Facqei оптимального угла „ опаздывания закрытия впускного окна в ззвисимопи or часгшы р.раи1спия п, выпо.гнеипый для !1НИ1а1сля «Висход, 2» с V<UK на вноске (.i5 i, показывает изменение кол];ji.n".иен:ои наио.лнения крмвонлипной камеры t„„ для д,вн!агелей с норн1иевьш I и клапянным 2 газораспределе-ним (рис. ,.2,Я),

<ко)осгв о двнженнч лнесмсов на участке опускания (опреде-ляюилая силу у,Д<чра лепссткэ о сед.;1о) с ростом чястслы вря-ШМ1НЯ изменяется почт по линейному закону и B03f>aciaef с м/с прп 3000 мин и,о 3,6 м/с при мтгн (см. рис. 5 22),

Ма участке но я-ома ленсп к;> -король ее меньше указанных зрачеггий иа 20 ... 30 % ,

По высоте нодьема лепестка вычисляют механические напряжения р месте его заделки. На участке подъема лепестка напряжение увсничивается практически по линейному закону и достигает наиболъи1его значения ах = 88 ... 90 .МПа в зоне ВМТ. При посадке лепестка на седло на!1[)51жение ст снижается также по закону, близкому к линейному.

На лруг(!х скоростных релсимах работы двигателя кривые на-иряжепия в .менестках имеют аналогичный характер, а значение мякси1ла,(ьно10 паиряжения ггя возрастает с увеличением частоты вращения п (рис. 5.24). По мере повышения частоты а„„ возражает с 6/ тИа при 3000 мин"- до ПО МПа прп 5.500 мин, т. е. на 65 %. Для материала СТЭФ-.! разрушаюн1;ее напряжение при изгибе составляет ЗбП т. е. запас ирочнос7и мачериала

(7ГЭФ доста.fочный,

5,7. СГЕНДОВЫН ИСПЫТАНИЯ ДВИГАТЕЛЕЙ С тЩ

ОПРСДЕ,ЛЕИГ!Е МОГЦИОП IIЫХ, ЭГ>Н0\4ИЧР.СКИХ. И ГОКСТиИЧКД;! ПОКАЗАТЕЛЕЙ

Гтрн.дорыр нспытпнпч .двухтактных Д.ВС с ()П1С на впуске проводятся г !1ел!-ю исслечпванпя возможностей улучшения мощност ньтх. эко.11омичес1ги-; и токсических показателей двигателей путем северп!енствовячия пронесса наполнения. Для реитения этих задач гм1ррд"ляк)Т(-я с дтктяточнг)й степенью тсчности следующие пяраметры- крутятиин момент и мопшость; частота врантения коленчатого ва.га; [.агход позл.уха и топлива; температура ОГ и основных .петалей двигателя; давление в цилиндре, кривошипной камере, во виукнт.й и выпускной трубах в зависимости от угла поворота вяла; состяр заряда рабочей смеси v О.Г" в 1и.игиндре в конце расгппреппя и в выпускной трубе.

По известным формулам и зависимостям рассчитывают: мотц-ность, часовой и уде.иьный расходы топлива, токсичность ОГ; К09ф(}1тшент1,! избытка воз.пуха и наполнения, полноты сгорания и химического ne.ji.oKoia TonjFHRa, продувки, КПД продувки, испо.ггт-човяппя up-iivB"ч п другие пяр-метрм газообмена, Paciei!

показателей процессов газообмена по данным газового анализа ОГ проводится по известным методам Н. М. Глаголева, А. С. Ор-лпиа, М. Г. Круглова и Е. К. Мазинга.

Исследования двигателей осуществлялись в основном на моторных стендах. Стенды псзролялн прокручивать и нагружать двигатель через коробку передач при Т1 - 2000 ... 8000 ми(г1.

