WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 ||

Как видно из рис. 1, полученные значения коэффициентов расхода для рассматриваемых каналов с клапанами, определяемые расчетным путем и опытным, с помощью статической продувки, хорошо согласуются.

Результаты расчетного исследования протекания составляющих коэффициента наполнения v в зависимости от частоты вращения коленчатого вала представлены на рис. 2.

Рис. 2. Влияние различных факторов на величину коэффициента наполнения в зависимости от частоты вращения коленчатого вала дизеля 4ЧН15/20,5:

— – комплектация дизеля ТКР-8,5;

– – – комплектация ТКР-11Н

В целом характер протекания v с учетом рассмотренных обстоятельств для тракторного дизеля названной размерности, укомплектованного турбокомпрессорами ТКР-8,5 и ТКР-11Н, иллюстрируется рисунком 3. Результаты расчетных исследований на нем сопоставлены с результатами эксперимента. Как видно, степень согласованности результатов эксперимента и расчета хорошая.

Сказанное позволяет заключить, что приведенный метод оценки величины коэффициента наполнения позволяет уже на стадии проектирования двигателя (и, в частности, его впускных органов) принимать меры, способствующие улучшению наполнения цилиндров свежим зарядом.

Рис. 3. Влияние частоты вращения на величину коэффициента наполнения: – эксперимент, – – – расчет (дизель 4ЧН15/20,5 с ТКР-8,5);

– эксперимент, – – – расчет (дизель 4ЧН15/20,5 с ТКР-11Н)

В третьей главе рассматриваются объект и предмет исследования. Приведена методика экспериментального исследования рабочего цикла дизеля и методика исследования впускных каналов на безмоторной установке. Описаны конструкции одноцилиндрового двигателя и безмоторной установки, измерительная, регистрирующая и специальная аппаратура, используемая в эксперименте, а также особенности ее использования. Приведена программа испытаний.

В четвертой главе приводятся результаты экспериментальных исследований, выполненных в соответствии с разработанной автором методикой.

В результате исследований в ходе стендовых испытаний дизеля ЧН14,5/20,5, укомплектованного четырехклапанной головкой цилиндров, на режиме внешней скоростной характеристики в диапазоне частот вращения
n = 800...1300 мин–1 установлено, что применение четырехклапанной головки цилиндров позволяет снизить среднее давление механических потерь рм на 0,023 МПа (14,1 %), уменьшить удельный эффективный расход топлива ge – на 6 г/(кВтч), снизить температуру отработавших газов на 60 оС и степень дымности Rа – на 8...10 %. При этом коэффициент наполнения повышается на 0,043 (4,5 %), коэффициент избытка воздуха увеличивается на 0,101 (6,2 %)
(рис. 4). Снижение дымности объясняется работой дизеля при больших значениях и интенсификацией процесса горения топлива, так как продолжительность процесса сгорания сократилась на 20 град ПКВ.

Рис. 4. Скоростная характеристика дизеля ЧН14,5/20,5:

оо – двухклапанная головка; – – четырехклапанная головка

О более полном сгорании свидетельствует увеличение коэффициента эффективности сгорания на 0,05 (5,7 %) за счет уменьшения потерь теплоты в стенки и потерь вследствие неполноты сгорания. В зависимости от частоты вращения коленчатого вала и места расположения термопар температура поршня снизилась на 3...12 оС при комплектации дизеля опытной четырехклапанной головкой цилиндра. Улучшение показателей дизеля с четырехклапанной головкой наблюдается и при работе по нагрузочной характеристике.

Экспериментальными исследованиями дизеля 4ЧН14,5/20,5, укомплектованного головками цилиндров с эксцентричными подклапанными фасками на режиме скоростной характеристики в диапазоне частот вращения n = 950…1250 мин–1 установлено, что применение данного профиля фасок с прокладками газового стыка, имеющими концентричные отверстия под гильзы цилиндры, позволяет улучшить экономические показатели дизеля. Так удельный эффективный расход топлива ge снизился 1,5...3,5 г/(кВтч), температура отработавших газов tr уменьшилась на 5...10 оС, коэффициент наполнения и коэффициент избытка воздуха возросли соответственно на 0,6 и 0,8 %. Показатели работы дизеля улучшились и на других режимах.

Выполненными исследованиями дизеля 4ЧН14,5/20,5, укомплектованного головками цилиндров с равными диаметрами впускной и выпускной горловины (dгвп = dгвып = 52 мм), на режиме сравнительной характеристики при одинаковой мощности на разных скоростях режимах установлено, что удельный эффективный расход снизился на 2,0...6,0 г/(кВтч), температура отработавших газов уменьшилась на 2...20 °С, коэффициент наполнения увеличился на 0,9...1,5%, коэффициент избытка воздуха увеличился на 1,8...3,6 % по сравнению с серийным исполнением. Показатели работы дизеля улучшились и на других режимах.

