WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 |

Для определения числа работающих или отключенных цилиндров, при которых обеспечивается максимальный индикаторный КПД, продифференцируем уравнение (5) по n/nр. Следует учесть, что n/nр величина дискретная и для дифференцирования нужно допустить возможность любого частичного отключения или уменьшения подачи топлива хотя бы в один цилиндр. Полученное значение следует округлить до целого числа в большую или меньшую сторону и проверить, какое из них соответствует оптимальному по снижению расхода топлива. Будем считать при этом, что при отключении части цилиндров зависимость для работающих цилиндров не меняется и, следова-тельно, являются при дифференцировании величинами постоянными:

(6)

Приравняем производную нулю, получим условие достижения максимального индикаторного КПД в работающих цилиндрах и при отключении части цилиндров:

или (7)

так как другие случаи, для данной задачи не имеют реального смысла.

Из уравнения (7) следует, что максимальный индикаторный КПД и, следовательно, топливная экономичность дизеля на режимах холостого хода и близким к ним режимам малых нагрузок достигается при отключении подачи топлива в части цилиндров по соотношению:

, (8)

а так как, то = или.

Для режима холостого хода, тогда =.

Величину достижимого индикаторного КПД при отключении части цилиндров определим из уравнения (5), подставив в него значение (8):

, (9)

то есть i = imax, получим максимально возможный индикаторный КПД для данного дизеля на данном скоростном режиме. Если число отключенных цилиндров будет меньше или больше чем определенное по уравнению (7), то достигнутый i получим меньше, чем imax.

Если характеристика дизеля такова, что imin imax, то есть нет выраженного максимума КПД, то и в отключении цилиндров нет никакого смысла, так как этим способом невозможно улучшить топливную экономичность.

При n = 1000, 1200, 1400, 2600 мин-1 получены зависимости индикаторного КПД от нагрузки Рi, i = f (Pi), дизеля КАМАЗ-740.10-20 (рис. 2).

Рис. 2. Зависимость индикаторного КПД i от нагрузки Pi

при nдв =1000 мин-1.

а) * - зависимость экспериментальная; б) - зависимость расчетная

В третьей главе представлена методика экспериментальных исследований. Проведение экспериментальных исследований осуществлялось в три этапа.

На первом этапе определены базовые характеристики дизеля: расход топлива на холостом ходу при Pe = 0 и всех работающих цилиндров для различных частот вращения коленчатого вала n = 800, 1000, 1200, 1400 мин-1. Измерялся часовой расход топлива Gт дизеля.

Величина часового расхода топлива при работающих всех восьми цилиндров соответствовало техническим характеристикам, установленным заводом-изготовителем.

На втором этапе экспериментально проверялась принципиальная возможность отключения количества цилиндров от одного до четырех по условиям пуска и устойчивости работы дизеля на режиме холостого хода.

Во всех случаях дизель пускался хорошо. Работа дизеля на четырех, пяти, шести и семи цилиндрах устойчивая. Повышения вибрации дизеля не отмечено. Температурный режим охлаждающей жидкости и масла устанавливался близким к постоянному на всех скоростных режимах и соответствовал: Tож=80 85 °С, Tм=65 70 °С.

На третьем этапе определялись возможности улучшения экономичности при отключении двух и четырех цилиндров на частотах вращения коленчатого вала n = 800, 1000, 1200, 1400 мин-1, а в случае получения значительной экономии топлива при n = 1600, 1800, 2000, 2200, 2400, 2600 мин-1.

При определении величины расхода топлива на различных частотах вращения коленчатого вала в диапазоне n = 800 1400 мин-1 на холостом ходу без нагрузки работа дизеля оказалась экономически эффективной.

Все эти режимы испытаний характеризовались отсутствием эффективной нагрузки Pe = 0, Ne = 0, индикаторная мощность определялась мощностью механических потерь Ni = Nм.

Стендовые испытания дизеля проводились в лаборатории кафедры «Двигатели» Челябинского ВВАКИУ (ВИ) с10.04.2005 г. по 16.04.2005 г., на стенде. Оборудование и приборы стенда аттестованы, точность измерения соответствовала ГОСТ 14846-81. В основу методики экспериментального исследования легли стандартные методы, изложенные в ГОСТ 14846-81 «Двигатели автомобильные. Методы стендовых испытаний».

Измеряемые величины заносились в протокол испытаний. Сохранялось неизменность регулировки дизеля и его систем. Выдерживался минимальный промежуток времени между различными этапами испытаний для обеспечения идентичного технического состояния объекта.

В четвертой главе представлен анализ результатов теоретического и экспериментального исследования, приведены результаты экспериментальных исследований, сделаны выводы по эффективности отключения цилиндров, проведена оценка адекватности математической модели и методики расчета

Теоретическими и расчетными исследованиями было показано, что на рассматриваемых автомобильных дизелях на режимах малых частот вращения коленчатого вала и на холостом ходу можно путем отключения топливоподачи в части цилиндров, за счет повышения индикаторного КПД в работающих цилиндрах, достичь определенной экономии топлива.

