WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 | 3 |

На правах рукописи

Медведев Алексей Николаевич

ПОВЫШЕНИЕ ТОПЛИВНОЙ ЭКОНОМИЧНОСТИ
АВТОМОБИЛЬНЫХ ДИЗЕЛЕЙ ОТКЛЮЧЕНИЕМ ЧАСТИ
ЦИЛИНДРОВ

Специальность 05.04.02 – «Тепловые двигатели»

А в т о р е ф е р а т

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Челябинск

2008

Диссертация выполнена на кафедре «Эксплуатация автомобильной техники» Челябинского высшего военного автомобильного командно-инженерного училища (военного института).

Научный руководитель – доктор технических наук, профессор
Драгунов Г.Д.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор
Морозова В.С.

кандидат технических наук,
Егоров В.В.

Ведущее предприятие – ОАО «КАМАЗ».

Защита состоится 26 ноября 2008 г., в 13 часов, на заседании диссертационного совета Д212.298.09 при Южно-Уральском государственном университете по адресу: 454080, г. Челябинск, пр. им. В.И. Ленина, 76, зал диссертационного совета (ауд. 1001 гл. корп.)

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Южно-Уральского государственного университета.

Ваши отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенных печатью, просим направлять по адресу:454080, г. Челябинск, пр. им. В.И. Ленина, 76, на имя ученого секретаря диссертационного совета Д212.298.09. E-mail: D212.298.09@mail.ru

Автореферат разослан «___» октября 2008 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета

доктор технических наук, профессор Е.А. Лазарев

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Экономичность поршневых двигателей в значительной степени зависит от режимов их работы. Если на номинальном или близком к нему режимах экономические показатели обычно достигают оптимальных или близких к ним значений, то на частичных нагрузках и холостом ходу (ХХ) топливная экономичность работы дизелей может заметно ухудшаться. Вместе с тем в эксплуатационных режимах большинства транспортных средств режимы холостого хода и малых нагрузок составляют значительную долю.

Эксплуатируя силовые установки при низких температурах, а также для привода дополнительного оборудования, многие водители часто вообще не останавливают двигатель в течение рабочей смены. Это приводит к значительному расходу топлива и снижению ресурса дизеля.

В последнее время в нашей стране и за рубежом возрос интерес к такому направлению улучшения экономических показателей двигателей, в особенности автомобильных дизелей, как отключение части цилиндров (отключение подачи топлива) на режимах холостого хода и частичных нагрузках.

Метод отключения части цилиндров (отключение топливоподачи) используют на сравнительно крупных дизелях (тепловозных, судовых, дизелях строительных и дорожных машин, тракторов, большегрузных автомобилей и т. д.). В таких дизелях оказалось возможным применение сложных устройств в виде индивидуальных для каждого цилиндра топливного насоса высокого давления (ТНВД), многосекционных золотниковых ТНВД, также насос-форсунок, отключение топливоподачи в цилиндры дизеля в виде электромагнитных и пневматических клапанов. Для автомобильных дизелей с малоразмерной топливной аппаратурой такие решения неприемлемы по конструктивной сложности. Кроме того, автомобильные дизели работают в более широком диапазоне скоростных режимов и нагрузок и для этих условий вопрос отключения топливоподачи недостаточно изучен.

Таким образом, имеется необходимость проведения исследования и практического решения задачи по разработке устройства отключения топливоподачи, теоретических положений работы автомобильного дизеля с отключением части цилиндров и экспериментального подтверждения этих положений и требований.

В качестве объекта исследования взят дизель КАМАЗ-740.10.

Цель работы – научное обоснование возможности повышения топливной экономичности на режимах холостого хода и малых нагрузок отключением (включением) топливоподачи в части цилиндров многоцилиндрового автомобильного дизеля.

Задачи исследования. Для достижения указанной цели в диссертации были поставлены и решены следующие задачи:

1. Разработать теоретические положения экономии топлива при работе дизеля с отключением части цилиндров от подачи топлива.

2. Разработать математическую модель и методику количественной оценки влияния отключения цилиндров на топливную экономичность дизеля.

3. Разработать конструкцию устройства по отключению топливоподачи в части цилиндров.

4. Провести экспериментальное подтверждение адекватности математической модели, эффективности метода и устройства осуществления отключения цилиндров.

Научная новизна работы

1. Обосновано, что экономия топлива на холостом ходу и малых нагрузках при отключении части цилиндров определяется зависимостью индикаторного КПД от нагрузки Рі.

