WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 |

где k1i - коэффициент рассеивания энергии i-ой порции; t - время ее движения. Закон перемещения Li порции до момента ее достижения фронта:

t t

Li= Ci dt = [Сo /(1 + k1i t Cо)] dt = (1/ k1i) ln (1 + k1i t Cо). (5) 0 0

Изменение импульса фронта:

mф Cф = mi (Ci - Cф) + mв (Cв - Cф), (6)

где mi, mф, mв – массы i-той порции топлива, фронта струи и вовлеченного воздуха, Сi, Сф, Св – их скорости. Изменение скорости фронта струи:

Сф= Ci (mi/mф) - Cф (mф/mф) + Cв (mв/mф) (7)

Продвижение фронта струи (при движении фронта и порции):

Lф = Cф tв + 0,5 Cф tв (8)

где tв – время взаимодействия фронта и порции, за которое фронт продвинется на Lф.

Для учета направленного движения воздушного заряда в камере сгорания дизеля базовая методика дополнена эмпирической зависимостью, учитывающей взаимодействие струи с поперечным потоком воздуха, движущимся со скоростью Сп (рис. 2):

Lп=L (104 t)-0,0075Сп. (9)

Форма этой эмпирической зависимости предложена Л.М. Рябикиным. Сомножитель -0,0075, стоящий перед скоростью Сп, подобран с учетом порционности и энергообмена используемой модели.

6

Рис. 2. Влияние поперечно движущегося потока воздуха на динамику развития струи распыливаемого топлива.

Результаты расчетов динамики развития струй распыливаемого топлива (рис. 3) показали, что для уменьшения длины струи распыливаемого топлива на 30 % необходимо организация поперечно движущегося потока воздуха со скоростью 35 м/с. При этом длина струи распыливаемого топлива, рассчитанная по методике Л.М. Рябикина и по предложенной формуле (9), оказалась практически одинаковой.

В третьей главе представлена математическая модель движения воздушного заряда при его вытеснении из надпоршневого зазора в КС в поршне, основанная на фундаментальных законах и уравнениях термодинамики и аэродинамики. Исследован поршень с цилиндрической КС в поршне, используемый в дизелях семейства АМЗ. При этом объем камеры над поршнем был разделен на две части – «В» и «КС» (рис.4). Исследовался политропный процесс сжатия идеального газа.

Математическая модель для расчета параметров движения воздуха в КС дизеля включает уравнение состояния идеального газа в дифференциальном виде:

, (10)

где p,V, M и T – соответственно, давление, объем, масса и температура заряда. Для политропного процесса со средним показателем политропы n:

. (11)

Уравнения для рассматриваемых полостей:

; (12)

, (13)

где параметры с индексом «в» относятся к полости «В» и с индексом «кс» – к полости «КС».

7


а

б

в

г

д

е

Рис. 3. Динамика развития струи топлива при различных скоростях поперечно движущегося потока воздуха Св: а - 0 м/c; б - 10 м/c; в - 20 м/c; г - 30 м/c;
д 40 м/c; е - 50 м/c; 1 - при отсутствии поперечно движущегося потока; 2 - при наличии поперечно движущегося потока и расчете Lп по методике Л.М. Рябикина; 3 - при наличии поперечно движущегося потока и расчете Lп по формуле (9).

8

а

б

Рис. 4. Основные геометрические характеристики внутрицилиндровой полости

Масса заряда, перетекаемого из полости «В» в полость «КС»:

, (14)

где fк = 3,14·d·(S+ ) – площадь кольцевого сечения между полостями «В» и «КС»; – коэффициент расхода.

Изменение давления в полостях «В» и «КС»:

; (15)

.

Скорость движения воздушного заряда из полости «В» в полость «КС»:

. (16)

Расчеты по разработанной методике показали, что максимальная скорость перетекания воздуха из полости «В» в полость «КС» для исследуемой КС составляет 90 м/с.

Представленная методика не учитывает возможность использования КС более сложной формы. Необходимость использования таких камер обусловлена тем, что в процессе образования топливовоздушной смеси топливо в объеме КС распределяется неравномерно и имеются зоны, переобогащенные топливом. В связи с этим предлагается на днищах поршней выполнить специально профилируемые камеры таким образом, чтобы при вытеснении воздуха из надпоршневого зазора он направлялся в переобогащенные топливом зоны. Некоторые варианта таких камер, разработанные для дизеля типа ЧН 13/14, представлены на рис. 5.

9

Рис. 5. Камеры сгорания дизеля типа ЧН 13/14:
а - серийная КС; б - опытная КС № 1; в - опытная КС № 2;
г - опытная КС № 3.

а

б

в

г

Для учета влияния дополнительных камер на характер движения воздушного заряда в КС представленная выше дополнена соотношениями для параметров направленного движения воздушного заряда, обеспечиваемого дополнительными камерами. Схема расположения вспомогательных камер, используемая в дополненной модели, представлена на рис. 6.

Рис. 6. Схема расположения вспомогательных камер и их расчета:
а - схема расположения вытеснителя и вспомогательных камер на поршне; б - расчетная схема процесса движения воздушного заряда при его вытеснении из надпоршневого пространства при наличии специальной камеры.

а

б

Математическая модель для КС, обеспечивающей направленное движение воздуха, включает следующие уравнения. Массовые расходы заряда:

из полости над вытеснителем «В» в полость камеры сгорания «КС»:

; (17)

10

из полости над вытеснителем «В» в полость вспомогательной камеры «1»:

; (18)

из полости над камерой «1» в полость камеры сгорания «КС»:

. (19)

Изменение массы воздушного заряда в полостях «В», «1» и «КС»:

; ;

. (20)

С использованием разработанной модели проведены расчетные исследования влияние различных факторов на скорость движения воздуха в полостях КС. Максимальная скорость перетекания воздуха из камер «1» в камеру «КС» достигает 35 м/с. (рис. 7) Скорости перетекания воздуха в сечениях между полостями «В»-«КС», «В»-«1» и «1»-«КС» имеют максимальные значения за 5-10о п.к.в. до ВМТ. Наличие направленного движения воздуха оказывает влияние на динамику развития струй топлива.

Для улучшения качества процесса смесеобразования дизелей АМЗ, было разработано и три варианта опытных поршней с КС (рис. 5). Первый поршень с опытной КС № 1 обеспечивает направление воздушного потока к стержню струи топлива для увеличения доли окислителя в центральной части топливных струй. При использовании поршней с опытными КС № 2 и № 3 воздушный заряд направляется в пристеночную зону для увеличения доли окислителя у стенки КС. При этом направление движения воздушного заряда согласуется с направлением топливных струй, впрыскиваемых в КС через четырехсопловую форсунку.

Рис. 7. Характеристики скорости перетекания воздушного заряда в сечениях между полостями «В», «1» и «КС».

11

В соответствии с разработанными схемами изготовлены накладки на поршни с различными КС. Серийная КС в поршне диаметром d=80 мм и глубиной h=24 мм обеспечивает степень сжатия =15. В опытных вариантах поршней диаметр КС в поршне был уменьшен до d=76 мм с целью сохранения неизменной степени сжатия =15.

В четвертой главе приведены результаты исследований дизеля АМЗ типа А-11ТА (6 ЧН 13/14) с диаметром поршня D=130 мм, его ходом S=140 мм и мощностью Nе=200 кВт при n=1900 мин-1. Исследования проведены в НПП «Агродизель» на одноцилиндровой установке 1 ЧН 13/14 с рабочим объемом Vh=1,86 дм3. Система топливоподачи содержала блочный ТНВД семейства ТН с плунжером диаметром dпл=10 мм и полным ходом hпл=10 мм. Изменение интенсивности впрыскивания достигалось за счет гидродогружения форсунки от дополнительного насоса, работающего на гидроаккумулятор и приводимого от коленчатого вала. Давление в гидроаккумуляторе рфг изменялось от 0 до 36 МПа, что приводило к увеличению максимального давления топлива в штуцере ТНВД ртн max от 27 до 80 МПа. Впрыскивание топлива в КС дизеля осуществлялось через форсунку типа 6А1 АМЗ с распылителем, имеющим четыре распыливающих отверстия и суммарное эффективное проходное сечение рfр=0,31 мм2.

Исследования проводились на режимах нагрузочной характеристики при номинальной частоте вращения n=1900 мин-1, нагрузках, соответствующих эффективным мощностям Nе от 0 до 34 кВт (полная нагрузка), и давлениях гидродогружения форсунки рф г=0, 9, 18, 27 и 36 МПа.

При испытаниях серийной КС отмечено, что повышение рфг с 0 до 36 МПа приводит к значительному снижению дымности ОГ (рис. 10, а). В частности, на режимах с Nе<20 кВт дымность ОГ Кх уменьшается в 4 и более раз. В целом же при установке поршней с серийной КС увеличение рфг с 0 до 36 МПа не приводит к значительному изменению удельных индикаторного gi и эффективного ge расходов топлива. При этом на режимах с Nе>30 кВт при увеличении рфг дымность ОГ Kx снижается незначительно.

Результаты исследований опытной КС № 1, приведенные на рис. 10,б, показывают, что при работе дизеля с этой КС в диапазоне Nе от 2 до 22 кВт рф г практически не оказывает влияния на gi и ge. При Nе=22 МПа и более увеличение рф г приводит к улучшению топливной экономичности. Увеличение рф г с 18 до 36 МПа сопровождается снижением ge с 272 до 245 г/(кВтч). Повышение рф г от 0 до 36 МПа приводит к уменьшению дымности ОГ во всем диапазоне Nе. Причем, наибольшее снижение дымности Кх отмечено на режимах с Nе<15 кВт. На режиме с Nе=32 кВт дымность ОГ Кх снизилась с 50 % при рф г=18 МПа до 40 % при рф г=36 МПа.

При использовании опытной КС № 2 давление рф г оказывает более заметное влияние на топливную экономичность дизеля и дымность его ОГ. Увеличение рф г до 36 МПа позволяет сократить gе на 5 г/(кВтч) и более во

12

всем диапазоне Nе. Причем, с увеличением нагрузки выше Nе=22 кВт снижение gе составило уже от 10 до 25 г/(кВтч). Повышение рф г от 0 до 36 МПа сопровождается снижением дымности ОГ в 5 и более раз во всем диапазоне Nе. При рф г=36 МПа максимально достигаемая нагрузка составила Nе=35 кВт, при которой дымность ОГ достигла величины Кх=30%, а gе=250 г/(кВтч).

а

б

в

г

Рис. 10. Зависимость коэффициента избытка воздуха , удельных индикаторного gi и эффективного ge расходов топлива, дымности ОГ Kx от мощности Nе дизеля 1 ЧН 13/14 с серийной КС (а), с опытными КС № 1 (б), КС № 2 (в), КС № 3 (г) на режимах с n=1900 мин-1 и различных рф г , МПа: 1 - 0; 2 - 18; 3 36.

13

Результаты исследований опытной КС № 3 (рис. 10,г) оказались близкими к результатам, полученным для опытной КС № 2. Рост рф г и в этом случае оказывает более заметное влияние на параметры дизеля, чем при установке поршней с серийной КС и с опытной КС № 1.

Pages:     | 1 || 3 |






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