WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 ||

где T – коэффициент теплообмена газов со стенками камеры сгорания, определяемый по известной зависимости Вошни (правомерность использования которой для пусковых режимов подтверждена исследованиями МГТУ им. Баумана); F – текущая площадь теплообмена; Тw – средняя температура стенки камеры сгорания.

Так как при отсутствии сгорания радиационной составляющей теплообмена можно пренебречь, уравнение Вошни для режима прокручивания дизеля сжатым воздухом преобразуется к виду:

, (10)

где w – суммарная скорость газов в цилиндре.

Математическая модель реализована в виде программы на языке Basic. Идентификация математической модели выполнялась сравнением с результатами экспериментальной оценки параметров рабочего тела в камере сгорания дизеля В-84М при прокручивании коленчатого вала воздухом и впрыске масла в цилиндр. Расчетные и экспериментальные индикаторные диаграммы на рисунке 1 свидетельствуют об адекватности расчета и эксперимента.

Рисунок 1 – Давление рабочего тела при прокручивании коленчатого вала с

впрыскиванием масла (n = 100 мин-1, t0 = -20 °С): 1, 3 – в воздухораспределителе (эксперимент, расчет); 2, 4 – в 1-м цилиндре (эксперимент, расчет)

В третьей главе приведены результаты расчетно-теоретической оценки пусковых характеристик дизеля при уплотнении маслом зазора между поршнем и цилиндром. Определены параметры рабочего тела в камере сжатия при различных температурах окружающей среды и эквивалентном зазоре. При впрыскивании масла в цилиндры наблюдается заметное повышение давления и температуры рабочего тела в пространстве сжатия дизеля (рисунок 2), что, несомненно, способствует улучшению воспламенения топлива при пуске. Аналогичное изменение параметров рабочего тела в пространстве сжатия (рисунок 3) наблюдается при уменьшении эквивалентного зазора между поршнем и цилиндром.

Уплотнение маслом и уменьшение зазора является эффективным средством улучшения термодинамических параметров состояния рабочего тела для облегчения процесса пуска дизеля. Для проверки результатов расчетно-теоретического анализа выполнено экспериментальное исследование влияния масловпрыска на пусковые характеристики дизеля.

В четвертой главе описаны методика испытаний, стенд, измерительная аппаратура и устройство масловпрыска. Масло подается через отверстие корпуса в резервуар 2 (рисунок 4). Пружина 3 прижимает поршень 4 ко дну, не пропуская масло в диффузор 6. При подаче сжатого воздуха поршень 4 поднимается на 2…3 мм, открывая доступ масла к диффузору 6. Сжатый воздух через клапан 7 проникает в резервуар 2 и выталкивает масло в диффузор 6 в количестве, определяемом затяжкой пружины клапана 7. Испытания устройства масловпрыска производились на дизеле, установленном в специализированной климатической камере ОАО «НИИ Автотракторной техники», в соответствии с государственными и отраслевыми стандартами на пусковые испытания.

В пятой главе приведены результаты анализа данных экспериментального исследования пусковых характеристик с устройством масловпрыска, включая характеристики прокручивания коленчатого вала дизеля. Выполнена оценка влияния различных факторов, включая количество впрыснутого масла, на значения максимальных температур и давлений рабочего тела в камере сжатия.

Рисунок 4 – Устройство впрыскивания масла для дизеля В-84М

На основании результатов экспериментальных исследований предложена аналитическая зависимость, связывающая температуру сжатия Тс с количеством масла Gм, впрыснутого в цилиндр, частотой вращения n коленчатого вала дизеля и температурой t0 окружающей среды:

, (11)

где Кn и Км – коэффициенты, определяющие, соответственно, степень влияния частоты вращения и количества впрыскиваемого масла (для дизеля В-84М: Кn = 3,12 Кмин, Км = 1,65 К/г).

Определена зависимость эквивалентного зазора от количества масла, впрыскиваемого в цилиндр и частоты вращения в виде полинома:

. (12)

Выражение (12) дополняет систему уравнений (2-10), что позволяет прогнозировать пусковые характеристики модификаций дизелей размерностью 15/18 с масловпрыском на стадии проектирования.

Сформулированы рекомендации по выбору оптимальных величин подачи масла в камеру сгорания, а также по совершенствованию конструкции УМВ: уменьшение объема резервуара до 170 см3, увеличение диаметра жиклера с 3 до 4,5 мм и хода клапана с 2 до 6 мм.

Выполнено сравнение процесса пуска дизеля В-84М сжатым воздухом с устройством впрыскивания масла и без него. Результаты экспериментального сравнения процессов пуска приведены на рисунках 5 и 6.

