVC, тем больше угол NVO, тем больше остается выхлопных газов и тем выше скорость EGR.Поскольку выхлопной газ с более высокой удельной теплоемкостью и более низким содержанием кислорода имеет как разбавляющий, так и охлаждающий эффект, максимальная температура в цилиндре снижается, тем самым замедляя скорость реакции сгорания в цилиндре, уменьшая скорость повышения давления и вызывая сгорание более стабильный, что помогает ослабить явление грубой работы (общая характеристика двигателей HCCI) и снизить склонность к детонации, тепловую нагрузку на рабочие компоненты, вибрацию и шум всей машины.

На рисунке 11 показано, что с увеличением времени EVC эмиссия NO x относительно уменьшается. Из приведенного выше анализа видно, что разбавление выхлопных газов снижает эффективность заряда и концентрацию кислорода в смеси; кроме того, выхлопные газы замедляют скорость тепловыделения и понижают максимальную температуру. Согласно механизму образования NO x , обогащение кислородом и высокая температура являются благоприятными условиями; следовательно, эмиссия NO x уменьшается.На более поздней стадии температура снижается при движении поршня вниз, поэтому общее количество образования NO x больше не увеличивается и имеет тенденцию к стабильности.

4.2. Влияние изменения времени открытия впускного клапана на выбросы при сгорании

На рисунках 12–18 показано влияние изменения времени IVO на сгорание и выбросы двигателя при сохранении неизменными EVO, EVC, IVC и подъема клапана. Набор кривых подъема клапана получается каждые 15 ° CA после того, как впускной клапан задерживается от верхней мертвой точки в процессе газообмена, а смоделированные начальные условия остаются неизменными.Поскольку EVC поддерживается на уровне 15 ° после ВМТ, угол NVO, который может быть сформирован при текущей стратегии, составляет 0-75 °, но его отрицательная область перекрытия находится после ВМТ, в то время как область схемы в разделе 4.1 находится перед ВМТ. Из рисунков 12 и 13 видно, что скорость рециркуляции выхлопных газов увеличивается с задержкой IVO, и эффективность зарядки соответственно имеет тенденцию к снижению. Это связано с тем, что чем позже открывается впускной клапан, тем меньше поступает свежего воздуха в цилиндр. Хотя остаточный выхлопной газ в цилиндре сохраняет фиксированное количество из-за фиксированной синхронизации EVC, количество свежего воздуха зависит от степени убывания поршня.Чем позже открывается впускной клапан, тем короче фактическая продолжительность впуска. От 15 ° до 90 ° впускной клапан открывался с задержкой, скорость рециркуляции отработавших газов увеличилась на 10,06 процентных пункта, а эффективность зарядки снизилась на 17,51%. В целом, когда IVO изменяется, повышение скорости EGR и ослабление эффективности зарядки немного меньше, чем при изменении EVC по отдельности. Это показывает, что, хотя остаточный выхлопной газ в текущей схеме ограничен, свежий газ также уменьшается, и общая относительная концентрация старого и нового газа аналогична в двух схемах.








Из рисунков 14 и 15 видно, что пиковые значения давления и температуры в цилиндрах постепенно уменьшаются, а фаза достижения пикового значения немного продвигается. в отложенном IVO. С 15 ° до 90 ° пиковое давление в цилиндре снизилось на 9,2%, а максимальная температура снизилась на 9,7%. По сравнению со схемой EVC, при том же угле NVO, когда IVO изменяется индивидуально, пиковое значение давления и температуры уменьшается немного.Это связано с тем, что фиксированная синхронизация EVC обеспечивает постоянство количества выхлопного газа, задерживаемого в цилиндре, приращение доли выхлопного газа относительно меньше, а потери мощности меньше.