Измерения массовой доли окиси углерода СО и углеводородов СН в ОГ проводились газоанализатором МЕКСА-322. Двигатели перед началом испытания были отретулированы в соответствии с инструкцией по эксплуатации. При исследовании двигатель работал по внешней скоростной характеристике при п = г= 2000 ... 6000 мин-1, а также на частичных нагрузках с открытием дроссельной заслонки на 25, 50 и 75 о. Методикой предусматривалось сравнение мощностных, экономических и токсических показателей двигателей при различных вариантах ОПК впуска и сравнение их с показателями серийных двигателей с порглневым газораспределением.

Сначала двигатель *<Восход-3» сравнивали с двигателями с различными полнопоточными клапанами. Лепестки разной толщины были выполнены из стали, фе-нплона, органита, стеклотекстолита. Двигатели работали при открытии дроссельной заслонки на 25, 50, 75 % по внешней скоростной характеристиках. Затем двигатель «Восход-3» сопоставляли с двигателями с частично поточными клапанами впуска. После чего производили выбор оптимального варианта конструкции двигателя и ОПК .для него. „ о г.

Стендовым испытаниям подвергали серийные двигатели «Восход-2» и «Восход-3» с поршневым газораспределением. Для возможности установки на двигатель экспериментальных полнопоточиых ОПК в картере было выфрезеровано посадочное место под ОПК. Специальными шпильками к картеру крепили корпус клапана, клапан и переходник для установки карбюратора. До установки клапанов, после обкатки, в соответствии с техническими условиями состояние двигателя оценивалось по полученной внешней скоростной характеристике.

Для выбора оптимальных формы и размеров ОПК, обеспечивающего лучшие показатели двигателя, было выбрано десять вариантов корпусов клапанов: одно-и двухтактные с двумя, тремя, четырьмя и шестью окнами и углом при вершине у= 40...60° (табл. 5.5). Корпус клапана изготовлен из алюминиевого сплава.

5.5. Характеристика исследуемых клапанов

Рис. 5.25. Нагрузочная характеристика двигателя «Восход-3» с ОПК на впуске (л=5000 мин-i)

Лепестки (пластины) получены из стали 65Г, фенилона, оргаии-тов и стеклотекстолитов СТЭФ и СТЭФ-1 различных толщин. Посадочная поверхность (седло) клапана склеена резиной толщиной 1 мм.

Первая серия опытов была проведена на двигателе с постоянными фазами газораспределения (порщневом), а ОПК только предупреждал обратный выброс смеси. Целью испытаний была провер ка р аботоспособности двигателя и оцен1а влияния ОПК на его показатели. Результаты этих испытаний приведены ниже.

Скоростные (рис. 5.25) и нагрузочные характеристики опытного двигателя «Восход-3« с управляемым процессом впуска с помощью поршня и ОПК с лепестками из стеклотекстолита (кривые 2, СТЭФ, б = = 0,45 мм)и из стали (кривые 3, 65Г, о = 0,14 мм), данные в сравнении с характеристиками серийного двигателя с поршневым газораспределением (кривые 1) позволили сделать следующие выводы. При малых и средних нагрузках двигателя (полное открытие дроссельной .заслонки и частота вращеюш п<С 4000 мии~) отмечается прирост мощности у двигателя с ОПК с лепесткамп из СТЭФ до 17 %, нз стали - до 10 %, что объясняется увеличением степени наполнения цилнндра. По мере возрастания скоростного режима работы двигателя в указанном выше диапазоне нагрузок влияние ОПК иа .мощность двигателя снижается (при л = 4500 мин"!), а при л = 5000 мин"! становится даже отрицательным: мощность уменьшается на 7 ... 12 % в случае ОПК с лепестками из СТЭФ, и на 13 ... 20 % - со стальными лепестками. Часовой расход топлива двнгателей с ОПК как со стальными, так и со стеклотекстолито-выми лепестками уменьшается в среднем на 15 % на всех скоростных режимах работы, по сравнению с этим же показателем серийных двнгателей.