В качестве объекта экспериментального исследования выбраны: дизель КАМАЗ-740.10, установленный на полноприводный автомобиль Урал-43201, дизель установлен в серийном исполнении моторного отсека и дизель КАМАЗ-740.10, установленный на стенде кафедры «Двигатели» Челябинского высшего военного автомобильного командно-инженерного училища (военного института). Оба дизеля исполнены первой комплектности, четырехтактные, 8-цилиндровые, V–образные, мощностью 154(210) кВт (л.с.). Системы воздухоснабжения, выхлопа систем питания топлива, смазки, охлаждения и отработавших газов выполнены в заводском исполнении.

Для решения поставленных задач в ведомой рейке ТНВД был выполнен специальной формы паз (рис. 3), обеспечивающей отключение подачи топлива в цилиндры дизеля одного блока на режимах холостого хода и малых нагрузках.

Из расчета режимов отключения подачи топлива четырех цилиндров дизеля определяли положение рейки или ход от нулевой подачи до положения, соответствующего режиму окончания отключения hp на рис. 4.

Рис. 4. Рейка ТНВД со специальной формой паза:

а – рычаг реек; б – ведомая рейка; в – траектория рычага реек.

А1 – точка начала включения подачи топлива;

А2 – точка окончания включения подачи топлива

В пределах свободного хода рычаг реек не должен касаться паза ведомой рейки, для этого в рейке выполнен паз на глубину hp = 3 мм с контуром нижней кромки в виде дуги окружности радиуса R + d / 2 = 37 мм, а в верхней кромке – дуги R – d / 2 = 32 мм (рис. 4).

После касания рычагом реек (а) ведомой рейки (б) в точке А1 (см. рис. 4) начинается включение цилиндров, то есть перемещается ведомая рейка вплоть до выхода точки касания рычага с пазом ведомой рейки на начальную поверхность паза. Для этого рычаг от точки А1 выходит на точку А2 (см. рис. 4). За время, отведенное для включения, необходимо включить все цилиндры на нормальную (согласно техническим условиям) для этого положения рейки подачу топлива.

Ограничением для кривизны профиля паза является отсутствие заклинивания этого механизма кулачкового типа по трению.

Задачей экспериментальных исследований являлось экспериментальная проверка адекватности математической модели и достоверности полученных теоретических результатов, поскольку эти результаты получены на основе модели процесса отключения цилиндров при ряде допущений.

Дизель КАМАЗ-740.10-20, использованный в теоретическом анализе, является опытным образцом с улучшенными экономическими показателями. Его характеристики на момент проведения эксперимента для дизелей КАМАЗ являлись наилучшими. Тем не менее, разность в расходах топлива с серийным дизелем на режиме холостого хода не являлась большой и не превышала 15 %, имеет идентичный качественный характер зависимости от частоты вращения коленчатого вала.

Кроме того, учитывали, что достичь улучшения экономичности отключением подачи топлива в цилиндры дизеля наиболее сложно на дизелях с высокой экономичностью. Поэтому если при теоретической оценке эффективность отключения топливоподачи в цилиндры дизеля доказана для высокоэкономичного дизеля КАМАЗ-740.10-20, то можно ожидать на серийном дизеле не меньшего, а даже большего улучшения экономичности.

При работе дизеля на четырех цилиндрах на режимах холостого хода в диапазоне n = 1000 1400 мин-1 снижение расхода топлива дизеля, как видно из графика (рис. 5), составило до 6 % от часового расхода при работе дизеля без отключения цилиндров. Из проведенного эксперимента определили, что для дизеля КАМАЗ-740.10 при работе его на холостом ходу при частотах вращения коленчатого вала n = 1000 1400мин-1 снижение расхода топлива при отключении четырех цилиндров составляет 0,13 0,15 кг/ч.

Рис. 5. Характеристика холостого хода Gт исследуемого дизеля:

а) при работе восьми цилиндров;

б) при работе четырех цилиндров

Для сравнения результаты испытаний приведены на рис. 5 и позволяют сделать следующие выводы:

1. Целесообразное компромиссное для всех режимов число отключаемых цилиндров в восьми цилиндровом дизеле составляет четыре.

2. Наибольшее снижение расхода топлива на режимах пониженных частот вращения коленчатого вала n = 1000 1400 мин-1.

3. В целом метод позволяет уменьшить расход топлива дизеля на режимах холостого хода при n = 1000 1400 мин-1 до 6 %.

На рис. 6 представлены результаты расчета улучшения топливной экономичности Gт (сплошная линия) от частоты вращения коленчатого вала nдв при отключении двух цилиндров, здесь значками показаны экспериментальные значения улучшения экономичности Gт в тех же условиях.