Процесс пуска дизеля без УМВ (рисунок 5) характеризуется повышенными утечками сжатого воздуха, о чем свидетельствует пониженное давление воздуха в воздухораспределителе, и нестабильным воспламенением топлива. Эти факторы сопровождаются снижением частоты вращения коленчатого вала и приводят к запуску дизеля лишь с третьей попытки, увеличивая продолжительность и снижая надежность пуска дизеля.

Иная картина наблюдается в дизеле, система воздушного запуска которого снабжена устройством масловпрыска (рисунок 6). Уплотнение зазора между поршнем и цилиндром снижает утечки пускового воздуха, о чем свидетельствует повышенное давление в воздухораспределителе. При этом повышается частота вращения коленчатого вала и улучшается состояние рабочего тела в цилиндре дизеля. Следствием этого является стабилизация процесса воспламенения топлива и запуск дизеля с первой попытки. При этом сокращается продолжительность и повышается надежность процесса пуска исследуемого дизеля.

Рисунок 5 – Процесс пуска дизеля В-84М воздухом с ПВВ без УМВ

(масло МТ12В2Рк, Рв = 13,0 МПа, t0 = -20 °С), n = 500 мин-1:

1, 2, 3 – давление на входе, выходе из воздухораспределителя и в 1-м цилиндре

Рисунок 6 – Процесс пуска дизеля В-84М воздухом с ПВВ и УМВ

(масло МТ12В2Рк, Рв = 13,0 МПа, t0 = -20 °С), n = 500…850 мин-1:

1, 2, 3 – давление на входе, выходе из воздухораспределителя и в 1-м цилиндре

Увеличение выноса масла на каждые 50 г влечет рост максимального давления сжатия до 0,2 МПа (рисунок 7). С увеличением частоты вращения степень влияния количества выносимого масла на Рс уменьшается. Максимум давления сжатия достигается при выносе масла 100…120 г, дальнейшее увеличение количества впрыскиваемого масла нецелесообразно.

Впрыск масла способствует росту максимальной температуры сжатия на 18…22 °С, в результате минимальная частота вращения, при которой может быть осуществлен пуск (при t0 = -20 °C), может быть понижена на 5 мин-1.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

В результате выполненного диссертационного исследования можно сделать следующие выводы и рекомендации:

1. Предложена математическая модель состояния рабочего тела в камере сжатия при пуске дизеля подачей в цилиндры сжатого воздуха в виде системы дифференциальных уравнений массового и энергетического баланса рабочего тела с учетом утечек воздуха через зазор между поршнем и цилиндром, геометрических параметров зазора, наличия в нем масла и характера гидродинамических процессов, используя понятие «эквивалентный зазор».

2. В результате расчетно-теоретического анализа пусковых характеристик дизеля с впрыскиванием масла с использованием разработанной математической модели определено:

  • впрыскивание масла в цилиндры позволяет осуществить пуск дизеля при температуре окружающей среды примерно на 7 °С ниже минимально допустимой по техническим условиям;
  • при уменьшении эквивалентного зазора на 0,01 мм максимальная температура сжатия увеличивается на 12,5…15,0 °С, максимальное давление сжатия повышается на 148…153 кПа. Температура окружающей среды, при которой может быть обеспечен надежный пуск дизеля, уменьшается на 14…17 °С;
  • влияние термического сопротивления масляной пленки на стенках камеры сжатия и давления воздуха после воздухораспределителя не оказывает существенного влияния на процессы в камере сжатия при прокручивании коленчатого вала дизеля сжатым воздухом и может не учитываться при расчетном анализе.

3. Установлены закономерности, связывающие максимальную температуру рабочего тела в камере сжатия с количеством масла, впрыскиваемого в цилиндр, частотой вращения и температурой окружающей среды, а также величину эквивалентного зазора с количеством впрыскиваемого масла и частотой вращения коленчатого вала дизеля.

4. Анализ результатов экспериментального исследования процесса прокручивания коленчатого вала и пуска дизеля В-84М, оборудованного масловпрыском и ПВВ, в «климатической камере» в условиях пониженных температур окружающей среды показал:

  • подача масла М-12В2Рк в цилиндры дизеля при температуре -20 °С с помощью устройства масловпрыска способствует уплотнению зазора «поршень - цилиндр» при пуске. Увеличение выноса масла на каждые 50 г приводит к росту максимального давления сжатия на 0,2 МПа;
  • вынос масла из резервуара УМВ при температуре -20 °С составляет 65…70 г за 5 с прокручивания коленчатого вала дизеля. Это приводит к увеличению давления воздуха в цилиндре на 0,2 МПа. Вынос масла в количестве 100…140 г обеспечивается за 10 с прокручивания коленчатого вала;
  • максимальное давление сжатия достигается при выносе масла 10…12 г/цилиндр. Дальнейшее увеличение количества впрыскиваемого масла не приводит к увеличению максимальных давлений и температур сжатия;
  • впрыскивание масла способствует росту максимальной температуры сжатия на 18…22 °С. В результате минимальная частота вращения коленчатого вала, при которой может быть осуществлен пуск дизеля (при t0 = - 20 °C и прочих равных условиях), может быть понижена на 15 мин-1;
  • дизель В-84М с применением УМВ надежно пускается на масле М-12В2РК при температуре окружающей среды -5…7 °С, а без применения УМВ – при -2 °С;
  • на вынос масла из резервуара и его впрыскивание в цилиндры дизеля значительное влияние оказывает вязкость масла. При температуре окружающей среды ниже -25 °С масло М-12В2Рк в цилиндры практически не выносится;
  • заполнение резервуара УМВ маслом через штатный клапан при температуре -20 °С происходит с опозданием на 30 с после создания давления 0,4 МПа в ГММ;
  • величина падения давления пускового воздуха при проходе через устройство масловпрыска не превышает 0,6 МПа;
  • проведенные 16 включений УМВ подтвердили стабильность его функционирования по выносу масла и равномерности распределения его по цилиндрам.

5. Для улучшения пусковых характеристик дизеля типа В-2 (ЧН15/18) с устройством масловпрыска рекомендуется:

  • уменьшение объема резервуара УМВ до 170 см3 в связи с нецелесообразностью увеличения количества впрыскиваемого масла более 10…12 г/цилиндр;
  • увеличение диаметра жиклера с 3 до 4,5 мм и хода клапана с 2 до 6 мм для обеспечения опережения заполнения объема УМВ маслом на 8…10 с относительно момента создания давления масла 0,4 МПа в ГММ;
  • применение подогрева масла в системе масловпрыска при температуре окружающего воздуха ниже -25 °С для улучшения его выноса в цилиндры.

Основные результаты опубликованы в следующих работах:

Ведущие рецензируемые научные журналы и издания

  1. Малозёмов, А. А. Улучшение пусковых характеристик дизелей типа ЧН15/18 использованием масловпрыска [Текст] / А. А. Малозёмов, В. Н. Бондарь, А. С. Шикин, К. В. Роднов // Ползуновский вестник. – 2009. – № 1-2. – С. 298 – 305.

Материалы международных, всероссийских и региональных конференций

  1. Роднов, К.В. Перспективные способы облегчения пуска дизелей объектов транспорта [Текст] / К.В. Роднов // Материалы 4-й Всероссийской науч.-техн. конф. «Политранспортные системы». – Красноярск: ИПЦ КГТУ, 2006. – С. 128 – 129.

Региональные издания

3. Роднов, К.В. Способы запуска ДВС в зимних условиях [Текст] / К.В. Роднов // Науч. сб. Вып. 10. – Челябинск: ЧВВКУ, 2007. – С.223 – 230.

4. Малозёмов, А.А. Математическая модель состояния рабочего тела при прокручивании коленчатого вала дизеля при пуске [Текст] / А.А. Малоземов, К.В. Роднов, А.А. Селедкин // Автомобильная техника. Науч. вестник. Вып. 20. – Челябинск: ЧВВАКИУ, 2009. – С. 28 – 36.

5. Малозёмов, А.А. Экспериментальная оценка пусковых характеристик дизелей типа 4Ч13/14 и ЧН13/14 с индивидуальными головками цилиндров в различных вариантах комплектации в климатической камере [Текст] / А.А. Малоземов, К.В. Роднов, А.А. Селедкин // Автомобильная техника». Науч. вестник. Вып. 20. – Челябинск: ЧВВАКИУ, 2009. – С. 36 – 42.

Соискатель

Роднов К.В.

Роднов Константин Валерьевич

УЛУЧШЕНИЕ ПУСКОВЫХ ХАРАКТЕРИСТИК

ДИЗЕЛЕЙ СПЕЦИАЛЬНОГО НАЗНАЧЕНИЯ

ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ МАСЛОВПРЫСКА

Специальность 05.04.02 – «Тепловые двигатели»

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Подписано в набор и печать 16.10.2009. Формат бумаги 60х84/16. Объем 1 печ. л., 0,93 усл. печ. л. Тираж 100 экз. Зак. Печать офсетная. Цена свободная. Типография ЧВВАКИУ

Pages:     | 1 ||






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