Также можно увидеть, что при изменении IVO время воспламенения топлива также изменяется, и этот эффект можно проанализировать со ссылкой на рисунки 16 и 17. С задержкой времени IVO скорость нарастания давления и тепловыделение сгорания скорость постепенно снижается, но фаза зажигания продвигается; это связано с уменьшением количества свежего воздуха, вызванным задержкой закрытия впускного клапана; при том же количестве остаточных выхлопных газов вместо этого повышается средняя степень нагрева свежего воздуха, и на Рисунке 15 также видно, что температура в начальной точке сгорания увеличивается с задержкой открытия впускного клапана, что благоприятно сказывается на прогрессе HCCI.В схеме изменения EVC нагревание выхлопных газов отражается только в продвижении фазы, соответствующей пиковому значению давления сгорания и температуры сгорания; следовательно, влияние изменения стратегии IVO в основном отражается в изменении начальной точки сгорания, и можно дополнительно заключить, что основным фактором, влияющим на точку начала сгорания, является количество свежего воздуха, а не скорость EGR, потому что при индивидуальном изменении EVC IVO остается неизменным, но открывается раньше, чем TDC, и количество свежего воздуха обычно выше, чем при изменении стратегии IVO индивидуально; хотя количество выхлопных газов остается большим, средняя степень нагрева нового газа недостаточна.Однако, когда IVO изменяется индивидуально, хотя количество выхлопного газа уменьшается из-за исходной фазы выпускного клапана двигателя, количество свежего газа также уменьшается, что облегчает нагрев ограниченным количеством выхлопного газа, и эффект о раннем возгорании более очевидно. Приведенное выше сравнение показывает, что, хотя на эффект нагрева всасываемого воздуха влияет скорость рециркуляции отработавших газов, он более чувствителен к количеству свежего воздуха. Из изменения скорости рециркуляции выхлопных газов видно, что, хотя диапазон скорости рециркуляции выхлопных газов может быть достигнут за счет индивидуального изменения EVC, больше, чем за счет индивидуального изменения IVO, увеличение количества свежего воздуха затрудняет нагрев выхлопных газов даже при условии аналогичного соотношения выхлопных газов.

На рисунке 18 показано, что выброс NO x уменьшается с задержкой времени IVO. Это связано с тем, что разбавление выхлопных газов снижает концентрацию кислорода в цилиндре, и в то же время выхлопные газы замедляют скорость тепловыделения, снижают максимальную температуру сгорания и препятствуют высокотемпературному состоянию, обогащенному кислородом. По сравнению с индивидуальным изменением времени EVC, поскольку выпускной клапан поддерживает исходную фазу двигателя, количество выхлопных газов невелико, а увеличение скорости рециркуляции выхлопных газов, снижение температуры, давления и скорости тепловыделения незначительно, поэтому Эмиссия NO x не сильно улучшилась.

4.3. Влияние изменения времени открытия и закрытия впускных и выпускных клапанов на выбросы продуктов сгорания

Если угол опережения EVC увеличивается до определенной степени, влияние времени зажигания, опережающего EGR, не очевидно, что может привести к отказу HCCI, в то время как при задержке IVO скорость рециркуляции выхлопных газов не сильно меняется, а снижение температуры сгорания и улучшение NOx не очевидны. Для улучшения зажигания и достижения лучшей скорости EGR рассмотрите возможность объединения двух схем, что означает одновременное изменение IVO и EVC.На рисунках 19–25 показано влияние изменения EVC и IVO на характеристики сгорания и выхлопа двигателя при сохранении неизменными EVO, IVC и подъема клапана. Впускной клапан открывается с задержкой, а выпускной клапан закрывается раньше. Остальные начальные условия не изменились, а угол NVO, который может быть сформирован при текущей стратегии, составляет 30 ° -180 °. Поскольку значение интервала измененного угла симметрично относительно ВМТ, эту стратегию также называют стратегией симметричного NVO.








На рисунках 19 и 20 показано, что скорость рециркуляции отработавших газов увеличивается на 47.92 процентных пункта, а эффективность зарядки снижается на 50,77%. Можно видеть, что стратегия симметричного NVO может обеспечить большую скорость рециркуляции отработавших газов, потому что чем раньше закрывается выпускной клапан, тем больше выхлопных газов перехватывается, в то время как чем позже открывается впускной клапан, тем меньше может быть свежего смешанного газа и потери эффективности зарядки будет больше, чем при индивидуальном изменении EVC или IVO. Кроме того, при индивидуальном изменении EVC можно эффективно избежать разницы давлений внутри и снаружи цилиндра, вызванной выхлопным газом из-за преждевременного закрытия выпускного клапана, что приводит к явлению обратной вспышки, поскольку всасываемый воздух открывается с задержкой, и поршень находится в движении вниз.По сравнению со стратегией IVO, средний эффект нагрева при ограниченном количестве свежего воздуха также лучше, потому что выпускной клапан закрывается раньше.