Рис. 6. Уменьшение расхода топлива за счет отключения двух цилиндров:

а) * * * - характеристика экспериментальная; б) - характеристика расчетная

Сравнение этих данных позволяет утверждать о хорошей сходимости теоретических и экспериментальных зависимостей. Относительная погрешность не превышает 2 %.

Эти результаты позволяют утверждать об удовлетворительной адекватности разработанной математической модели и расчетного метода оценки улучшения топливной экономичности при отключении цилиндров.

ВЫВОДЫ

1. Эффективность отключения топливоподачи в цилиндры автомобильного дизеля с целью экономии топлива на режимах холостого хода и малых нагрузок определяется характером зависимости индикаторного КПД i от нагрузки Pi.

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

3. Для дизеля КАМАЗ-740.10-20 целесообразно реализовать отключение и рациональное плавное включение подачи топлива в цилиндры, используя разработанную конструкцию рейки V-образного ТНВД.

4. Зависимость индикаторного КПД от нагрузки с достаточной точностью представляется в виде квадратичной параболы, используя в качестве характеристики нагрузки относительное среднее индикаторное давление. В качестве исходных данных для аппроксимации достаточно экспериментальной характеристики Вилланса или расчетных данных по известным методам расчета рабочего цикла.

5. Методика оценки эффективности повышения топливной экономичности по отключению цилиндров и определение оптимального количества отключаемых цилиндров разработана на базе обобщений аналитической зависимости индикаторного КПД от относительного среднего индикаторного давления. Методика является универсальной и возможно ее использование для других типов и марок дизелей.

6. Для дизеля КАМАЗ-740.10-20 теоретически обоснована целесообразность отключения четырех цилиндров. При этом улучшение топливной экономичности составляет при nдв=1000мин-1 – 5,6%, при nдв=1200 мин-1 – 5,1 %, при nдв=1400 мин-1 – 4,5 %, при nдв = 2600 мин-1 – 0 %. Показано, что наиболее эффективно отключение при малых частотах вращения коленчатого вала.

7. Экспериментальные исследования отключения цилиндров дизеля КАМАЗ-740.10 подтвердили теоретические выводы, адекватности разработанной модели и метода расчета, и позволяют рекомендовать отключение четырех цилиндров одного блока на режимах малых нагрузок и холостого хода. Экономия топлива при этом составляет 0,15 кг на один дизель в час, 55 кг в год и 825 кг за время эксплуатации. Экономический эффект оценивается в сумме 1320 руб. в год, что подтверждено расчетами.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Драгунов, Г.Д. Метод оценки эффективности отключения цилиндров автомобильного дизеля / Г.Д. Драгунов, А.Н. Медведев // Двигателестроение. 2007. №4 С. 2022.

2. Драгунов, Г.Д. Анализ экспериментальных характеристик дизеля на режимах холостого хода и малых нагрузках / Г.Д. Драгунов, А.Н. Медведев // ХХVI Российская школа по проблемам науки и технологий. Краткие сообщения: сб. науч. тр. – Екатеринбург: Уральское отделение РАН, 2006. – С. 145–151.

3. Драгунов, Г.Д. Теоретическое обоснование режимов включения и отключения цилиндров автомобильного двигателя для экономии топлива / Г.Д. Драгунов, А.И. Жежера, А.Н. Медведев // Механика и процессы управления: труды ХХХIV Уральского семинара: сб. науч. тр. – Екатеринбург: Уральское отделение РАН, 2004. – Том 2. – С. 111–117.

4. Медведев, А.Н. Повышение топливной экономичности и экологической безопасности дизельных двигателей / А.Н. Медведев, Е.П. Меркулов // Научный вестник: выпуск 16. – Челябинск: ЧВАИ, 2003. – С. 38–45.

5. Потапов, А.В. Современные способы повышения экономичности автомобильного транспорта / А.В. Потапов, А.Н. Медведев // Повышение эффективности силовых установок колесных и гусеничных машин: научный вестник: сб. науч. тр. – Челябинск: ЧВАИ, 2000. – С. 72–78.

6. Суркин, В.И. Повышение экономичности и экологических показателей работы дизельного двигателя / В.И. Суркин, И.А. Ильчук, А.Н. Медведев // Научно–методический сборник. Выпуск 50. Часть 1. – Омск: Изд–во ОТИ, 2001. – С. 52–56.

7. Суркин, В.И. Повышение топливной экономичности двигателей путем отключения части цилиндров / В.И. Суркин, А.Н. Медведев // Материалы ХLII научно–технической конференции ЧГАУ. – Челябинск: Изд–во ЧГАУ, 2003. – С. 252–259.

Патент:

Pages:     | 1 || 3 |






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