Введение
1. Тепловой расчёт бензинового двигателя
1.1 Топливо
1.2 Параметры рабочего тела
1.3 Параметры окружающей среды и остаточные газы
1.4 Процесс впуска
1.5 Процесс сжатия
1.6 Процесс сгорания
1.7 Процессы расширения и выпуска
1.8 Индикаторные параметры рабочего цикла
1.9 Эффективные показатели двигателя
В случае косвенного векторного управления положение ротора получается путем интегрирования суммы скорости скольжения и скорости вращения ротора. Для оценки скорости скольжения используется модель, входы которой требуются переменными векторного управления.
Рис. 5: Структура контроля прямого крутящего момента. Асинхронное бесступенчатое бесконтактное управление скоростью не использует датчик скорости или положения на валу двигателя. В литературе приведен ряд методов бессенсорного управления скоростью асинхронного двигателя. Эти различные методы могут быть классифицированы либо как открытый цикл с компенсацией скольжения, либо как замкнутый цикл с оценкой скорости. В первом случае регулируется скорость вращения статора синхронного двигателя, а расчетная частота скольжения используется только для компенсации изменения нагрузки двигателя.
1.10 Основные параметры ц
илиндра и двигателя
1.11 Посторенние индикаторной диаграммы
2. Тепловой баланс двигателя
3. Построение внешней скоростной характеристики двигателя
Введение
Современные наземные виды транспорта обязаны своим развитием главным образом применению в качестве силовых установок поршневых двигателей внутреннего сгорания. Именно поршневые ДВС до настоящего времени являются основным видом силовых установок, преимущественно используемых на автомобилях, тракторах, сельскохозяйственных, дорожно-транспортных и строительных машинах.
Методы этого типа основаны на скалярных методах - для оценки скорости скольжения используется статическая модель асинхронного двигателя. Наиболее известные методы в этом случае. Управление частотой вращения асинхронного двигателя Управление косвенным векторным магнитным потоком. В последнем случае скорость двигателя оценивается и используется как контур обратной связи для замкнутого контура. Наиболее известные методы во втором случае.
Асинхронный контроль частоты скольжения двигателя
Контроль скорости через уравнения состояния Прямой контроль крутящего момента и потока Управление скоростью с помощью наблюдателя Контроль скорости с двумя оценщиками Управление скоростью с помощью фильтра Калмана Датчик без датчика с оценкой параметров Бессенсорное управление с нейронными сетями. Частота скольжения представляет собой разницу между частотой статора и электрической частотой, соответствующей скорости ротора. Скорость вращения ротора можно определить, вычислив скорость скольжения. Информация о скольжении получается путем измерения электрических количеств двигателя.
Являясь достаточно сложным агрегатом, любой двигатель должен вбирать в себя многие достижения постоянно развивающихся различных направлений и отраслей науки: химии и физики, гидравлики и аэродинамики, теплотехники и электроники, металлургии и сопротивления материалов, математики и вычислительной техники и т. д. и т. п.
Выполнение сегодняшних задач и движение к прогрессу требует от специалистов, связанных с производством и эксплуатацией автомобильных двигателей, глубоких знаний теории, конструкции и расчета двигателей внутреннего сгорания.
Эти переменные используются для расчета частоты скольжения, используемой для управления двигателем. В соответствии с эквивалентной схемой асинхронного двигателя может быть получено следующее соотношение. Читатель получает схему расчета мощности, которая обрабатывает сигнал, пропорциональный току статора, и напряжение в воздушном зазоре. Знаменатель включает в себя эффекты амплитуды напряжения в воздушном зазоре и частоты статора. Предлагаемая схема управления может использоваться только в устойчивом состоянии и ограничена диапазоном скоростей и, следовательно, прецизионной проблемой.
Прогресс в автомобильной промышленности, дальнейшее увеличение грузооборота автомобильного транспорта предусматривает не только количественный рост автопарка, но и значительное улучшение использования имеющихся автомобилей, повышение, культуры эксплуатации, увеличение межремонтных сроков службы.
Тепловой расчет позволяет с достаточной степенью точности аналитическим путем определить основные параметры вновь проектируемого двигателя, а также проверить степень совершенства действительного цикла реально работающего двигателя.