С увеличением симметричного угла NVO максимальное давление и температура снизились на 29,2% и 20,7% соответственно. Уменьшение больше, чем у индивидуального изменения IVO или EVC. Скорость подъема давления и скорость тепловыделения, очевидно, уменьшаются с увеличением симметричного угла NVO. Поскольку на скорость тепловыделения в основном влияет изменение скорости рециркуляции выхлопных газов, а диапазон скорости рециркуляции выхлопных газов, сформированный симметричным NVO, больше, реакция сгорания также значительно облегчается, а замедленное тепловыделение также вызывает снижение скорости повышения давления, что полезно для уменьшения частоты вращения двигателя и изменения крутящего момента, предотвращения возможности детонации и обеспечения более плавной работы двигателя.Одновременное изменение фаз впускных и выпускных клапанов оказывает значительное влияние на опережение зажигания топлива. Чем больше угол NVO, тем больше опережение зажигания, и температура перед зажиганием, соответственно, увеличивается за счет нагрева выхлопных газов. Это связано с тем, что с увеличением угла NVO количество выхлопных газов в цилиндре увеличивается, а количество свежего воздуха уменьшается. Нагревательный эффект выхлопных газов на свежий воздух лучше, чем у индивидуально изменяющейся стратегии IVO с фиксированным количеством выхлопных газов при той же степени задержки открытия впуска, а также лучше, чем у индивидуально изменяющейся стратегии EVC с большим количеством свежего воздуха при том же продвинутом выхлопе степень закрытия.Однако, когда угол NVO слишком велик, например, когда угол опережающего EVC и задержанного IVO больше 75 °, смешанное топливо чрезмерно продвигается вперед, чтобы высвободить тепло до верхней мертвой точки, что заставляет процесс мощности выдерживать часть отрицательных рабочих потерь при сжатии и снижает степень нагрева постоянного объема, поэтому этого следует избегать.

На рисунке 25 показано влияние симметричного NVO на выбросы NO x . Можно видеть, что с опережением EVC и задержкой IVO производство NO x значительно снижается.Из приведенного выше анализа наиболее важным фактором, влияющим на NO x , является максимальная температура, потому что стратегия симметричного NVO может достичь большей скорости рециркуляции выхлопных газов, а максимальная уменьшается более значительно. Снижение скорости сгорания также снижает скорость образования NO x , что в конечном итоге приводит к резкому сокращению образования NO x .

5. Выводы

С развитием энергетического кризиса [34–38] и экологических проблем [39–47] эффективный контроль энергосбережения и сокращение выбросов в двигателях становятся первоочередными областями внимания ученых.В этом исследовании на основе стендовых испытаний выполняется моделирование двигателя HCCI, работающего на природном газе и водороде, и исследуется влияние изменения фаз газораспределения для формирования отрицательного перекрытия клапанов на процесс сгорания в цилиндре и характеристики выбросов.

Процесс мощности двигателя HCCI будет нести потери из-за влияния отрицательного перекрытия клапанов, в частности, количество остаточного выхлопного газа и скорость рециркуляции отработавших газов увеличиваются с увеличением отрицательного угла перекрытия.Максимальное снижение давления составляет 18,2% при индивидуальном изменении времени EVC и 29,2% при одновременном изменении EVC и IVO. Диапазон изменения скорости рециркуляции отработавших газов и эффективности зарядки невелик, когда IVO изменяется индивидуально; следовательно, потеря мощности наименьшая, максимальное снижение давления в цилиндре составляет всего 9,2%.

