ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДИССИПАТИВНЫХ ПОТЕРЬ В ГИДРАВЛИЧЕСКОМ ПРИВОДЕ ГАЗОРАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНОГО МЕХАНИЗМА ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ
DOI 10.12737/2073-0462-2024-75-82 УДК 621.43
Ключевые слова:
газораспределительный механизм, гидропривод клапанов, диссипативные потери, энергоэффективность, моделирование.Аннотация
Управление временем открытия и закрытия впускных и выпускных клапанов позволяет улучшить эффективные параметры двигателя внутреннего сгорания и снизить токсичность продуктов сгорания. Перемещение клапанов реализуется посредствам гидравлического привода с электронным управлением. Энергозатраты на функционирование гидропривода клапанов больше, чем при использовании традиционного механического привода. Исследуются диссипативные потери энергии в аккумуляторном одностороннем гидроприводе клапанов. Рабочее тело гидропривода – моторное масло SAE 5W-30. Давление масла за насосом 8 МПа, диаметр гидроцилиндра 16 мм. Выделены основные статьи энергозатрат, предложена методика их определения. Оценка эффективности гидропривода базировалась на законе сохранения энергии. Для определения затрат энергии составлена модель гидропривода в среде Simulink. Получен закон перемещения клапана близкий по форме к трапециевидному. Максимальная скорость движения клапана в процессе открытия 4 м/с, в процессе закрытия 3,8 м/с. В периоде удержания клапана в близи максимального подъема 14 мм наблюдаются свободные колебания с амплитудой порядка 1 мм. Затраты энергии на однократное срабатывание клапана, имеющего поступательно движущуюся массу 0,5 кг, составили 25,9 Дж. Из них чуть более 70% тратятся на наполнение гидроцилиндра жидкостью, остальная часть расходуется при его опорожнении. В результате дросселирования потока жидкости в ограничителе хода штока гидроцилиндра и гидротормозе теряется 56% энергии. Большие потери энергии наблюдаются между гидроаккумуляторами и гидроцилиндром. При наполнении цилиндра здесь теряется 21,1%, а при его опорожнении – 10,4%. Увеличение пропускной способности участков магистралей питания и слива между гидроаккумуляторами и гидроцилиндрами позволяет увеличить скорости открытия и закрытия клапанов. Основными способами повышения энергоэффективности привода являются смещение гидроаккумуляторов к гидроцилиндру, увеличение диаметра соединительных магистралей, увеличение пропускной способности электромагнитных клапанов.
Литература
1. Гидравлический привод клапанов двигателя. Принцип работы. URL: https://ustroistvo-avtomobilya.ru/dvigatel/gazoraspredelitelnyj-mehanizm-grm/gidravlicheskij-privod-klapanov (дата обращения: 23.03.2024)
2. Двигатель без распределительного вала. Инновационная система клапанов экономит 20% топлива. URL: https://naukatehnika.com/dvigatel-bez-raspredelitelnogo-vala-1.html (дата обращения: 23.03.2024)
3. Linear Parameter-Varying Model of an Electro-Hydraulic Variable Valve Actuator for Internal Combustion Engines / Huan Li, Ying Huang, Guoming Zhu, Zheng Lou // Journal of Dynamic Systems, Measurement, and Control. January 2018, Vol. 140
4. Gillella, P., and Sun, Z., 2011, “Design, Modeling, and Control of a Camless Valve Actuation System With Internal Feedback,” IEEE/ASME Trans. Mechatronics, 16(3), pp. 527–539.
5. Математический аппарат расчета конструкционных решений газификационной установки / Б. Г. Зиганшин, Н. Н. Фахреев, Е. И. Байгильдеева, И. Х. Гайфуллин // Вестник Казанского государственного аграрного университета. 2023. Т. 18. № 1(69). С. 60-67. – DOI 10.12737/2073-0462-2023-60-67.
6. Пегачков, А. А. Повышение потенциала работоспособности регулируемых механизмов на примере системы газораспределения двигателя КАМАЗ // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. 2023. № 4. С. 119-126. – DOI 10.34031/2071-7318-2023-8-4-119-126.
7. Electrohydraulic gas distributing mechanism control. Maksimov A.V., Berezovsky A.B., Zimina L.A., Gataullin N.A. International Journal of Applied Engineering Research. 2015. T.10. №24. C.44966-44973
8. Максимов А.В., Зимина Л.А., Адигамов Н.Р. Исследование гидравлического привода клапанов ГРМ // Вестник Казанского государственного аграрного университета. 2022. Т. 17. № 2 (66). С. 84-91.
9. Максимов А.В., Березовский А.Б., Гатауллин Н.А. и др. Исполнительный механизм гидравлического привода клапана двигателя внутреннего сгорания (варианты) // Патент РФ 2561936 C1. 10.09.2015.