2. Разработана математическая модель оценки влияния отключения цилиндров на топливную экономичность дизеля, на основе аналитического представления зависимости индикаторного КПД от среднего индикаторного давления. На ее основе получены зависимости для оптимального по улучшению экономичности числа отключаемых цилиндров на различных скоростных режимах холостого хода и малых нагрузок.

3. Обоснованы режимы отключения (включения) цилиндров дизеля для достижения наибольшей топливной экономичности.

Практическая ценность работы. Разработанная методика определения режимов и эффективного количества отключаемых цилиндров позволяет решить прикладную задачу в области проектирования и создания устройств для отключения цилиндров автомобильного дизеля. Разработана новая схема отключения подачи топлива в части цилиндров, в топливном насосе высокого давления, первичные этапы апробации которой проводились на кафедре «Двигатели» и кафедре «Эксплуатация автомобильной техники» Челябинского высшего военного автомобильного командно-инженерного училища (военного института). Разработано устройство для отключения части цилиндров.

Реализация работы. Результаты исследований и рекомендации переданы в ведущую организацию ОАО «КАМАЗ» и приняты к использованию в дальнейших конструкциях дизелей семейства автомобилей КАМАЗ:

1) при разработке новой конструкции ТНВД для дизелей нового поколения;

2) рассматривается вопрос на внедрение в производство при выпуске дизелей КАМАЗ-7403.10, КАМАЗ-740.30, КАМАЗ-740.31, КАМАЗ-740.50, а также при создании опытных дизелей нового поколения (Евро-4,5 и т. д.).

Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались на научно-технических конференциях в Южно-Уральском государственном университете (ЮУрГУ), Челябинском государственном агроинженерном университете (ЧГАУ) и Челябинском высшем военном автомобильном командно-инженерном училище (военном институте) ЧВВАКИУ (ВИ). Обсуждались на заседаниях кафедр «Автомобили» и «Двигатели внутреннего сгорания» ЮУрГУ в 2005-2007 гг., на заседаниях кафедры «Тракторы и автомобили» ЧГАУ в 2002-2004 гг., на заседаниях кафедр «Двигатели» и «Эксплуатация автомобильной техники» ЧВВАКИУ (ВИ) в 2002-2008 гг., а также в межвузовских конкурсных работах и отчетах по НИР.

Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано 7 печатных работ, в том числе одна работа в издании, рекомендованном ВАК, и один патент на изобретение.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов, списка литературы, приложения и содержит 142 страницы, в том числе 129 страниц машинописного текста, 41 иллюстрацию и 25 таблиц. Список использованной литературы включает 67 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы работы, кратко раскрыто содержание диссертации.

В первой главе представлен обзор исследований по проблемам топливной экономичности различного типа дизелей при отключении цилиндров. Определенные научные и практические результаты достигнуты в работах ЦНИИ МФ, РУДН, МАДИ, ПО «Пенздизельмаш», ХИИТ, НИИЖТ РЖД, НТЦ «КАМАЗ», ЯМЗ, ООО «ЧТЗ–УРАЛТРАК», НПО ЦНИТА и в трудах известных ученых, таких как: Патрахальцев Н.Н., Березний В.В., Олесов И.Ю., Передрий В.Ф., Эмиль М.В., Симсон П.Э. Лазарев А.А., Суркин В.И., Линник А.В., Шатров Е.В., Естифеев Б.В., Фудзисава Хидэя, Бергман Норст, Нетман Ричард, Сугасава Фукаши, Камлейтнер Эвальд, Франк Тома, Санака Йоо и др. Работы по исследованию отключения цилиндров (топливоподачи) на холостом ходу и малых нагрузках в основном посвящены и велись на сравнительно крупных дизелях (тепловозных, судовых, дизелях строительных и дорожных машин, тракторов, большегрузных автомобилей и т. д.). Но на автомобилях средней и малой грузоподъемности этот метод не использовался, за исключением некоторых исследований РУДН, МАДИ, а также зарубежных фирм («Форд», BMW, «Дженерал Моторс», «Порше», «Мерседес-Бенц» и других). Объясняется это сложностью конструктивного его оформления в малоразмерной топливной аппаратуре дизелей таких автомобилей.