Когда время EVC или IVO изменяется индивидуально, угол NVO может быть одинаковым, но влияние на начальную точку тепловыделения другое.Только изменение IVO может привести к более раннему времени зажигания, чем изменение EVC по отдельности, а начальная точка тепловыделения в основном зависит от среднего нагревающего воздействия рабочей жидкости, а не диапазона скорости EGR, что означает, что он более чувствителен к свежему воздуху. При большем количестве остаточных выхлопных газов и лучшем тепловом эффекте стратегия симметричного NVO может значительно повлиять на время зажигания. Однако, когда угол NVO превышает 150 °, время зажигания чрезмерно опережает верхнюю мертвую точку, что вредно для процесса тепловыделения.

Стратегия симметричного NVO позволяет достичь максимальной скорости рециркуляции отработавших газов и оказывает наибольшее влияние на снижение скорости выделения тепла сгорания и снижение скорости повышения давления, что помогает улучшить грубую работу двигателя HCCI, предотвращая возникновение детонации и позволяя более широкий диапазон нагрузок и более мягкий процесс тепловыделения для режима HCCI топлива HCNG.

Максимальная температура является основным фактором, влияющим на выбросы NO x , максимальное снижение которой составляет 17.4%, 9,7% и 20,7% соответственно в трех стратегиях. Стратегия NVO позволяет добиться максимального сокращения выбросов, в то время как стратегия индивидуального изменения IVO оказывает минимальное влияние на снижение температуры и скорости тепловыделения; следовательно, достигнутое снижение NO x также является минимальным.

Доступность данных

Данные, использованные для подтверждения результатов этого исследования, включены в статью.

Конфликт интересов

Авторы заявляют, что у них нет конфликта интересов в отношении публикации этой статьи.

Благодарности

Эта работа была поддержана Национальным фондом естественных наук Китая (грант № 51176014) и Фондом естественных наук провинции Хунань, Китай (грант № 2020JJ4616).

Ключ к контролю обедненной смеси, самовоспламенение бензина? — Центр исследования горения

Ричард Стипер

Стремление к более чистым и эффективным двигателям подтолкнуло исследования к стратегиям низкотемпературного сгорания бензина (LTGC), которые дают надежду на достижение требований по сверхнизким выбросам при выходе из двигателя.Такие стратегии обычно используют самовоспламенение, чтобы избежать высокотемпературного пламени, связанного с искровым зажиганием. Однако такой подход затрудняет управление LTGC, особенно при работе с частичной нагрузкой. При поддержке отраслевых партнеров исследователь CRF Ричард Стипер исследует химию и физику подачи топлива с отрицательным перекрытием клапанов (NVO) как средство управления самовоспламенением обедненного бензина. Ли Дэвиссон из Ливерморской национальной лаборатории имени Лоуренса (LLNL) оказывает помощь в химическом анализе проекта, а финансирование поступает через Программу транспортных технологий Министерства энергетики под руководством Гурприта Сингха.

Рис. 1: Типичная кривая давления двигателя NVO при низкой нагрузке за один цикл двигателя. Верхняя мертвая точка NVO (ВМТ) возникает при –360 градусах угла поворота коленчатого вала (CAD), а ВМТ основного сгорания происходит при 0 CAD. Метки внизу графика указывают время открытия и закрытия выпускного и впускного клапанов, а стрелки показывают приблизительное время впрыска NVO и основного топлива.

Во время работы NVO остаточные газы (продукты сгорания из предыдущего цикла) улавливаются и повторно сжимаются в начале цикла двигателя (см. Рисунок 1), и часть топлива цикла может быть впрыснута в течение этого периода.Реакция топлива NVO повышает температуру заряда, это изменение полезно для регулировки фазировки последующего основного сгорания. Заправка NVO топливом может также производить реформированные частицы, которые могут служить еще более мощным инструментом для контроля основного сгорания — в зависимости от того, когда и сколько топлива впрыскивается. Чтобы лучше понять эту химию, проводятся эксперименты по непосредственному отбору образцов продуктов реакции NVO.

С этой целью команда разработала специальный пробоотборный клапан специально для работы NVO.Типичный отбор проб из цилиндра основан на использовании микроклапанов для непрерывного отбора проб, которые легко развернуть, но не могут доставить пробы, представляющие все содержимое цилиндра. Напротив, новый сбросной клапан с электромагнитным приводом в системе, разработанной для экспериментов NVO, улавливает за один цикл большую часть продуктов NVO, смешанных с всасываемым воздухом. Поскольку отбор проб начинается при закрытии впускного клапана (IVC), образцы представляют состав заряда в начале основного сжатия. Поскольку именно этот состав определяет фазы зажигания, состав этих образцов дает важные детали, необходимые для понимания контроля основного горения с помощью NVO.