Установка ОПК оказала влияние на удельный эффективный расход ge топлива, особенно заметно при работе двигателя на низких и средних частотах вращения. При работе ОПК с лепестками из СТЭФ на режимах с п < 4000 мин"* снижение g, составило 30 %, а со стальными - 25 %. С увеличением п влияние ОПК на удельный расход уменьшилось на 20 %. для двигателя с лепестками из СТЭФ и приблизительно на 10 % - с лепестками из стали.

Аналогичные результаты наблюдаются при работе как по внешней скоростной характеристике, так и на частичных режимах с открытием дроссельной заслонки на 50 и 75 % • На малых нагрузках двигатель с ОПК с лепестками нз СТЭФ имеет меньший удельный расход топлива в среднем на 13 % на всех скоростных режимах, а с лепестками из стали - на 5 %.

Анализ ОГ показал, что объемная доля окиси углерода в ОГ у двигателя с ОПК составляет 0,1 ... 0,2 % на всех скоростных и нагрузочных режимах, за исключением режима малых нагрузок с 25 %-ным открытием дроссельной заслонки (2 %). У серийного двигателя без ОПК объемная доля СО в ОГ на всех скоростных н нагрузочных режимах находится в пределах 0,5...2,5 %. Содержание несгорев-182

0,8 0,75

0,65

1,38 1,30

Ча 0,75

0,75

0,71

2 3 li п-10]мин

Рис. 5.26. Изменение показателей качества газообмена двигателей «Восход» с ОПК на впуске:

; - серийного; i - о ОПК на впуске; 3 - расчетное

ших углеводородов СН в ОГ двигателя с ОПК и лепестками из СТЭФ иа 25 ... 30 % меньше, чем у двигатели без ОПК.

Гибкие тонкие стальные лепестки не имеют преимуществ по сравнению с более толстыми жесткими пластинами из стеклотекстолита. Более гибкие (стальные) лепестки немного больше увеличивают мощность двигателя в диапазоне средних и высоких частот вращения и неэффективны при низких частотах. Объяснить это можно потерями смеси в результате медленного закрытия гибких лепестков. Если жесткость лепестков повышена (лепестки из СТЭФ), то мощность двигателя на инзких и средних частотах вращения возрастает, а иа больших частотах теряется в результате преждеврел1еииого закрытия лепестков ОПК.

Для сравнения качества организации процесса впуска рассмотрим, как изменяется давление в кривошипной камере в зависимости от угла ф поворота коленчатого вала серийного и опытного двигателей «Восход» с ОПК на впуске, работающих по внешней скоростной характеристике иа одинаковых скоростных режимах. Характер изменения давления р„ в кривошипной камере двигателя с ОПК более благоприятный, так как минимальные значения давления выше, что позволяет снизить потери на газообмен; продувка цилиндра начинается раньше и давление продувки выше, что позволиет улучшить очистку цилиндра и избежать выброса ОГ в кривошипную камеру.

Изменения коэффициентов tiok наполнения кривошипной камеры и цилиндра Tioo сравниваемых двигателей, полученные опытным путем (рнс. 5.26, а, б), аналогичны кривым Ре (рис. 5.26, в). Срав.ченне расчетных 3 и экспериментальных 1 и 2 зависимостей показывает, что опытный двигатель с ОПК может повысить мощность в основном на инзких и средних частотах. Влияние гидравлического сопротивления клапана в значительной мере проявляется иа режимах малых и средних частот, имеет минимальное значение при п т 4000 мин"* и затем снова возрастает с увеличением частоты вращения.

Снижение часового и удельного расходов топлива опытным двигателем с ОПК объясняется уменьшением потерь на газообмен, улучшением качества продувки, уменьшением прямого выброса смеси в процессе продувки и обратного в конце впуска, о чем свидетельствует уменьшение содержания СО и СН в ОГ.

Сравнение качества газообмена удобнее всего проводить с помощью коэффициентов а избытка воздуха, у остаточных газов, rja полезного действия продувки, Фпр продувки, т]и использования продувочной смеси.

