WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 |

На правах рукописи

Поваляев Валентин Александрович

УЛУЧШЕНИЕ ПОКАЗАТЕЛЕЙ РАБОТЫ

ТРАКТОРНОГО ДИЗЕЛЯ

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕМ ВПУСКНЫХ КАНАЛОВ

Специальность 05.04.02 – «Тепловые двигатели»

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Челябинск

2008

Диссертация выполнена на кафедре «Двигатели внутреннего сгорания» Южно-Уральского государственного университета (ЮУрГУ, г. Челябинск) и в ООО «ЧТЗ-УРАЛТРАК» (г. Челябинск).

Научный руководитель доктор технических наук, профессор Бунов В.М.

Научный консультант доктор технических наук, профессор,

заслуженный деятель науки РФ

Шароглазов Б.А.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор,

заслуженный деятель науки РФ

Кукис В.С.,

кандидат технических наук, доцент

Малозёмов А.А.

Ведущее предприятие – ОАО «СКБ “ТУРБИНА”», г. Челябинск.

Защита состоится 26 ноября 2008 г., в 15 часов, на заседании диссертационного совета Д 212.298.09 при Южно-Уральском государственном университете по адресу: 454080, г. Челябинск, пр. им. В.И. Ленина, 76, зал диссертационного совета (10-й этаж главного корпуса).

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

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.

E-mail: D212.298.09@mail.ru

Автореферат разослан «_____»___________________2008 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

доктор технических наук, профессор Лазарев Е.А.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы исследования. На современном этапе развития тракторных дизелей одной из главных задач их совершенствования является повышение удельной мощности и улучшение топливной экономичности.

Проблеме увеличения производства и модернизации промышленных тракторов Т-10 и, в частности, тракторных дизелей Д-180, пользующихся устойчивым спросом в условиях рыночной экономики, большое внимание уделяется руководством ООО «ЧТЗ-УРАЛТРАК». Подтверждением может служить монография генерального директора этого предприятия – доктора экономических наук В.М. Платонова «Стратегии антикризисного управления и реструктуризации промышленных предприятий» (Челябинск: Изд-во ЮУрГУ, 2004. – 252 с.).

К числу систем, определяющих мощность и топливную экономичность тракторного дизеля, относится система впуска, важнейшими элементами которой являются впускные каналы. На стадии проектирования двигателя целесообразно использовать такую расчетную схему оценки газодинамического совершенства впускных каналов с клапанами, которая в наибольшей степени определяет особенности реально протекающих процессов. Натурные эксперименты по отработке конструкции проточной части впускных каналов с клапанами требуют значительных средств. Для снижения стоимости экспериментальных работ и сокращения общей продолжительности доводки конструкции впускных каналов целесообразно применять методы расчетного эксперимента. В этой связи тема диссертационного исследования, посвященная совершенствованию элементов системы впуска и методов расчетной оценки их эффективности, актуальна.

Цель работы улучшение показателей работы тракторного дизеля совершенствованием впускных каналов посредством разработки мероприятий по снижению газодинамического сопротивления проточной части и более полному использованию эффективных проходных сечений.

Реализация поставленной цели потребовала решения следующих задач.

1. Разработать методику расчета коэффициента наполнения, которой учитывается влияние конструкции впускных каналов на качество зарядки цилиндров двигателя.

2. Выявить взаимосвязь между коэффициентом наполнения цилиндров свежим зарядом и коэффициентом расхода впускных каналов.

3. Предложить расчетную модель коэффициента расхода впускных каналов, учитывающую влияние на этот параметр конструктивных особенностей проточной части канала и числа клапанов.

4. На основании экспериментальных исследований оценить степень достоверности и эффективность предлагаемого метода определения коэффициента наполнения и расчетной модели коэффициента расхода впускных каналов.

5. Разработать ряд мероприятий по улучшению проточной части впускных каналов тракторных дизелей производства ООО «ЧТЗ-УРАЛТРАК», способствующих улучшению технико-экономических показателей дизелей.

Объектом исследования являются впускные каналы головок цилиндров, тракторных дизелей с объемно-пленочным смесеобразованием.

Предметом исследования являются процессы, происходящие во впускных каналах головок цилиндров, характеристики которых обусловлены газодинамическими факторами, зависящими от условий течения воздушного заряда в проточной части и клапанной щели, и в конечном итоге, – от режима работы двигателя.