Для улучшения функциональности этого метода управления путем вычисления мощности, передаваемой на ротор, используется использование напряжения и тока промежуточной цепи, потерь в дросселе, инверторе и статоре. Другим возможным способом расчета частоты скольжения является вычисление частоты прямого ротора от фазовой задержки между током статора и напряжением.
Управление скоростью с использованием уравнений состояния
Этот метод оценки скорости асинхронного двигателя использует дифференциальные уравнения модели асинхронного двигателя. Основная форма для уравнений ротора и уравнений статора выражается в уравнении. Модель асинхронного двигателя должна быть дополнена уравнением движения.
В данном учебном пособии основное внимание уделено расчету вновь проектируемого двигателя. В связи с этим приводятся основные положения, необходимые для выбора исходных параметров, которые используются при выполнении как теплового, так и последующих расчетов двигателя.
При расчете двигателя обычно задаются величиной номинальной мощности или определяют ее с помощью тяговых расчетов. Номинальной мощностью (Nе) называют эффективную мощность, гарантируемую заводом-изготовителем для определенных условий работы. В автомобильных и тракторных двигателях номинальная мощность равна максимальной мощности при нормальной частоте вращения коленчатого вала. Выбор или задание номинальной мощности определяется прежде всего назначением двигателя (для легкового или грузового автомобилей, трактора); его типом (бензиновый - карбюраторный или двигатель с впрыском топлива, газовый, дизель); условиями эксплуатации и т.д. Мощность современных автомобильных и тракторных двигателей колеблется в очень широких пределах – 15 – 500 кВт.
Другим уравнением, которое необходимо для математического описания модели асинхронного двигателя, является уравнение крутящего момента асинхронной машины. Чтобы выразить асинхронный момент двигателя, существует множество форм, основанных на основном уравнении.
Косвенное векторное управление магнитным потоком
Используя приведенные выше уравнения, вы можете построить асинхронную модель двигателя. Из этой модели математические корректировки могут выражать расчетную скорость на основе различных измеренных или входных величин. Рис. 6: Принципиальная схема регулирования магнитного потока.
Другим важнейшим показателем двигателя является частота вращения коленчатого вала, характеризующая тип двигателя и его динамические качества. На протяжении длительного времени существовала тенденция повышения частоты вращения коленчатого вала. Результатом этого являлось снижение основных размеров двигателя, его массы и габаритов. Однако с увеличением частоты вращения возрастают инерционные силы, ухудшается наполнение цилиндров, возрастает токсичность продуктов сгорания, повышается износ деталей и узлов двигателя, снижается его срок службы. В связи с этим в 60- 80-х годах частота вращения коленчатого вала двигателей практически стабилизировалась, а для отдельных типов автомобильных двигателей даже снижалась. Однако применение бензиновых двигателей с впрыском топлива во впускную систему и непосредственно в цилиндр позволило значительно увеличивать частоту вращения коленчатого вала при снижении токсичности отработавших газов.
Чтобы избежать использования датчика положения или датчика магнитного потока, номинальное значение двигателя используется для оценки магнитного потока ротора. Точность оценки расхода ротора зависит от точности оценки сопротивления статора и значений индуктивности статора. Сопротивление зависит от температуры и частоты. Пространственная индуктивность зависит от условий эксплуатации. Для того, чтобы этот тип управления не был чувствительным к изменению индуктивности дисперсии статора, регулирование скорости используется с оценкой магнитного потока статора.
1.Тепловой расчет бензинового двигателя
Исходные данные
В соответствии с ГОСТ Р 51105-97 /2/. для рассчитываемого двигателя принимаем бензиновое топливо марки Премиум – 95.
1.1 Топливо
Средний элементарный состав бензинового топлива:
Углерод: C=0,855; Водород: H2=0,145; Кислород: O2=0.
Низшая теплота сгорания бензина:
Магнитный поток статора оценивается только от сопротивления статора и номинальных значений двигателя. На этой схеме отображается схема этого типа управления. Рис. 8: Блок-схема управления потоком статора. В случае управления косвенным магнитным потоком компонент тока, генерирующий крутящий момент и крутящий момент, оценивается по уравнениям крутящего момента и магнитного потока с использованием номинальных параметров двигателя. Конфигурация привода с использованием прямого управления крутящим моментом показана на.