Рис. 2. Схема клапана сброса давления и оборудования, используемого для сбора и анализа проб газа в баллоне во время работы двигателя. Компоненты нагреваются во время экспериментов для сохранения гомогенных парофазных образцов.

Новый клапан сброса давления, изображенный на рис. 2, установлен в отверстии для свечи зажигания. Образцы, каждая из которых представляет от до рабочего объема двигателя, отбираются из нескольких циклов и хранятся в пробирке. После эксперимента образцы анализируются с использованием трехколоночного газового хроматографа (ГХ), оборудованного пламенно-ионизационными детекторами и детекторами теплопроводности.Дополнительный анализ проводят в LLNL с использованием ГХ / масс-спектрометрии.

В первоначальных экспериментах исследователи определили работу двигателя с использованием изооктана в качестве заменителя топлива вместо сложного коммерческого бензина. Результаты показывают четкие тенденции в концентрациях продукта NVO, поскольку время впрыска NVO варьируется. На рисунке 3 (а) показаны профили диоксида углерода (CO 2 ) и оксида углерода (CO). За исключением некоторого сбивающего с толку разброса, данные CO 2 показывают общую тенденцию к снижению концентрации из-за задержки времени впрыска.Напротив, профиль CO удваивается по концентрации для времени закачки позже -390 CAD. Поскольку окисление углеводородов обычно происходит от исходного топлива до CO до CO 2 , обе тенденции указывают на то, что окисление топлива NVO становится менее полным для позднего впрыска. Этот результат согласуется с предыдущими наблюдениями за смачиванием поршня и возгоранием медленно горящей лужи в оптическом двигателе, когда поршень находится слишком близко к топливной форсунке во время впрыска.

Рисунки 3a и 3b: Профили концентрации выбранных видов в зависимости от времени впрыска топлива NVO (то же соглашение CAD, что и на Рисунке 1).

Несколько представляющих интерес микроорганизмов показаны на Рисунке 3 (b). Данные по изооктану показывают, что очень мало впрыскиваемого топлива остается после реакций NVO, а оставшееся следовое количество не зависит от времени впрыска. (Обратите внимание, что основной впрыск топлива, показанный на Рисунке 1, подавляется в циклах, в которых отбираются пробы, поэтому подходит только впрыск NVO.) Другие нанесенные на график профили, водород и ацетилен / этилен, являются ключевыми элементами в исследовании химических эффектов. НВО на основном сгорании.(Ацетилен и этилен сгруппированы вместе из-за неспособности колонок ГХ разделить их.) Эти частицы известны как типичные продукты риформинга богатого сгорания, и резкий скачок их концентрации для поздней закачки на Рисунке 3 (b) является согласуется с вышеупомянутыми наблюдениями обильного горения при горении лужи.

Кроме того, предыдущие эксперименты, которые включали затравку ацетилена во всасываемом воздухе, выявили значительное улучшение основного горения из-за наличия 600 частей на миллион концентраций ацетилена.Ожидается, что водород, который еще не был включен в эксперименты по посеву, внесет свой вклад в основное химическое улучшение процесса горения.

Все экспериментальные работы на сегодняшний день подтверждают вывод о том, что поздняя стратегия заправки топливом NVO производит реактивные частицы, которые при смешивании с всасываемым зарядом могут химически усилить основное сгорание. Эта работа активно поддерживается производителями двигателей, которые рассматривают эту стратегию как потенциальное средство усиления контроля над самовоспламенением в двигателях LTGC.

Воспламенение от сжатия с контролируемой реактивностью природного газа и дизельным топливом с отрицательным перекрытием клапанов и реформингом топлива в цилиндрах

https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2019.113638Получить права и содержание

Основные моменты

Первые исследования использования отрицательного перекрытия клапанов для повышения эффективности RCCI при низкой нагрузке.

Влияние шарнира на параметры смеси и впрыска дизельного топлива при отрицательном перекрытии клапанов.