Методы исследования. Для решения поставленных задач использовались расчетно-теоретические методы и средства экспериментального исследования ДВС; методы математического, физического и компьютерного моделирования процессов, происходящих во впускных каналах поршневых ДВС; методы математической и статистической обработки экспериментальных данных.

Научная новизна работы

1. Предложена математическая модель для определения коэффициента расхода впускных каналов, позволяющая на стадии проектирования системы впуска обоснованно осуществлять выбор конструктивных параметров таких систем. Отличительной особенностью разработанной модели является учет комплексной взаимосвязи конструктивных параметров (таких как диаметр горловины, подъем клапана, число клапанов, профиль уплотнительной части и др.) и особенностью течения свежего заряда (падающий поток, тангенциальный, степень закрутки и др.) через проточную часть каналов.

2. На базе предложенной модели разработана методика определения коэффициента наполнения цилиндров ДВС свежим зарядом, позволяющая уже на стадии проектирования выполнять численное исследование степени заполнения цилиндра воздушным зарядом с учетом полученного уравнения для коэффициента расхода.

Практическая значимость работы заключается в возможности на стадии проектирования системы впуска осуществлять выбор ее конструктивных параметров, а также выполнять численное исследование «степени заполнения» цилиндра воздушным зарядом. Предложены и обоснованы рекомендации по проектированию впускных каналов и клапанов на основании расчетного определения коэффициента расхода воздуха.

Апробация работы и внедрение результатов. Основные положения диссертации докладывались и обсуждались на ежегодных научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава ЮУрГУ (2001–2002, 2004–2005, 2007г.г.), на научно-технической конференции кафедры «Тракторы и автомобили» ЧГАУ (г. Челябинск) (2001-2002 г.г.), на Международной научно-технической конференции ЮУрГУ, посвященной 60-летию ЮУрГУ и 100-летию со дня рождения профессора И.И. Вибе (2003г.), на Международной научно-технической конференции ЮУрГУ, посвященной 100-летию со дня рождения дважды Героя Социалистического Труда, главного конструктора танковых дизелей И.Я. Трашутина (2006 г.); на научно-технических советах ООО "ГСКБ "ЧТЗ" (2007г.) и ООО "УДМЗ" (г.Екатеринбург) (2007г.); на 60-й юбилейной научной конференции, посвященной 65-летию ЮУрГУ (2008г.); на научно-методическом семинаре кафедры "Двигатели внутреннего сгорания" ЮУрГУ (2008г.); на научно-техническом совете ОАО "НИИ автотракторной техники" (г.Челябинск) (2008г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 25 работ, в том числе 16 статей (из них 6 – по списку ВАК), 3 материалов конференций, 5 авторских свидетельств и 1 патент на полезную модель.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из Введения, пяти глав, выводов и рекомендаций, списка использованной литературы и приложения. Общий объем работы 185 страниц, включая 152 страницы основного текста, содержащего 103 иллюстрации и 13 таблиц. Список литературы включает 174 наименования на 17 страницах.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во Введении обосновывается актуальность темы диссертации. Дается общая характеристика выполненных исследований.

Первая глава посвящена анализу состояния вопроса и постановке задач исследования. Проанализированы конструкции впускных каналов тракторных дизелей. Показана целесообразность оценки совершенства впускных каналов по коэффициенту расхода. Рассмотрены пути и средства совершенства впускных каналов. Намечены задачи исследования.

Вторая глава посвящена численной оценке качества наполнения цилиндра свежим зарядом, теоретическим исследованиям. К важным показателям, используемым для оценки степени аэродинамического совершенства проточной части впускных каналов, относятся коэффициент наполнения v и коэффициент расхода воздуха. Последний определяет граничные условия в момент открытия впускного клапана и эффективную проходную площадь fк в горловине канала с диаметром dг, которая совместно с величиной подъема клапана hк является определяющим размером в МГР. Численное значение является функцией отношения текущего перемещения клапана hк к диаметру горловины впускного канала (hк/dг), что позволяет связать характерные размеры клапана и канала.

Известно выражение для коэффициента наполнения

, (1)

где доз – коэффициент дозарядки; – степень сжатия; ра – давление в конце такта впуска, МПа; рк – давление наддувочного воздуха, МПа; Тк – температура наддувочного воздуха, К; Т – подогрев воздушного заряда, град; тen – коэффициент, учитывающий неравенство теплоемкостей воздушного заряда и отработавших газов; – коэффициент остаточных газов; Тr – температура остаточных газов, К. Записанное (1) не позволяет оценить влияние потерь, обуславливаемых величиной коэффициента расхода на величину v.