Кроме того, проведенные испытания на режиме скоростной характеристики дизеля 4ЧН14,5/20,5 с головками цилиндров, имеющими увеличенный диаметр впускной и выпускной горловин (для впускной с 54 мм до 56 мм), также дали положительный результат (коэффициент наполнения увеличился на 0,5...1,0 %).

Исследования впускных каналов с различными углами седел уплотнительных фасок клапанов позволило дать качественную оценку их пропускной способности. Так, при работе дизеля 4ЧН14,5/20,5 по нагрузочной характеристике при частоте вращения, соответствующей номинальной мощности
(n = 1250 мин–1), переход с угла уплотнительной фаски седла впускного клапана с 45 на 30 о позволил снизить удельный эффективный расход топлива на 2,0...4,0 г/(кВтч), коэффициент наполнения возрос на 1,0...1,7%.

В пятой главе описываются конструктивные мероприятия, рекомендованные для улучшения показателей рабочего цикла тракторного дизеля. Проведенные экспериментальные исследования позволили разработать новые технические решения. Как показали исследования, приоритетным направлением повышения технического уровня дизеля является применение четырехклапанной головки цилиндров.

Такая конструкция головки цилиндров позволяет лучше использовать площадь головки, ограниченной контуром цилиндра, для размещения проходных сечений впускных и выпускных горловин каналов.

На наполнение цилиндров свежим зарядом оказывают влияние конструкция подклапанной части впускного и выпускного каналов, а также элементы камеры сгорания. На основании проведенных исследований была изменена конструкция подклапанной фаски впускного и выпускного каналов: с концентричной, выходящей за диаметр цилиндра на эксцентричную, не выходящую за диаметр цилиндра. Предложена также конструкция головки цилиндров с дополнительной полостью на огневом днище.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ, ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

Анализ полученных экспериментальных и теоретических материалов позволяет сделать следующие выводы и рекомендации по работе.

1. Предложена методика расчета коэффициента наполнения дизеля с учетом влияния суммарных потерь во впускных каналах: от газодинамического сопротивления, подогрева воздушного заряда, расширения остаточных газов, заброса газов во впускной коллектор и увеличения от дозарядки.

На основании анализа результатов численного и натурного эксперимента установлено, что газодинамические потери в величине коэффициента наполнения в диапазоне частот вращения от 900 до 1250 оборотов коленчатого вала дизеля 4ЧН15/20,5 составляют 10,5...19,6 %; потери, обусловленные подогревом воздушного заряда, находятся в пределах 5,8...6,2 %; потери от затраты части хода поршня на расширение остаточных газов до давления перед впускными клапанами не превышают 1 %; потери, вызванные забросом воздушного заряда во впускной тракт двигателя, составляют примерно 2,6 %. Увеличение коэффициента наполнения за счет процесса дозарядки находится в пределах
11,2...15,6 %.

2. На основании анализа явлений, протекающих при впуске в цилиндры свежего заряда, разработан способ расчетного определения коэффициента расхода воздуха и получена математическая модель, учитывающая влияние на его величину сопротивления проточной части впускных каналов. Полученная модель может быть использована (и использовалась автором) при проектировании впускных каналов дизелей типа 4ЧН15/20,5 и 4ЧН14,5/20,5.

3. Результаты исследования автора позволили предложить ряд конструктивных решений, направленных на улучшение показателей дизелей. В частности, предложено для дизелей 4ЧН15/20,5 и 4ЧН14,5/20,5 использование четырехклапанной головки цилиндров, эксцентричных подклапанных фасок, увеличенного диаметра горловины впускного канала, применение дополнительной полости на огневом днище головки цилиндров и др. Некоторые из них (например, эксцентричные подклапанные фаски) защищены авторскими свидетельствами и внедрены в производство.

4. Проведен комплекс экспериментальных работ, позволивших установить, что применение четырехклапанной головки цилиндров на дизеле ЧН14,5/20,5 позволяет на режиме внешней скоростной характеристики в диапазоне частот вращения коленчатого вала 800...1300 мин–1 снизить среднее давление механических потерь на 0,023 МПа (14,1 %), уменьшить удельный эффективный расход топлива на 6 г/(кВтч), снизить температуру отработавших газов на 60 °С и степень дымности – на 8,0...10 %. При этом продолжительность процесса сгорания снижается примерно на 20 град ПКВ, коэффициент наполнения повышается на 0,043 (4,5 %), коэффициент избытка воздуха увеличивается на 0,101 (6,2 %).