Бесконтактное управление скоростью с помощью наблюдателя
Рис. 9: Блок-схема прямого управления крутящим моментом и магнитным потоком. Стратегия векторного управления зависит в основном от предположения, что точное значение потока ротора известно. Поскольку поток ротора нельзя измерить напрямую, был предложен ряд методов для оценки потока ротора через различные типы наблюдателей. Наблюдатель магнитного потока оценивает неизмеримые величины только из измеримых количеств двигателя. В литературе описаны различные типы наблюдателей. Наблюдатель, использующий ограниченные правила, использует модель напряжения и тока асинхронного двигателя.
1.2 Параметры рабочего тела
Теоретически необходимое количество воздуха для сгорания 1кг топлива.
кмоль воздуха/кг топлива
где 0,208 – объемное содержание кислорода в 1кмоль воздуха.
3.1 Построение индикаторной диаграммы
Модель асинхронного двигателя не позволяет вычислять скорость вращения ротора, в то время как текущая модель. Скорость определяется разницей между двумя моделями. Конфигурация этого элемента управления отображается на. Рис. 10: Конфигурация для оценки скорости.
Контроль с оценкой скорости с использованием двух оценок
Используя этот метод управления, первая оценка, которая не требует оценки точности, рассматривается как эталонная модель асинхронного двигателя. Вторая оценка, после которой мы требуем оценки точности, считается регулируемой моделью. Ошибка, полученная между этими оценками, используется для получения подходящего адаптивного механизма, который генерирует оценочную скорость вращения ротора для регулируемой модели. Параллельная схема параллельной адаптивной системы управления отображается на.
Индикаторная диаграмма строится в координатах . Построение индикаторной диаграммы двигателя внутреннего сгорания производится на основании теплового расчета.
В начале построения на оси абсцисс откладывают отрезок , соответствующий рабочему объему цилиндра, а по величине равный ходу поршня в масштабе , который в зависимости от величины хода поршня проектируемого двигателя может быть принят 1:1, 1.5:1 или 2:1.
Контроль скорости с использованием фильтра Калмана
Рис. 11: Базовая адаптивная схема управления с использованием двух оценок. Так называемый расширенный фильтр Кальмана используется для определения скорости асинхронного двигателя и ротора. Входными переменными являются токи статора напряжения промежуточной цепи. Методы фильтрации Калмана основаны на полном математическом моделировании асинхронного двигателя. Фильтр Калмана выполняет оптимальное наблюдение за множеством грязных сигналов. Это предполагает, что измеримые шумовые и шумовые помехи находятся в отношениях.
Принимаем 1:1.
Отрезок , соответствующий объему камеры сгорания, определяется из соотношения
Отрезок
При построении диаграммы выбираем масштаб давления .
Затем по данным теплового расчета на диаграмме откладывают в выбранном масштабе величины давлений в характерных точках .
Алгоритм фильтра Калмана основан на математической модели для определения состояния системы. Фильтр Калмана является оптимальной оценкой состояния и состоит из двухэтапного процесса - прогнозирования и фильтрации. Скорость вращения ротора оценивается с использованием следующего расширенного алгоритма фильтра Кальмана.
Бессенсорное управление с оценкой параметров
Оценка ковариантной матрицы ошибок Расчет калибровочного фильтра Калмана Ошибка ковариантной матрицы ошибки Оценка состояния. Рис. 12: Пример расширенного фильтра Кальмана. Основным недостатком косвенного векторного управления является то, что переменные в модели машины зависят от многих параметров. На параметры индукционной машины влияют температура, насыщенность машины, размер частоты подачи. Из-за неточного знания параметров модели генерируется устойчивая ошибка скорости и временные колебания крутящего момента и потока.
По наиболее распространенному графическому методу Брауэра политропы сжатия и расширения строим следующим образом.