Состав топливовоздушной смеси оценивается коэффициентом «см. определяемым непосредственными измерениями расходов воздуха и топлива (рис. 5.26, г), и действительным коэффициентом ад, получаемым методом анализа газовых проб из цилиндра работающего двигателя и ОГ в выпускной трубе. По результатам исследований, опытный двигатель с ОПК работает на более бедных смесях. Коэффициент Y остаточных газов (рис. 5.26, д) у опытного двигателя с ОПК снижается наиболее значительно в области низких и высоких частот (до 30 %). Это объясняется улучшением качества продувки и уменьшением выброса ОГ предыдущего цикла из цилиндра в кривошипную камеру.

Изменение КПД tjs продувки (рис. 5.26, е), характеризующее качество очистки цилиндров, аналогично изменению коэффициента у. Изменение коэффициента фцр продувки характеризует потери смеси при продувке (рис.5.26, ж). Коэффициент т)„ использования продувочной смеси (рис. 5.26, з) является величиной, обратной коэффициенту продувки. Анализ полученных зависимостей показывает, что качество газообмена двигателя с ОПК заметно лучше практически во всем диапазоне частот и нагрузок.

Представляет интерес также оценка мощности .механических потерь сравниваемых двигателей: потерь на трение, привод вспомогательных механизмов и на осуществление процесса газообмена. Абсолютные значения крутящего момента и мощности механических потерь определяют методом прокрутки в зависимости от частоты вращения п коленчатого вала двигателя. Для общей оценки потерь, каждую из которых получить отдельно не удается, используют эффективный КПД

1е = ЛгПмех =

У исходного серийного двигателя коэффициент т)е меньше, что объясняется довольно большим удельным расходом топлива ввиду значительных потерь смеси за счет прямого и обратного выбросов и связанных с ними значительных потерь на газообмен, обусловленных симметричными фазами газораспределения. Опытный двигатель с ОПК при п 3500 мин"" имеет примерно одинаковый с исходным двигателем эффективный КПД rig. С увеличением п t> 3500 мин~ rie возрастает, поскольку уменьшаются удельный расход топлива и потери на газообмен.

Испытания двигателей «Восход-3» с различными ОПК проводились с целью выбора оптимальной конструкции клапана. Програм.ма исследования включала определение влияния конструкции клапана и материала лепестков на мощностные, экономические и токсические характеристики двигателя. В качестве материала лепестков использовали лавсан (толщиной 6 = 170, 250, 500 мкм), стеклотекстолит СТЭФ (б = 500, 900 мкм), феиилон (б = 1000 мкм), а также пружинную сталь 60С2А (б= 110, 170, 210 мкм).

Как следует из результатов испытаний, на малых скоростных режимах (п = = 2000 ... 3000 мнн") установка полнопоточного ОПК на впуске положительно влияет на все характеристики двигателя. На малых частотах получены большиеiVg и меньшие ge для лепестков из тонких лавсановых пленок, на средних частотах - для стальных, на высоких - для жестких лепестков из фенилона и стеклотекстолита. В дальнейшем проводится сравнение для лучших вариантов лепестков ОПК при работе на различных режимах.

При установке полнопоточного клапана со стальными лепестками ф - = 0,17 мм) и лепестками из лавсана (б = 0,5 мм) во всем диапазоне частот вращения коленчатого вала (п = 2000 ... S500 мин"!) и нагрузок (25 ... 100 %) по сравнению с серийным двигателем обеспечивается в среднем: рост Ne на 2,3% для стальных лепестков и снижение на 0,7 % для лепестков из лавсана; снижение

соответственво на 25,7 и 19,03 %; снижение СО в ОГ соответственно на 30,28 и 27,4 %; уменьшение СН в ОГ соответственно на 21 и на 22,66 %.