5. Исследование показателей работы по нагрузочным характеристикам дизелей 4ЧН14,5/20,5 и 4ЧН15/20,5 с улучшенными параметрами впускных каналов обеспечивает снижение на 3,0...5,5 г/(кВтч) удельного эффективного расхода топлива при эксцентричных подклапанных фасках, увеличение диаметра горловин каналов позволяет снизить этот параметр на 2,0...3,0 г/(кВтч). При этом коэффициент наполнения увеличивается на 0,5 и 0,7...1,0 % соответственно.

6. Изменения, внесенные в организацию процесса впуска за счет применения дополнительной полости на огневом днище головки цилиндров, обеспечили снижение удельного эффективного расхода топлива на 2,0...4,5 г/(кВтч) (для дизеля ЧН15/20,5 при среднем эффективном давлении 0,8...1,0 МПа и
n = 950 мин–1) и уменьшение температуры отработавших газов на 5...10 °С.

7. В результате изменения, внесенного в организацию процесса газообмена, связанного с изменением диаметра цилиндра со 145 мм на 150 мм, коэффициент наполнения на дизелях 4ЧН15/20,5 свежим зарядом при работе по внешней скоростной характеристике увеличился на 0,022 (2,4 %), температура отработавших газов снизилась на 20...35 °С и температура огневого днища головки цилиндров – на 9...63 °С. При этом удельный эффективный расход топлива снизился на 3 г/(кВтч).

8. Результаты работы используются при проектировании и изготовлении дизелей на ООО «ЧТЗ-УРАЛТРАК». Теоретические разработки, программы расчета и исследовательское оборудование используются в учебном процессе Южно-Уральского государственного университета при подготовке специалистов по профилю «Двигатели внутреннего сгорания».

Список публикаций в изданиях, рекомендованных ВАК

1. Клебанов, Г.Б. Повышение долговечности головок цилиндров / Г.Б. Клебанов, И.Г. Гаврилова, И.И. Дмитриева, В.А. Поваляев // Техника в сельском хозяйстве. – 1975. – № 12. – С.59 – 60.

2. Лазарев, А.А. Улучшение показателей тракторного двигателя путем применения четырехклапанного газораспределения/А.А.Лазарев, Г.Б.Клебанов, В.А.Поваляев, В.М.Бунов//Тракторы и сельхозмашины. – 1976. – № 4. – С.13 – 15.

3. Лазарев, А.А. Повышение эффективности четырехклапанной головки цилиндров / А.А.Лазарев, Г.Б.Клебанов, В.А.Поваляев, В.М.Бунов// Тракторы и сельхозмашины. – 1977. – № 6. – С.8-9.

4. Лукин, В.Д. Износы в паре седло–клапан механизма газораспределения и борьба с ними путем подбора материалов и закалки Т.В.Ч. / В.Д.Лукин, В.А.Поваляев, С.Н.Пужевский // Двигателестроение. – 1980. – № 11. – С.39 – 44.

5. Бунов, В.М. Влияние потерь во впускных каналах головок цилиндров на коэффициент наполнения тракторного дизеля / В.М.Бунов, В.А.Поваляев // Вестник ЮУрГУ. Серия "Машиностроение". – 2003. – Вып. 3 – №1(17). – С.20 – 24.

6. Шароглазов, Б.А. Расчетная оценка качества наполнения свежим зарядом цилиндров поршневого двигателя на стадии проектирования/ Б.А.Шароглазов, В.А.Поваляев // Вестник ЮУрГУ. Серия "Машиностроение". – 2008.– Вып. 12 – № 23( 123). – С.20 – 25.

Кроме того были опубликованы следующие работы:

1. Поваляев, В.А. Разработка механизма привода клапанов системы газообмена форсированного тракторного дизеля/ В.А. Поваляев // Агрегаты наддува и их совместная работа с дизелями: материалы научн.-техн. конф. ЧФ НАТИ. – Челябинск, 1981. – 7 с. Деп. в ЦНИИТЭИтракторосельхозмаш, 1982. – № 234.

2. Поваляев, В.А. Определение коэффициента расхода впускных каналов тракторного дизеля / В.А. Поваляев, В.М. Бунов // Конструирование и эксплуатация наземных транспортных машин: сб. науч. тр.– Челябинск: Изд-во ЮУрГУ, 2002. – С. 47–51.

Личный вклад в статьях и авторских свидетельствах, опубликованных в соавторстве, составляет не менее 50%.

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

Техн. редактор А.В. Миних

Издательство Южно-Уральского государственного

университета

Подписано в печать 2008. Формат 6084 1/16. Печать офсетная.

Усл. печ. л. 0,99. Уч.-изд. л. 1. Тираж 100 экз. Заказ

Отпечатано в типографии Издательства ЮУрГУ. 454080, г. Челябинск,

пр. им. В.И. Ленина, 76

Pages:     | 1 ||






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