Из начала координат проводим луч под углом к оси координат. Далее из начала координат проводим лучи и под углами и к оси ординат. Эти углы определяют из соотношений
Политропу сжатия строим с помощью лучей и . Из точки проводим горизонталь до пересечения с осью ординат; из точки пересечения - линию под углом к вертикали до пересечения с лучом , а из этой точки - вторую горизонтальную линию, параллельную оси абсцисс. Затем из точки проводим вертикальную линию до пересечения с лучом . Из этой точки пересечения под углом к вертикали проводим линию до пересечения с осью абсцисс, а из этой точки - вторую вертикальную линию, параллельную оси ординат, до пересечения со второй горизонтальной линией. Точка пересечения этих линий будет промежуточной точкой политропы сжатия. Точку находим аналогично, принимая точку за начало построения.
Чтобы компенсировать эти последствия, существует множество способов адаптации пареметров. Способы адаптации параметров можно разделить на две группы, прямые и косвенные. В случае прямых методов адаптации параметров параметры измеряются либо введением внешних сигналов, либо путем прямого измерения. В случае косвенных методов адаптации параметров параметры измеряются и контролируются, а разница от заданного значения дает оценку отклонения параметра от его номинального значения.
Бессенсорное управление через нейронные сети
Модель асинхронного двигателя также может быть создана с использованием нейронной сети. Модель нейрона хорошо влияет на нелинейность реальной системы, а также имеет возможность адаптироваться к параметрам изменения обучения в реальном времени. Нейронная сеть состоит из элементов, называемых нейронами. Эти нейроны ведут себя грубо, как нейроны человеческого мозга. Для создания нейронной сети необходимы несколько нейронов. Нейронная сеть обычно состоит из двух слоев, видимого слоя и скрытого слоя. Видимый слой - это слой, который помогает нейронной сети взаимодействовать с окружающей средой.
Политропу расширения строим с помощью лучей и , начиная от точки , аналогично построению политропы сжатия. Критерием правильности построения политропы расширения является приход ее в ранее нанесенную точку .
После построения политропы сжатия и расширения производим скругление индикаторной диаграммы с учетом предварения открытия выпускного клапана, опережения зажигания и скорости нарастания давления, а также наносим линии впуска и выпуска. Для этой цели под осью абсцисс проводим на длине хода поршня как на диаметре полуокружность радиусом . Из геометрического центра в сторону н.м.т. откладываем отрезок
Скрытый слой - это слой, в котором обучается нейронная сеть. Многие системы используют так называемое прямое обучение нейронной сети. Это способ обучения, когда нейронная сеть изучает модель проблемы, которую вы хотите, а затем присоединяется к проблеме. Другим способом изучения нейронных сетей является так называемое обучение посредством распространения ошибок. Нейронную сеть обучают сигналу обратной связи, подлежащему обучению. Пример макета оценки скорости отображается на.
Рис. 13: Идентификация скорости с использованием нейронной сети. В статье описаны некоторые известные методы управления скоростью асинхронной машины. Читатель дополнительно ознакомлен с методами контроля скорости без использования датчиков на валу двигателя - методами бессенсорного управления. Бессенсорное управление важно для снижения цены привода в целом или когда использование датчика на валу является серьезным препятствием для привода. При использовании быстрых сигнальных процессоров в цепях управления электроприводом могут быть реализованы сложные алгоритмы для оценки скорости асинхронной машины, для адаптации параметров различных типов моделей машин в реальном времени и для настройки контроля скорости.
где - длина шатуна.
При скруглении индикаторной диаграммы из центра проводят луч под углом , соответствующим предварению открытия выпускного клапана. Полученную точку , соответствующую началу открытия выпускного клапана, сносим на политропу расширения (точка ).
Далее из того же центра проводят луч под углом , соответствующим углу опережения начала впрыска топлива ( ПКВ до в.м.т.), а точку сносим на политропу сжатия, получая точку . На линии в.м.т. находим точку из соотношения . Соединяем точки и плавной кривой. Из точки проводим плавную кривую до середины отрезка . Из середины отрезка проводим кривую с плавным переходом в кривую политропы расширения.
Затем проводим плавную кривую изменения линии расширения в связи с предварительным открытием выпускного клапана.
В результате указанных построений получаем действительную индикаторную диаграмму.
3.2 Развертка индикаторной диаграммы в координатах
Развертку индикаторной диаграммы в координаты выполняем справа от индикаторной диаграммы. Ось абсцисс развернутой диаграммы располагаем по горизонтали на уровне линии индикаторной диаграммы. Длина графика (720° ПКВ) делится на 24 равных участка, которые соответствуют определенному углу поворота коленчатого вала. Каждую точку на линии абсцисс нумеруем (0, 30, 60° ПКВ). По наиболее распространенному способу Ф.А. Брикса дальнейшее перестроение индикаторной диаграммы ведем в следующей последовательности.
Полученную полуокружность делим вспомогательными лучами из центра на 6 равных частей, а затем из центра Брикса (точка ) проводим линии, параллельные вспомогательным лучам, до пересечения с полуокружностью.
Вновь полученные точки на полуокружности соответствует определенным углам ПКВ. Из этих точек проводим вертикали до пересечения с соответствующими линиями индикаторной диаграммы. Развертку индикаторной диаграммы начинаем, принимая за начало координат положение поршня в в.м.т. в начале такта впуска. Далее для каждого значения угла на индикаторной диаграмме определяем величину давления в надпоршневой полости и заносим в табл. 1. Модуль газовой силы также заносим в табл. 1. По данным этой таблицы строим зависимость .
Полученные точки на графике соединяем плавной кривой.
3.3 Построение диаграмм сил
График силы инерции строим в том же масштабе и на той же координатной сетке, где выстроен график газовой силы . На основании полученных графиков и на той же координатной сетке и в том же масштабе строим график суммарной силы .
Определение модуля силы для различных значений угла выполняем путем суммирования в каждой точке ординат графиков и с учетом их знаков или модулей сил и из табл. 1.
Координатную сетку для графика сил и размещаем под координатной сеткой сил , , . График сил и строим в том же масштабе, что и предыдущий график.
Принимаем масштабные коэффициенты
3.4 Построение диаграммы суммарного крутящего момента
Для построения кривой суммарного крутящего момента многоцилиндрового двигателя необходимо графически просуммировать кривые крутящих моментов от каждого цилиндра, сдвигая влево одну кривую относительно другой на угол поворота кривошипа между вспышками.
Для двигателя с равными интервалами между вспышками суммарный крутящий момент будет периодически повторяться.
Для четырехтактного двигателя через
Поскольку
а ,
то кривая , будет отличаться от кривой лишь масштабом.
Масштаб крутящего момента
где - масштаб силы, Н/мм.
Результаты расчета М 1 , М 2 , М 3 , М 4 , М 5, М 6, М å заносим в табл.4
Таблица 4
| М 7 , Нм | М 8 , Нм | М å , Нм |
|||||||
Средний крутящий момент определяется по площади, лежащей под кривой графика суммарного :
где и - соответственно положительная и отрицательная площади под кривой суммарного . , мм 2 ;
Длина интервала между вспышками по диаграмме крутящего момента, мм.
Эффективный крутящий момент двигателя
Значение см. в разделе 2.7. Значение эффективного крутящего момента, полученное по данной формуле, должно совпадать с величиной , вычисленной ранее.
Относительная погрешность вычислений не должна превышать .
4. Расчет и построение внешней скоростной характеристики двигателя
Для расчета и построения внешней скоростной характеристики двигателя воспользуемся следующими эмпирическими зависимостями:
где , - эффективная мощность (кВт) и удельный эффективный расход топлива (г/(кВт∙ч)) при заданной частоте вращения коленчатого вала (об/мин) в искомой точке скоростной характеристики двигателя;
Максимальная эффективная мощность двигателя (кВт) и максимальный удельный эффективный расход топлива (г/(кВт∙ч)) при частоте вращения коленчатого вала (об/мин);
Постоянные коэффициенты (табл. 4).
Значения коэффициентов для расчета характеристики двигателя.
Таблица 5
| Тип двигателя | |||||
| Дизельный с неразделенной камерой сгорания |
Значения и берутся из ранее произведенных расчетов:
где , - заданные номинальная эффективная мощность двигателя (кВт) и соответствующая ей частота ращения коленчатого вала (об/мин).
Текущие значения эффективного крутящего момента (Н∙м) и часового расхода топлива (кг/ч), необходимые для построения соответствующих графиков, рассчитываются по формулам:
Данные для построения внешней скоростной характеристики двигателя представлены в табл. 6.
Для построения внешней скоростной характеристики двигателя принимаем масштабы построения , , , .
Таблица 6.
| 211.9 | ||||
| 221.4 |
5 . Воздушный фильтр ЗИЛ-433100
Эффективность системы очистки обычно характеризуется коэффициентом пропускания пыли, который зависит как от типа самой системы, так и от режима работы двигателя. Например, в инерционных системах очистки он уменьшается с ростом расхода воздуха, а в системах с сухими (картонными) сменными фильтрами такой зависимости почти нет. Есть у фильтрующего элемента и еще один важный показатель - так называемое предельное сопротивление засасываемому воздуху . Но он характеризует скорее не качество работы фильтра, а эксплуатационные показатели двигателя в условиях недостатка воздуха для смесеобразования. По мере засорения фильтрующего элемента его сопротивление воздушному потоку растет и, следовательно, уменьшается количество воздуха, поступающего на смесеобразование. В определенных режимах это ведет к обогащению смеси, а, значит, к неполному ее сгоранию. Соответственно снижаются мощностные показатели двигателя, увеличиваются расход топлива и концентрация токсичных веществ в выхлопных газах. Словом, с формальных позиций предельно допустимое сопротивление воздушного фильтра - это граница, после которой фильтрующий элемент из помощника превращается во врага. Не случайно данный показатель в значительной степени определяет и конструкцию фильтра, и материалы , из которых он делается. Если говорить о классификации систем очистки воздуха, то их принято разделять, во-первых, по количеству ступеней очистки и, во-вторых, по принципам улавливания пыли. Различают одно-, двух- и трехступенчатые системы, которые еще разделяются на шесть групп:
Сухие инерционные воздухоочистители со сбором отсепарированной пыли в бункер;
Сухие инерционные с отсосом пыли посторонним устройством;
Сухие инерционные с выбросом пыли в атмосферу;
Инерционно-масляные;
Системы, использующие фильтрующие элементы со смоченной маслом набивкой;
Системы с сухими элементами, имеющими фильтрующую перегородку.
Первые три типа в основном используются в качестве первой ступени в двух- или трехступенчатых очистителях на грузовиках и тракторах. На легковых автомобилях чаще применяют одноступенчатые воздухоочистители четвертого и шестого типов. Ну, а элементы со смоченной набивкой - вообще экзотика, их выпускает только английская компания "К и Н" (K&N). Крайне редко встречаются и фильтрующие элементы из пористого полиуретана, смоченного моторным маслом. Бескаркасный фильтрующий элемент фирмы "Fram" (устанавливается на некоторых моделях "Мерседес")
Инерционно-масляные фильтры
Не так давно подобные воздухоочистители стояли практически на всех автомобилях. Да и сегодня часть дизельных двигателей ЯМЗ и почти все бензиновые типа ЗИЛ-130 комплектуются инерционно-масляными системами очистки воздуха. Принцип такой системы. В ее составе две обязательных составляющих: масляная ванна и фильтрующий элемент, представляющий собой набивку из металлической либо капроновой нити. Во время работы воздух проходит в кольцевую щель между корпусом и фильтрующим элементом, а затем к отражателю. При повороте поток воздуха захватывает масло из ванны и вместе с ним устремляется в фильтрующую набивку. Там образуется псевдокипящий пеномасляный слой, где и происходит сам процесс очистки воздуха: частички пыли, коснувшись масла, прилипают к нему. При неработающем двигателе масло из фильтрующего элемента стекает в ванну и увлекает за собой задержанную пыль. Скапливающуюся на дне масляной ванны грязь приходится регулярно удалять, а сам фильтрующий элемент - промывать. Дело это трудоемкое и, главное, вредное с точки зрения экологии. В последние годы инерционно-масляные воздухоочистители постепенно сдают свои позиции системам с сухими сменными элементами, имеющими фильтрующую перегородку. Основная причина отступления - меньшая эффективность. Лишь при максимальном расходе воздуха коэффициент пропуска пыли у инерционно-масляных систем с трудом подбирается к 1-2%. В эксплуатации такие режимы - редкость. А при самых распространенных нагрузках (около 20% мощности) пропуск пыли может достигать пяти, а то и десяти процентов. Сухие фильтрующие элементы практически лишены этого недостатка: на всех режимах работы двигателя они пропускают не более одного процента пыли. Поэтому картонным фильтрам прощается их "одноразовость". Системы очистки воздуха со сменными фильтрующими элементами Современные сменные сухие фильтры - это достаточно сложные конструкции из легких металлов , полимеров и тонкого пористого картона (почти бумаги). Их достоинства очевидны: высокая степень очистки и низкое сопротивление. То есть именно то, что улучшает эксплуатационные характеристики двигателя и продлевает срок его службы. Еще один неоспоримый плюс - простота и удобство замены элемента. Сопротивление фильтрующего элемента прямо связано со временем его работы и загрязненностью атмосферного воздуха. Надо добавить, что решающую роль в долговечности этих изделий играет, конечно, площадь фильтрующей поверхности . Фильтр для "Жигулей", имея площадь фильтрации 0,33 кв.м, достигает предельного сопротивления при пробеге 20 тыс. км. У "волговского" фильтра эти цифры равны 1 кв.м и 30 тыс. км пробега соответственно. Разумеется, приведенные цифры максимального пробега достаточно приблизительны, они получены для дорог с малой запыленностью воздуха, поэтому в реальных условиях их надо корректировать в меньшую сторону. То есть менять фильтрующие элементы чаще. Интересно отметить, что очищающая способность фильтра мало зависит от срока работы. Хорошей иллюстрацией сказанного служат экспериментальные данные, полученные на специальном безмоторном стенде НАМИ (объекты исследования - фильтрующие элементы ВАЗ).
Коэффициент пропуска пыли, достаточно высокий в самом начале работы фильтра (у изделий разных производителей он колеблется от 2,5 до 4,5%), быстро снижается до значений, не превышающих 1%. Объясняется это тем, что пыль, забивая поры картона, как бы сама создает дополнительный фильтрующий слой на его поверхности. Это происходит достаточно быстро – в течение одной минуты работы. Здесь стоит отметить, что сегодня именно испытательные стенды служат основным инструментом для получения объективной технической информации. Специальные методики позволяют пересчитать стендовые часы наработки в тысячи километров пробега. Вот только за рубежом результаты пересчитывают по другим коэффициентам. Отсюда, разница в инструкциях по периодичности замены фильтрующих элементов. С грузовиками картина иная - конкретных инструкций по замене фильтров нет. Это понятно: один и тот же мотор может быть установлен и на шоссейном рефрижераторе, и на карьерном самосвале. Условия работы абсолютно разные и нелепо было бы назначать для этих автомобилей некий средний пробег до смены фильтра. Поэтому на грузовиках применяют индивидуальные индикаторы засоренности воздухоочистителя, сигнал от которых поступает на стрелочный прибор или контрольную лампочку. У дизельных двигателей с турбонаддувом, как и у бензиновых инжекторных , к очистке воздуха предъявляются более жесткие требования. Это связано, в первую очередь, с особенностями их эксплуатации. При прочих равных условиях фильтры на таких двигателях меняют чаще, либо применяют фильтрующие элементы с повышенной площадью фильтрации.