Отрицательное перекрытие клапанов повышает эффективность сгорания, компенсируя насосные потери.

Стратегия Lean RCCI предлагает превосходное сокращение выбросов метана и большую эффективность.

Повышение эффективности связано с гептиловыми радикалами и высокой температурой закрытия впускного клапана.

Реферат

Двухтопливное горение с воспламенением от сжатия с регулируемой реактивностью обеспечивает потенциально более высокую общую эффективность и сверхнизкие выбросы оксидов азота и сажи. Использование природного газа в качестве топлива с низкой реактивностью также обеспечивает высокую ударопрочность и снижение выбросов углекислого газа.Однако эта концепция страдает относительно низкой эффективностью сгорания при низких нагрузках двигателя, что приводит к недопустимому проскоку метана. Это исследование решает эту проблему, применяя численное моделирование для изучения применения отрицательного перекрытия клапанов для повышения эффективности сгорания при воспламенении от сжатия, управляемом реактивностью, при низких нагрузках двигателя. Целью является изменение термического и химического состояния цилиндров перед сгоранием путем изменения времени и количества топлива, впрыскиваемого непосредственно в повторно сжатые горячие выхлопные газы.В исследовании используется многозонная модель горения TNO, основанная на химической кинетике, с регулируемой функцией срабатывания клапана. Моделирование основано на двух экспериментально подтвержденных случаях: стратегии рециркуляции неохлажденных выхлопных газов и концепции сжигания обедненной смеси. В обоих случаях отрицательное перекрытие клапанов повышает температуру в цилиндрах и сокращает выбросы метана на 15% без оптимизации сгорания. Что особенно важно, он обеспечивает максимальную температуру рекомпрессии выхлопных газов выше 850K, достаточную для риформинга / окисления дизельного топлива.Стратегия обедненного RCCI использует большее преимущество риформинга топлива, чем случай рециркуляции выхлопных газов. Оптимальные условия обеспечивают почти 99% эффективность сгорания и сверхнизкие выбросы метана. Чистый указанный КПД составляет 40,5% (при нагрузке 15%), несмотря на значительные насосные потери при отрицательном перекрытии клапана. Чистый КПД при низкой нагрузке на 5,5 процентных пункта выше базового значения стратегии бережливого производства и на 3 п.п. выше базового уровня рециркуляции выхлопных газов. Эта стратегия считается применимой к современным двухтопливным газовым двигателям без изменения оборудования.

Ключевые слова

RCCI

Природный газ

Регулируемое срабатывание клапана

Отрицательное перекрытие клапана

Риформинг топлива

Остатки

Рекомендуемые статьи Цитирующие статьи (0)

Просмотреть полный текст

© 2019 Else.

Рекомендуемые статьи

Ссылки на статьи

Лучше меньше, да лучше: почему производители велосипедов применяют новый подход к работе клапана

Предыдущий слайд ◀ Следующий слайд ▶

  • Разработка двигателя Suzuki Hayabusa
  • 2021 Suzuki GSX-S1000 двигатель
  • Suzuki GSX-S1000 2021 года на дороге

1 из 3

Прочтите рассказ о новом Suzuki GSX-S1000 или Hayabusa — или на байках многих других производителей, — и они скажут то же самое: уменьшенное перекрытие клапанов.Но что это такое, как мы вообще с этим пришли и почему нам это больше не нужно? Читайте дальше, и все станет ясно.

Статьи по теме MCN

Во-первых, некоторые основы: если вы хотите, чтобы топливо попало в камеру сгорания, а выхлопные газы вышли наружу, они должны проходить через клапаны. Работа клапанов заключается в том, чтобы впускать / выходить, а также сдерживать силы горения.

Клапаны открываются выступом кулачка, а затем закрываются пружиной клапана (за исключением Desmo Ducatis), что означает ограничение скорости их открытия и закрытия.

В течение долгого времени производители гонялись за пиковой мощностью в битве типа «мой папа сложнее твоего отца». В большинстве случаев это делается путем увеличения числа оборотов двигателя, поскольку, говоря очень простым языком, мощность — это крутящий момент, умноженный на число оборотов в минуту.