10. Ways to increase the efficiency of using agricultural machinery in performing technological operations / D. T. Khaliullin, A. V. Belinsky, R.S. Popoldnev //. Vol. 1212, 2023. – P. 12055. – DOI 10.1088/1755-1315/1212/1/012055.
11. Гиргидов А.Д. Диссипация механической энергии в круглоцилиндрической трубе // Инженерностроительный журнал. 2012. №6. С.6-12
12. Зотеев В.Е. Параметрическая идентификация диссипативных механических систем на основе разностных уравнений / Под ред. В.П. Радченко. – М: Машиностроение, 2009 – 344 с.: ил.
13. Ртищева А. С. Теоретические основы гидравлики и теплотехники: Учебное пособие. – Ульяновск, УлГТУ, 2007 – 171 c.
14. Фокеева Л.Х. Гидравлика и нефтегазовая гидромеханика. Часть 2 Гидродинамика / Л.Х. Фокеева. – Казань: Казан. ун-т, 2017 – 85 с.
1. Hydraulic drive of engine valves. Principle of operation. [Internet]. [cited 2024, March 23]. Available from: https://ustroistvo-avtomobilya.ru/dvigatel/gazoraspredelitelnyj-mehanizm-grm/gidravlicheskij-privod-klapanov
2. Engine without camshaft. The innovative valve system saves 20% fuel. [Internet]. [cited 2024, March 23]. Available from: https://naukatehnika.com/dvigatel-bez-raspredelitelnogo-vala-1.html
3. Huan Li, Ying Huang, Guoming Zhu, Zheng Lou Linear parameter-varying model of an electro-hydraulic variable valve actuator for internal combustion engines. Journal of Dynamic Systems, Measurement, and Control. January 2018; Vol.140.
4. Gillella P. and Sun Z. Design, modeling, and control of a camless valve actuation system with internal feedback. IEEE/ASME Trans. Mechatronics. 2011; 16(3). 527-539 p.
5. Ziganshin BG, Fakhreev NN, Baygildeeva EI, Gayfullin IKh. [Mathematical apparatus for calculating structural solutions of a gasification plant]. Vestnik Kazanskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta. 2023; Vol.18. 1(69). 60-67 p. – DOI 10.12737/2073-0462-2023-60-67.
6. Pegachkov AA. [Increasing the performance potential of adjustable mechanisms using the example of the gas distribution system of KAMAZ engine]. Vestnik Belgorodskogo gosudarstvennogo tekhnologicheskogo universiteta im. V.G. Shukhova. 2023; 4. 119-126 p. – DOI 10.34031/2071-7318-2023-8-4-119-126.
7. Maksimov AV, Berezovskiy AB, Zimina LA, Gataullin NA. Electrohydraulic gas distributing mechanism control. International Journal of Applied Engineering Research. 2015; Vol.10. 24. 44966-44973 p.
8. Maksimov AV, Zimina LA, Adigamov NR. [Study of the hydraulic drive of timing valves]. Vestnik Kazanskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta. 2022; Vol.17. 2 (66). 84-91 p.
9. Maksimov AV, Berezovskiy AB, Gataullin NA. [Actuator mechanism of the hydraulic valve drive of an internal combustion engine (variants)]. Patent RF 2561936 C1. 10.09.2015.
10. Khaliullin DT, Belinskiy AV, Popoldnev RS. Ways to increase the efficiency of using agricultural machinery in performing technological operations. Vol.1212. 2023; 12055 p. – DOI 10.1088/1755-1315/1212/1/012055.
11. Girgidov AD. [Dissipation of mechanical energy in a round-cylindrical pipe]. Inzhenerno-stroitelnuy zhurnal. 2012; 6. 6-12 p.
12. Zoteev VE. Parametricheskaya identifikatsiya dissipativnykh mekhanicheskikh sistem na osnove raznostnykh uravneniy. [Parametric identification of dissipative mechanical systems based on difference equations]. edited by V.P.Radchenko. Moscow: Mashinostroenie. 2009; 344 p.
13. Rtishcheva AS. Teoreticheskie osnovy gidravliki i teplotekhniki: uchebnoe posobie. [Theoretical foundations of hydraulics and heat engineering: textbook]. Ulyanovsk. UlGTU. 2007; 171 p.
14. Fokeeva LKh. Gidravlika i neftegazovaya gidromekhanika. Chast 2 Gidrodinamika. [Hydraulics and oil and gas hydromechanics. Part 2. Hydrodynamics]. Kazan: Kazan. un-t. 2017; 85 p.
Опубликован
Как цитировать
Выпуск
Раздел
Категории
Лицензия
Copyright (c) 2026 ВЕСТНИК Казанского государственного аграрного университета
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution» («Атрибуция») 4.0 Всемирная.
Метаданные научных статей, включая название, аннотацию, сведения об авторах, список литературы, идентификаторы и иные элементы библиографического описания для дальнейшего неограниченного использования, передаются в редакцию с правом их неограниченного использования на условиях открытой лицензии Creative Commons Attribution (CC BY).