Названное обстоятельство в общем виде может быть отображено зависимостью

, (2)

в которой суммарная составляющая, имеющих место потерь при газообмене, может быть представлена в виде:

. (3)

В записанном (3): – уменьшение v, обусловленное газодинамическими потерями; – потери от подогрева воздушного заряда, обусловленные подводом теплоты от горячих стенок и переходом части кинетической энергии движущегося заряда в теплоту; – потери от расширения остаточных газов; – потери от заброса заряда во впускной коллектор; – увеличение v за счет дозарядки.

Связь v с коэффициентом расхода во впускных каналах отображается зависимостью для, которая в общем виде записывается следующим образом:

, (4)

где потери давления воздушного заряда при прохождении его через проточную часть и клапанную щель впускного канала могут быть учтены выражением, предложенным автором

, МПа. (5)

В записанном (5): – коэффициент гидравлического сопротивления проточной части впускного канала и клапанной щели (для канала с падающим потоком  = пр+ пов + сж + кл.щ + уд); к – плотность воздушного потока, кг/м3; pк – давление надувочного воздуха, МПа; Сm – средняя скорость поршня, м/с;
Fц – площадь поперечного сечения цилиндра, м2; (µfк)ср – среднее значение эффективного проходного сечения клапанной щели, м2; iкл – число клапанов.

Потери в наполнении, связанные с подогревом воздушного заряда от стенок и частичного превращения кинетической энергии заряда в теплоту, а также потери коэффициента наполнения, связанные с затратой части хода поршня на расширение остаточных газов до давления перед впускными клапанами, могут быть определены используя известные выражения
А.Э. Симсона.

При работе дизеля на низких частотах вращения коленчатого вала, а также на частичных нагрузках и вхолостую, возможен заброс газов из цилиндра во впускной коллектор (pа1 > рк), что снижает коэффициент наполнения на величину. Это обстоятельство может быть учтено с помощью следующего выражения, предложенного автором:

, (6)

где – значение кинематической функции изменения объема цилиндра при положении поршня, соответствующем моменту закрытия впускного клапана ; n1 – показатель политропы сжатия.

Увеличение коэффициента наполнения за счет процесса дозарядки может быть учтено выражением, предложенным автором

, (7)

где – фаза запаздывания закрытия впускного клапана; – продолжительность фазы впуска.

Используя полученные автором выражения для составляющих газообмена (4), (6) и (7), а также и, для на основании (2) и (3) запишем:

(8)

Для определения коэффициента расхода автором предложено выражение

, (9)

где пр – коэффициент сопротивления прямолинейного участка канала; пов – при повороте канала; тк – от тангенциального профиля канала; сж – от сжатия в проточной части канала; кл.щ. – от сжатия в клапанной щели; вк – от профиля винтового канала; уд – при ударе потока; К1 – коэффициент, учитывающий потери от взаимного влияния впускных горловин в канале четырехклапанной головки цилиндров (К1 = 1 для каналов с одной горловиной);,1 – коэффициенты, учитывающие профиль канала: =0 для каналов с падающим потоком, винтового и канала с двумя клапанами; =1 для каналов с тангенциальным профилем; 1 =0 для каналов с падающим потоком, тангенциального и канала с двумя клапанами; 1=1 для канала с винтовым профилем.

Наибольшие потери связаны с проточной частью в винтовом впускном канале, сопротивление которого определяется характеристикой улитки (можно полагать, что для таких каналов вк = ул).

Для определения сопротивления винтового канала автором предложено выражение в виде полинома пятой степени в зависимости от относительной величины подъема клапана:

(10)

На основании полученных зависимостей по определению коэффициента наполнения, выражение (2), и коэффициента расхода воздуха в проточной части впускных каналов, выражение (9), применительно к дизелям размерности 4ЧН15/20,5, проведены расчетно-теоретические исследования, результаты которых отображены на рис. 1, 2 и 3.

Рис. 1. Изменение коэффициента расхода в зависимости от относительного подъема клапана: – эксперимент; –– – расчет (винтовой канал);

– эксперимент; – расчет (канал с падающим потоком)

Pages:     || 2 |






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