Международная научно-практическая конференция

Рис. 1. Совмещение графиков углового ускорения

После завершения испытаний и доукомплектования, данный комплекс сможет выявить неисправный цилиндр и идентифицировать неисправный параметр.

В.А. Антипин

Сибирский государственный университет путей сообщения, Новосибирск

Б.Б. Илюшин

Институт теплофизики СО РАН, Новосибирск

Анализ работы тороидального ДВС

Введение

Несмотря на то, что многие специалисты предрекают повальный переход транспорта на электротягу, до сих пор продолжается разработка новых конструкций ДВС. Одним из таких направлений является конструкция ДВС без кривошипно-шатунного механизма. Наиболее преуспел в этом направлении двигатель Ванкеля(Felix Heinrich Wankel) [1], имеющий высокие показатели по удельной мощности, несмотря на ряд эксплуатационных недостатков. Ниже рассматривается ДВС с поршнем(ротором), движущимся по окружности, а его ось вращения непосредственно является осью вала двигателя [2]. Такой двигатель представляет определенный интерес с точки зрения термодинамики. Ниже представлен термоди-

12

Инновационные факторы развития Транссиба на современном этапе. Часть 2

намический анализ в рамках модели идеального газа. В результате особенностей конструкции некоторые выводы слишком формальные, тем не менее дают возможность судить о работе двигателя.

Тороидальный двигатель внутреннего сгорания

Рассматривалась конструкция ДВС ГРД 1000, рабочая полость которого имеет тороидальную форму с сечением в виде прямоугольника (рис. 1). Процессы наполнения, сжатия, расширения и выпуска рабочего тела происходят в отдельных частях рабочей полости, разделенных друг от друга золотниками. Ротор имеет

лены результаты расчета и анализа термодинамического цикла указанного ДВС без учета зазоров, теплообмена рабочего тела с корпусом. Для расчета термодинамического цикла ДВС в рабочем режиме, в предположении о мгновенном выгорании топлива, получены аналитические выражения.

В настоящей работе используются обозначения:

Vt = 424 см3 – объем газа в статоре после всасывания;

Vz =118 см3 – объем полости в золотнике;

Vs =129 см3 – объем газа в статоре в момент смешения с газом из полости золотника;

Vm = 40 см3 – объем газа в золотнике в ВМТ(минимальный объем);

Vr =129 см3 – объем газа в статоре после отсечения*;

* В предложенной конструкции Vr = Vs . Различие в величине объемов вводится для анализа модифицированной конструкции (см. ниже).

13

На рис. 3 показано изменение объемов в зависимости от угла поворота вала. Для анализа термодинамического цикла работы ДВС рабочее тело рассматривается в виде двух частей, первое

(РТ1) из которых представляет собой газ массыm =

1

= (PaVt )(RTa )= 4,93×10-4 кг (газ, находящейся в статоре до сме-

14

Инновационные факторы развития Транссиба на современном этапе. Часть 2

шения с газом, находящемся в полости золотника), второе рабочее

= (~ ) ( ~ )

тело (РТ2) – газ массы m2 P6Vz RT6 (газ находящийся в изолированной полости золотника). Отметим, что масса РТ2 m2 зависит от термодинамических характеристик предыдущего цикла, в част-

~ ~

ности, P6 и T6 будут отличаться при пуске ДВС и в рабочем режиме. После смешения газов статора и полости золотника температура и давления РТ1 и РТ2 полагаются одинаковыми. На рис. 4. Представлена схема циклов каждого из выделенных рабочих тел.

Рабочий цикл РТ1

Процесс сжатия j–k происходит по адиабате до момента начала смешения РТ1 с РТ2:

15

Международная научно-практическая конференция

поскольку в т. o разделение рабочих тел по массе пропорционально их объемам:

m2 = m1 Vz , то для точки • получаются значения:

Vr

В точке m происходит воспламенение топливо-воздушной смеси и горение с тепловыделениемQ = a × m1 × q . При этом в процессе m–n происходит повышение температуры и давления:

Процесс n–o характеризуется положительной работой РТ1 и РТ2, сопровождающейся адиабатическим расширением ( S6 = S5 ) до момента отсечения газа, находящегося в полости золотника от газа в статоре:

16