Погоня за высокими оборотами представляет собой проблему для клапанов, поскольку они могут открываться и закрываться только так быстро (как мы упоминали ранее), и чтобы получить весь воздух / топливо и все выхлопные газы, они должны быть открыты в течение приличного времени.

Поскольку поршни двигателя поднимаются и опускаются с большой скоростью, у обоих клапанов недостаточно времени, чтобы открываться и закрываться независимо друг от друга, и впуск воздуха / топлива не может быть осуществлен позже, так как не будет достаточно времени для его правильно перемешать в камере сгорания.

Это означает, что на высокооборотистых высокопроизводительных двигателях возникает период перекрытия клапанов, при котором впускные и выпускные клапаны открываются одновременно.

Хотя эта система имеет преимущества на высоких оборотах, у нее есть недостатки на низких оборотах.На низких оборотах это может привести к плохой работе, плохой реакции дроссельной заслонки и в целом неприятному ощущению. Когда выпускной патрубок открыт, когда всасываемый заряд входит в камеру сгорания, это также означает, что несгоревшее топливо может выходить из выхлопной трубы.

Зеленые правила из ЕС действительно жестко отреагировали на это с помощью последнего стандарта Euro5, снизив вдвое допустимые уровни углеводородов в выхлопных газах и фактически сделав это огромным запретом-нет.

Системы изменения фаз газораспределения могут работать для изменения перекрытия клапанов во всем диапазоне оборотов, но они сложны и, следовательно, более дороги, поэтому единственный реальный вариант — уменьшить перекрытие, которое имеет побочный эффект, делая производительность немного лучше в нижней части конец диапазона оборотов.Чтобы компенсировать это, кулачки оснащены более высокими профилями, чтобы клапаны открывались больше, хотя и на меньшее время. Отлично, а?

Авиационный глоссарий — Перекрытие клапанов


Добро пожаловать в глоссарий Dauntless Aviation!

В Dauntless наша редакция ведет крупнейший в Интернете единый глоссарий авиационных терминов. Этот глоссарий построен на сочетании официальных, полуофициальных, и собственные источники (включая оригинальные материалы, которые мы разрабатываем сами).Уникально то, что мы часто предоставляем несколько определений данного термина, чтобы вы могли найти наиболее подходящее тебе. Чтобы максимально повысить эффективность вашего обучения, этот глоссарий (и аналогичные для наших международных пользователей) в значительной степени полностью интегрирован в наши приложения для обучения авиации, в том числе наше программное обеспечение и приложения для подготовки письменных тестов FAA и практических тестов FAA. Если вам нравится этот глоссарий, вы полюбите их за их безупречную среду обучения и лучший и понятный контент в мире (пожалуйста, попробуйте.).

Перекрытие клапанов

Перекрытие клапанов
Часть рабочего цикла четырехтактного поршневого двигателя, во время которой впускные и выпускные клапаны одновременно не смещаются время.
источник: FAA Aviation Maintenance Technician Power Plant Handbook (FAA-H-8083-32)

Ace Any Written Test!

Актуальные вопросы FAA / бесплатные обновления в течение всего срока службы
Лучшие объяснения в бизнесе
Быстрое и эффективное обучение.

Пройдите свой чек-райд с уверенностью!

Подготовка к практическому тесту FAA, отражающая фактические контрольные точки.
Любой чек-райд: самолет, вертолет, планер и т. Д.
Составлено и поддерживается фактическими пилотными экзаменаторами и магистрами CFI.

Самый надежный электронный журнал в мире

Будьте организованными, актуальными, профессиональными и безопасными.
Широкие возможности настройки — от пилотов-студентов до профессионалов.
Услуга бесплатного перехода для пользователей других электронных журналов.

Заявление об ограничении ответственности: Хотя этот глоссарий в большинстве случаев может быть очень точным и полезным, иногда по любому количеству редакционных, транскрипционных, технических и других причин это может быть не так. Кроме того, иногда вы попадали на эту страницу через автоматическую систему сопоставления терминов, поэтому вы можете найти здесь определения, которые не соответствуют тексту или приложению, в котором вы видели исходный термин.Пожалуйста, руководствуйтесь здравым смыслом при использовании этого ресурса.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *