WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 | 3 |

На правах рукописи

УДК 621.436

Микитенко Андрей Валерьевич

УЛУЧШЕНИЕ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ

ТРАНСПОРТНОГО ДИЗЕЛЯ ПУТЕМ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ

КАМЕР СГОРАНИЯ С НАПРАВЛЕННЫМ ДВИЖЕНИЕМ

ВОЗДУШНОГО ЗАРЯДА

Специальность 05.04.02 - Тепловые двигатели

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Москва - 2007

Работа выполнена в Московском государственном техническом

университете им. Н. Э. Баумана

Научный руководитель: доктор технических наук,

профессор Марков В.А.

Научный консультант: доктор технических наук,

доцент Девянин С.Н.

Официальные оппоненты: доктор технических наук,

профессор Патрахальцев Н.Н.

кандидат технических наук,

доцент Гайворонский А.И.

Ведущее предприятие:

Защита диссертации состоится "__"__________2007 г. в ___ч. на заседании диссертационного совета Д.212.141.09 при Московском государственном техническом университете им. Н. Э. Баумана по адресу: 105005, Москва, Рубцовская наб., д. 2/18, Учебно-лабораторный корпус, ауд. 947

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МГТУ им. Н.Э.Баумана.

Ваши отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью учреждения, просим направлять по адресу: 105005, Москва, 2-я Бауманская ул., д.5, МГТУ им. Н. Э. Баумана, ученому секретарю диссертационного совета Д.212.141.09.

Автореферат разослан "____"______________2007 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета,

кандидат технических наук,

доцент Тумашев Р.З.

СПИСОК ПРИНЯТЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ И СОКРАЩЕНИЙ

АМЗ – Алтайский моторный завод;

КС – камера сгорания;

ОГ – отработавшие газы;

ТНВД – топливный насос высокого давления;

УОВТ – угол опережения впрыскивания топлива;

п.к.в. – поворот коленчатого вала двигателя.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. В современных условиях к показателям работы транспортных дизелей предъявляется целый комплекс достаточно жестких требований. Среди этих показателей приоритетными считаются топливная экономичность и токсичность ОГ. Эти показатели могут быть существенно улучшены путем совершенствования процесса смесеобразования. Сложность решения этой проблемы усугубляется многорежимностью транспортного дизеля и рассогласованием характеристик его различных систем при работе на режимах с пониженными частотой вращения и нагрузкой. Поэтому повышение качества рабочего процесса дизеля в широком диапазоне режимов может быть достигнуто за счет согласования геометрических характеристик струй распыливаемого топлива с формой КС и движением воздушного заряда. Поэтому актуальной проблемой является комплексное совершенствование систем топливоподачи и воздухоснабжения транспортного дизеля. Такое совершенствование систем комбинированного двигателя целесообразно проводить с использованием методов математического моделирования, позволяющих сократить временные и материальные затраты при проведении исследовательских работ. С помощью предлагаемых расчетных методов можно провести всесторонний анализ рабочего процесса дизеля и выдать рекомендации по определению параметров систем топливоподачи, выбору конструкции поршней, в частности – выбору оптимальной формы камеры сгорания в поршне, обеспечивающей направленное движение воздушного заряда в цилиндрах, с целью улучшения эффективных и экологических показателей транспортных дизелей. Результаты этих исследований могут быть использованы при определении целесообразной формы КС и создании топливоподающих систем, обеспечивающих перспективные требования к токсичности ОГ при достижении повышенных показателей дизелей по топливной экономичности.

Цель работы. Улучшение эксплуатационных показателей транспортного дизеля путем использования камер сгорания с направленным движением воздушного заряда и разработка расчетно-экспериментального метода комплексного исследования процессов распыливания топлива и смесеобразования.

1

Научная новизна работы заключается в следующем:

- разработана математическая модель расчета динамики развития струи распыливаемого топлива, учитывающая влияние движения воздушного заряда в объёме КС дизеля на геометрические характеристики струи.

- разработана математическая модель расчета движения воздушного заряда в камере сгорания дизеля, позволяющая определить параметры этого движения при использовании поршней с различной формой КС в поршне.

- в сравнительных экспериментальных исследованиях выявлены достоинства и недостатки предложенных конструкций поршней с камерами сгорания, обеспечивающими направленное движение воздушного заряда в объеме КС.

Методы исследований. Поставленная в работе цель достигается сочетанием теоретических и экспериментальных методов исследования. С помощью теоретических методов были исследованы характеристики динамики развития струй распыливаемого топлива и движения воздушного заряда в КС дизеля. Экспериментальная часть работы заключалась в определении показателей дизеля, оснащенного поршнями с КС различной формы.

Достоверность и обоснованность научных положений работы определяются:

- использованием фундаментальных законов и уравнений термодинамики, аэродинамики и гидравлики, современных численных и аналитических методов реализации математических моделей;

- совпадением результатов расчетных и экспериментальных исследований и применением при оценке адекватности математических моделей достоверных опытных данных, полученных при испытаниях на безмоторной установке и на одноцилиндровом двигателе.

Практическая ценность. Разработанный алгоритм и программа расчета динамики развития струй распыливаемого топлива с учетом направленного движения воздушного заряда в КС дизеля позволяют с достаточной для практики точностью решать задачи проектирования систем топливоподачи для существующих и перспективных дизелей. Разработанный алгоритм и программа расчета движения воздушного заряда в КС дизеля позволяют с достаточной для практики точностью решать задачи проектирования поршней для дизельных двигателей. Разработанные конструкции поршней обеспечивают значительное улучшение показателей топливной экономичности и токсичности ОГ дизелей транспортного и автотракторного назначения.

Реализация результатов работы. Работа проводилась в соответствии с планами госбюджетных и хоздоговорных работ лаборатории «Автоматика» НИИЭМ МГТУ им. Н.Э. Баумана и кафедры «Теплофизика» (Э-6) МГТУ им. Н.Э. Баумана. Результаты исследований внедрены в ФГУП «НАМИ» и ЗАО «Дизель-КАР» (г. Москва).

2

Апробация работы. Основные положения работы докладывались на международном симпозиуме «Образование через науку», посвященном 175-летию МГТУ им. Н.Э. Баумана, 17-19 мая 2005 (г. Москва, 2005 г.); на межотраслевой научно-технической конференции «Современные проблемы развития поршневых ДВС», посвященной 75-летию кафедры «Судовые ДВС и дизельные установки» Государственного морского технического университета (г. Санкт-Петербург, СПбГМТУ,2005 г.); на Всероссийском научно-техническом семинаре (ВНТС) им. проф. В.И. Крутова по автоматическому управлению и регулированию теплоэнергетических установок при кафедре «Теплофизика» (Э-6) МГТУ им. Н.Э. Баумана в 2005 и 2006 г.г.
(г. Москва); на совместном заседании кафедр «Поршневые двигатели» и «Теплофизика» в МГТУ им. Н.Э. Баумана в 2007 г.,

Публикации. По теме диссертации опубликовано 10 работ, в том числе 4 статьи, 5 материалов конференций, 1 заявка на изобретение.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, основных выводов и заключения, списка использованной литературы и приложения. Общий объем работы 166 страниц, включая 146 страниц основного текста, содержащего 54 рисунка, 4 таблицы. Список литературы включает 143 наименования на 16 страницах. Приложение на 20 страницах включает листинги программ расчета динамики струй распыливаемого топлива и движения воздушного заряда в камере сгорания дизеля, а также документы о внедрении результатов работы.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность проведения работ, направленных на совершенствование процессов топливоподачи, воздухоснабжения и смесеобразования в дизелях транспортного назначения, и дана общая характеристика диссертационной работы.

В первой главе проведен анализ требований, предъявляемых к транспортным дизелям в современных условиях. Показано, что приоритетными являются требования по топливной экономичности и токсичности ОГ. Рассмотрены возможности совершенствования процесса смесеобразования в дизелях. Отмечено, что качество смесеобразования в значительной степени определяется типом КС, применяемой в дизельном двигателе. Выбор типа КС осуществляется с учетом тактности двигателя и его размерности, преимущественных режимов и условий эксплуатации, свойств применяемого топлива, требований к топливной экономичности дизелей, токсичности их ОГ, шумности работы двигателя. Отмечено, что наиболее перспективными с точки зрения топливной экономичности являются дизели с полуразделенными и неразделенными КС и преобладанием объемного смесеобразования. Проведен обзор и анализ КС, запатентованных ведущими двигателестроительными организациями.