Поскольку процесс отключения цилиндров на холостом ходу и малых нагрузках в первую очередь связан с отключением топливоподачи в определенные цилиндры, то наибольший интерес для исследования автомобильного дизеля представляет именно этот способ отключения цилиндров. Попытки применения результатов таких исследований на транспортных дизелях КАМАЗ-740, ЯМЗ-238, DS-11, Д-240 и MAN показали, что этот вопрос требует дальнейшего изучения, в направлении отключения топливоподачи в цилиндры дизеля, за счет совершенствования конструкции топливной аппаратуры. Это связано с тем, что повышение экономичности дизелей связано в основном со снижением неполноты сгорания топлива, тепловых и механических потерь.

У дизелей при отключении подачи топлива в часть цилиндров, когда оставшиеся работающие цилиндры совершают большую работу, цикловые подачи топлива в этих цилиндрах возрастают. Это приводит к улучшению распыливания топлива, распределению его по объему камеры сгорания, уменьшению неравномерности подачи топлива по секциям ТНВД и снижению нестабильности подач топлива в последовательности циклов, что благоприятно сказывается на индикаторном КПД и других показателях работы дизеля.

Таким образом, использование способа отключения только топливоподачи на дизелях транспортных средств средней грузоподъемности, на режимах холостого хода и малых нагрузок для повышения топливной экономичности требует разработки расчетных методов определения и обоснования количества отключаемых цилиндров, режимов работы дизеля, на которых это отключение эффективно. Не изучен вопрос о режимах включения цилиндров и возможном влиянии этого переходного режима на работу машин.

Сформулированы задачи исследования, перечисленные выше в общей характеристике работы.

Вторая глава посвящена разработке математической модели и метода теоретического обоснования режимов отключения и включения топливоподачи части цилиндров автомобильного дизеля для экономии топлива. Критерием эффективности отключения топливоподачи части цилиндров дизеля выбран часовой расход топлива Gт.

Получено аналитическое представление зависимости индикаторного КПД от среднего индикаторного давления. Совокупное влияние факторов: совершенство процесса сгорания и изменение коэффициента наполнения приводит к тому, что с увеличением среднего индикаторного давления индикаторный КПД сначала растет, а затем уменьшается. Таким образом, для зависимости индикаторного КПД от нагрузки характерно наличие максимума iтах. Это и позволяет в зоне малых нагрузок, пока среднее индикаторное давление Pi в отдельных цилиндрах не превышает среднего индикаторного давления при max КПД Pii, повышать общее среднее индикаторное давление дизеля Pi путем отключения подачи топлива в части цилиндров и повышения среднего индикаторного давления в работающих цилиндрах Pip до Pii. Для характеристики режима работы желательно использовать баланс мощностей и работ, которые необходимо выразить через среднее индикаторное давление Рі и среднее давление механических потерь Pт отдельных цилиндров.

Выразив эффективную нагрузку в виде зависимости среднего эффективного давления Pe, среднего индикаторного давления работающих цилиндров Pip, количества работающих цилиндров np, давления механических потерь Pт и общего числа цилиндров n дизеля:

Pe n = Pip np – Pm n, (1)

, (2)

Для режима холостого хода, когда Pe = 0,

Pip = Pm · n / np

Среднее индикаторное давление Рi возрастает обратно пропорционально числу работающих цилиндров или пропорционально отношению n / np.

Для получения более общей зависимости ipб от нагрузки Pi и числа отключенных цилиндров необходимо выразить аналитической зависимостью i = f(Pi).

Анализ вида этой зависимости для дизелей позволил определить ее следующие свойства:

1) функция непрерывна;

2) функция гладкая;

3) функция имеет один явно выраженный максимум imax при Pii;

4) наименьшее значение Pimin равно Pm и при этом i = imin;

Для проводимого исследования основное значение имеет левая ветвь зависимости, когда индикаторный КПД і уменьшается при снижении среднего индикаторного давления Рі.

Для аппроксимации такой характеристики используем параболическую зависимость типа: y = a - bx2.

Представим зависимость безразмерной величины индикаторного КПД i от безразмерного относительно среднего индикаторного давления (рис. 1), определяющегося как отношение среднего индикаторного давления Рі к среднему индикаторному давлению при максимальном КПД Рii :

Представим аналитически эту зависимость в виде квадратичной параболы: (3)

Значение коэффициентов уравнения (3) а и в найдем из начальных условий.

При, Pe= 0 и ;

При ; ;

Подставив эти условия в (4), получим

; (4)

Подставим в уравнение (4) среднее индикаторное давление рабо-тающих цилиндров при отключении n-np цилиндров:

(5)

1

Рис. 1. Зависимость индикаторного КПД i от относительного среднего индикаторного давления.

Pages:     || 2 | 3 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»