О конструкциях и материалах
Фильтрующие элементы выпускаются трех конструктивных типов: цилиндрические (эти нам хорошо известны), панельные (например, Fram или AC Delco) и бескаркасные (в том числе и отечественные БиГУР
Нередко поток воздуха, проходящий через высокий фильтрующий элемент, вызывает пульсацию картонной шторы. Если при этом штора достает до каркаса фильтра (обечайки), на ней очень быстро появляются надрывы. Особенно часто это бывает, когда обечайка сделана из металла. Сама фильтрующая перегородка (штора) делается из специального высокопористого, пропитанного смолами картона. Пропитка нужна, чтобы предохранить штору от размокания при попадании на нее влаги. Если в процессе эксплуатации вы обнаружите, что штора разбухла - немедленно замените фильтр. Вообще, картон - самый распространенный материал для воздушных фильтров. Но в некоторых странах , например в Японии, сменные элементы делают из синтетических волокон. Эксплуатация таких элементов требует более строгого соблюдения предельных норм пользования. На престижных английских машинах "Роллс-Ройс", а иногда и на спортивных автомобилях устанавливают каркасные (проволочные) элементы из пятислойной марли, пропитанной "фирменным" маслом. По сравнению с картонными у них гораздо меньше начальное сопротивление. Кроме того, после специальной обработки они могут применяться повторно. Именно такие фильтры делает уже упомянутая нами компания K&N. Эти изделия могут устанавливаться и на некоторые серийные машины – например "Ауди" или БМВ. На цилиндрических (например, "жигулевских") фильтрах часто ставят так называемые предочистители в виде белого пояска из искусственного материала. Предочиститель хорош тем, что задерживает до 40% пыли, снижая пылевую нагрузку на картонную штору. Кроме того, он эффективно вбирает в себя сажу, несгоревшие углеводороды и пары масла - эти неизбежные компоненты атмосферы большого города. На грузовых автомобилях и тракторах, работающих в условиях большой запыленности воздуха, стоит применять двухступенчатую очистку. Для этого внутрь основного фильтрующего элемента помещают "фильтр безопасности", имеющий меньшую поверхность фильтрации. В случае нарушения герметичности основного фильтрующего элемента он берет на себя защиту двигателя от пыли.
Рисунок 2- Воздушный фильтр
1-воздухозаборник; 2-распорная пружина; 3-фильтрующий элемент; 4-уплотнитель; 5-крышка; 6-винт; 7-защёлка; 8-корпус; 9-патрубок отсоса пыли; 10-воздухопровод; 11-кронштейн; 12-шплинт дренажного отверстия; 13-соединительный патрубок; 14-хомут; 15-установочная метка.
Воздушный фильтр (рис.2) двухступенчатый, сухого типа, с инерционной решёткой, автоматическим отсосом пыли и сменным бумажным элементом. Воздушный фильтр состоит из корпуса, фильтрующего элемента и крышки. Фильтр прикреплен винтом 6 к воздухопроводу 10 и кронштейну 11, установленному на впускной трубе. Соосность воздухозаборника с отверстием в капоте обеспечивается при условии совмещения метки на корпусе фильтра с осью болта крепления фильтра (метка на корпусе может быть нанесена краской). Для обеспечения герметичности между крышкой и корпусом установлено уплотнительное кольцо. Верхняя крышка прикреплена к корпусу четырьмя защелками. Воздух через входной патрубок попадает для предварительной очистки в первую ступень с инерционной решеткой. В результате резкого изменения направления потока воздуха в инерционной решетке крупные частицы пыли отделяется п. под действием вакуума в патрубке, соединенном с эжектором глушителя, выбрасывается в атмосферу. Предварительно очищенный в первой ступени воздух поступает во вторую ступень с бумажным фильтрующим элементом для более тонкой очистки. Проникая через поры фильтрующего элемента, воздух оставляет на его поверхности мелкие частицы пыли. Окончательно очищенный воздух через трубопроводы поступает в цилиндры двигателя. В системе питания двигателя воздухом применен индикатор засоренности воздушного фильтра, установленный на впускном трубопроводе. По мере засорения фильтра растет вакуум во впускном трубопроводе. При достижении величины вакуума 0,007 МПа (0,07 кгс/см*) индикатор срабатывает, при этом в его смотровом окне появляется красный участок барабана, который остается в таком положении и после остановки двигателя. При срабатывании индикатора следует немедленно обслужить воздушный фильтр.
Заключение
В результате выполнения курсовой работы был произведен тепловой и динамический расчет двигателя.
При выполнении теплового расчета были определены параметры рабочего тела в цилиндре двигателя, а также оценочные показатели процесса, позволяющие определить размеры двигателя и оценить его мощностные и экономические показатели.