3

В работах Астахова И.В., Вырубова В.В., Гальговского В.Р., Голубкова Л.Н., Грехова Л.В., Гайворонского А.И., Девянина С.Н., Иващенко Н.А., Кавтарадзе Р.З., Камфера Г.М., Кутового В.А., Лебедева О.Н., Лышевского А.С., Патрахальцева Н.Н., Русинова Р.В., Свиридова Ю.Б., Толшина В.И., Трусова В.И. и др. отмечена значительная зависимость характера процессов смесеобразования и сгорания от параметров топливоподачи и характера движения воздушного заряда в цилиндрах дизеля, а также от режима работы двигателя. Показано, что необходимо комплексное совершенствование систем топливоподачи и воздухоснабжения транспортного дизеля.

На основании анализа состояния проблемы были сформулированы следующие задачи исследования:

1. Оценка влияние формы камеры сгорания и характеристики топливоподачи на экономические и экологические по­казатели транспортных дизелей и разработка камер сгорания, обеспечивающих направленное движение воздушного заряда.

2. Разработка математической модели динамики развития струй распыливаемого топлива и проведение расчетных исследований динамики развития струй с учетом направленного движения воздушного заряда.

3. Разработка математической модели движения воздушного заряда в камере сгорания дизеля и проведение расчетных исследований движения воздушного заряда с учетом принятой формы камеры сгорания.

4. Разработка камер сгорания, обеспечивающих целенаправленное движение воздушного заряда в КС дизеля.

5. Проведение экспериментальных исследований разработанных камер сгорания, обеспечивающих направленное движение воздушного заряда, и оценка экономических и экологических показателей дизеля, оснащенного поршнями с этими камерами сгорания.

Во второй главе проведен анализ методик расчета динамики развития струй распыливаемого топлива. Отмечено, что наиболее известными среди них являются критериальная методика, разработанная А.С. Лышевским, и порционная модель, предложенная в МАДИ В.И. Трусовым и Л.М. Рябикиным. В методике А.С. Лышевского расчет продвижения фронта струи проводится по средним параметрам за процесс топливоподачи. В методике В.И. Трусова - Л.М. Рябикина расчет дальнобойности топливной струи проводится по продвижению отдельных порций, имеющих свои характеристики в зависимости от закона подачи топлива. Сравнение результатов расчета динамики развития струй распыливаемого топлива по методикам А.С. Лышевского и В.И. Трусова - Л.М. Рябикина показывает расхождение расчетных параметров с экспериментальными. Это связано с тем, что методики не учитывают действительный закон подачи топлива и энергообмен между порцией топлива и фронтом струи.

При разработке методики расчета динамики развития струй распыливаемого топлива в качестве базовой используется модель, разработанная 4

С.Н. Девяниным. Она учитывает действительный закон подачи топлива и энергообмен между порцией топлива и фронтом струи. Модель дополнена соотношениями, учитывающими наличие поперечного потока воздуха.

При расчетах динамики развития струи принято, что поперечные сечения струи с радиусом rэ образуют конус с эффективным углом раскрытия струи э. Радиус эквивалентного сечения rэ на расстоянии L от распыливающего отверстия связан с углом э зависимостью (рис. 1,а,б):

tg(э/2)=rэ/Lф. (1)

Порция топлива движется в струе по закону Li=f(t), взаимодействуя с окружающей средой и не взаимодействуя с ранее поданными порциями (рис.1,в). При достижении порцией топлива фронта струи происходит обмен энергиями между ними. Фронт струи, движущийся по закону Lф=f(t), взаимодействует с воздухом, в результате чего происходит обмен энергиями на основе закона сохранения импульса.

а

б

в

Рис.1. Расчетная схема струи топлива (а), характеристики динамики развития струи (б) и ее геометрические характеристики (в).

Объем Vв вовлеченного воздуха равен объему усеченного конуса с углом э, высотой Lф, верхним основанием диаметром dр и нижним основанием радиусом rэ = Lф tg(э/2) + dр/2 (рис. 1,б), т.е.

Vв=(1/12) Lф (4 rэ 2 + dр2 + 2 rэ dр), (2)

5

Математическая модель развития струи включает соотношения, описывающие параметры движения порций топлива, формирующих фронт струи, и энергообмена между ними. Начальное значение скорости истечения топлива из распыливающего отверстия:

Со=(2/т)(рвп - рпр), (3)

где рвп и рпр – давления впрыскивания топлива и противодавление, т – плотность топлива, - коэффициент скорости (при Re>10000 значение 1). Скорость движения i-ой порции:

Сi=Сo /(1 + k1i t Cо), (4)

Pages:     || 2 | 3 |






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