Таким образом, полнопоточный клапан впуска, несколько понижая мощность при высоких частотах вращения, в целом существенно уменьшает удельный расход топлива и токсичность ОГ во всем диапазоне работы двигателя. Ухудшение показателей наблюдается у двигателя с ОПК с тонкими лепестками нз стали и мягкими из лавсана на высоких частотах и нагрузках. Для устранения этих недостатков были исследованы более жесткие толстые лепестки из стеклотекстолита и фенилона.

Наиболее значительное снижение мощности наблюдается при частоте п » я; 3000 мин~*. На других частотах мощность изменяется незначительно. При этом лучшие показатели у двигателя с ОПК и лепестками из стеклотекстолита СТЭФ толщиной 6=0,5 мм. Снижение мощности при частоте п=3000 мин"* объясняется повышенным гидравлическим сопротивлением более жестких лепестков из СТЭФ и фенилона (по сравнению с лепестками из стали и лавсана). На высоких частотах более жесткие лепестки из СТЭФ и фенилона обеспечивают достаточную гибкость для быстрого открытия и высокое поднятие лепестка без запаздывающего закрытия. Это подтверждают лучшие экономические н токсические показатели двигателя на высоких частотах вращения коленчатого вала. Таким образом, на средних и высоких частотах работы двигателя лучшие показатели имеют двигатели с ОПК с лепестками из стеклотекстолита СТЭФ толщиной 0,5 мм.

Исследования влияния конструкции клапана на показатели двигателя проводились с десятью вариантами корпусов ОПК с лепестками из стеклотекстолита СТЭФ толщиной S = 0,5 мм. Для оценки эффективности работы двигателя необходимо определить изменение его показателей при работе на различных режимах, а не только на номинальном.

Как показал анализ полученных данных, лучшие показатели по мощности, удельному расходу топлива и токсичности ОГ достигаются при использовании клапанов ППК-ДС-4-50. Во всем диапазоне частот вращения коленчатого вала среднее снижение мощности составило около 4 % (при полностью открытой дроссельной заслонке), среднее снижение --23,44 %. Значительно улучшены токсические показатели двигателя (среднее снижение содержания СО 77,3 %, а СН 14,15 %).

На основании сравнения изменения основных показателей двигателей (%) во всем диапазоне частот вращения и нагрузок можно сделать следующий вывод. С установкой полнопоточных ОПК различных конструкций, материалов и толщин лепестков могут быть улучшены основные показатели двигателя. Лучшие результаты получены при использовании клапана ППК-ДС-4-50 с лепестками из стеклотекстолита СТЭФ толщиной 0,5 мм: средний во всем диапазоне частот и нагрузок прирост мощности (на 2,25 %) при снижении максимальной мощности (до 4 %); снижение удельного расхода топлива (в среднем на 24,5 %); уменьш-ение содержания окиси углерода и углеводородов в ОГ двигателя (в среднем соотьетственно на 63 и 10,5 %).

Стендовые испытания не выявили преимуществ клапанов ППК-ДС-6-50 и ППК-ДС-6-60, которые имели большие размеры и меньшие гидравлические сопротивления. Очевидно, увеличение объема между карбюратором и впускным окном привело к росту объема впускного канала и кривошипной камеры, а следовательно, к уменьшению наполнения и степени сжатия в кривошипной камере, «вялой» продувке цилиндра и падению мощности двигателя. Поэтому вариант клапана ППК-ДС-4-50 с лепестками из СТЭФ был принят в качестве основного при проведении дальнейших исследований.

Для компенсапии снижения максимальной мощности на высоких частотах была испытана конструкция частично поточная (см. рис. 5.2). При работе двигателя «Восход-3» с частично поточным ОПК с лепестками из стали (б = 0,17 мм) и лавсана (6 = 0,5 мм) по нагрузочной характеристике при п = 2000 мин~1 относительные показатели изменялись следующим образом:

эффективная мощность возросла в среднем на 5,82 % (стальные лепестки) и на 6,33 % (лепестки из лавсана) по сравнению с мощностью исходного серийного двигателя. Наибольшее снижение мощности наблюдалось при 50%-ном открытии