автореферат диссертации по энергетическому, металлургическому и химическому машиностроению, 05.04.02, диссертация на тему:Разработка общих принципов создания двигателей постоянной мощности и реализации их для дизелей типа ЧН13/14

ЛЕНИНГРАДСКИЙ ОРДЕНА ЛЕНИНА ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи

КРИГЕР ВЛАДИМИР ЛЕОЩДОВИЧ

УДК 621.436.019.03

РАЗРАБОТКА ОБЩ ПРИНЦИПОВ СОЗДАНИЯ ДВИГАТЕЛЕЙ ПОСТОЯННОЙ МОЩНОСТИ И РЕАЛИЗАЦИЯ ИХ ДЛЯ ДИЗЕЛЕЙ ТИПА ЧЮЗ/14

Специальность Сб.04.02 - тепловые двигатели

Автореферат диссертации на соиоканяв ученой степени кандидата технических наук

Ленинград - 1990

Работа выполнена в Специальном конструкторском бюро ПО "Алтай екай цоторннй Еавод" (г.Барнаул) и на кафедре "Двигатели внутреннего сгорания" Алтайского политехнического института им. И.И.Пол-8унова (г.Барнаул)

Научный руководитель - доктор технических наук, профессор ,Д.Д. Матиевский

Официальные ошонентн -доктор технических наук, профессор A.B. Николаенко -кандидат технических нвук, доцент Б.П. Пугачев

Ведущее предприятие - НПО НАТИ, г.Модква

s-tj^f^., //

Залита состоится " w&A&frjC'1990г. в t/thасов Üikmr.

на заседании спвциализррованного совета К 063.38.01 Ленинградского ордена Ленина государственного технического университета в ауд.130 главного вданпя (195251, Ленинград. Политехническая ул., 29).

С диссертацией «окно ознакомиться в фундаментальной библиотеке университета.

■ Автореферат разослан -iL- ■ рх/'я/рЯ 1990г.

Ученый секретарь специализированного совета, кандидат технических наук, доцент

Л.П. Грянко

ОЕЦАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТУ

Актуальность исследования;. Анализ перспектив развитая двягатеяе-роения в СССР и за рубежом свидетельствует о том, что одним нз пу-1 улучшения тягово-двтамическах, экономически! характеристик а зпро-шя трансмиссии машинно-тракторных агрегатов (МТА) является примете двигателей постоянной мощности (ДОМ), отличающихся увеличенном »фшниентом приспособляемости и наличием участка постоянной мощнос-на корректорной ветви внешней скоростной характеристики. Кроме то, при работе ДЕЛ на корректорной ветви резко снижаются удельный одетый расход топлива и токсичные выбросы отработавших газов, повыпа-я производительность груда и уменьшается утомляемость оператора МТА.

К настоящему времена разработаны основные положения теории рагу-овация двигателя при работе его в составе МТА, отдельные эакономзр-ти обеспечения топливоподача и воздухоснабхения для формирования буемой внешней скоростной характеристики, вопросы тепловой и меха-еской нагругенноста и выработаны некоторые рекомендации по отработ-конструкцаи, подбору систем и режимов работы ДПУ. ■

Однако отсутствие целостной теории создания ДШ1, заключавшей кошеное исследование рабочего процесса, смесеобразования, тепловвделе-, анализ индикаторного и эффективного КЦЦ дизеля, расчетное постро-э внесшей скоростной характеристики, математическое моделирование а иокения по концепции организация рабочего процесса на корректор-ветви характеристики сдерживает дальнейшее развитие и широкое при-эние ДШ на тракторах, дорояностроптельных машинах, автомобилях н сой технике. Требуется разработка конкретных конструкторских и технических рекомендаций по созданиг ДИМ на базе серийных комбиниро-шх дизелей. Изучению этих вопросов а посвящена настоящая дяссер-ш.

Цель работы. Разработка методика теоретических а расчетно-экспе-штальннх исследований закономерностей формирования корректорной ш внешней скоростной характеристика и установление на ее основе IX принципов создания и дальнейшего совераенствоваяия технико-эко-1Чссках я экологических показателей ДТП.

Достижение поставленной цели осуществляется решением следующих

14:

1. Разработка методики расчета корректорной ветвя внешней скорос1~ харакгеристаки ДЗМ.

2. Расчетное определение характеристик расхода топлива а воздуха, ;вм оптдгазацгя регулировочных параметров дизеля.

3. Проведение математического моделирования рабочего процесса на репшах корректорной ветви Д1М и выработка предпосылок к формулировании концепции организации раоочего процесса.

4. Разработка общей методика экспериментальных исследований ДПМ для определения закономерностей протекания внесшей скоростной характеристика и факторов, определяющих индикаторный и эффективный КЦЦ.

5. Проведение экспериментальных исследований, анализ индикаторного и эффективного КПД, дымности и токсичности ОГ и выявление резервов улучшения технико-экономических и экологических показателей Д1Ы.

6. Разработка и исследование на дизеле конкретных технических решений и практических ыароприятий по созданию ДШ на базе сорийно выпускаемых дизелей типа ЧН13/14.

Уетодн ц объекты всследоваапй. Решение поставлешпп задач осуществлялось на основе критического анализа работ по применению, регулированию и настройке систем ДЕД, исследованию индикаторного и эффективного КОД и организации смесеобразования и сгорания дизелей отечественных и зарубежных авторов, экспериментальных исследований базового дизеля 441113/14 с поиоцьв высокоточного исследовательского оборудования, вкло-чаодего систему индаиирования тиса 652 фирмы АЗЛ (Австрия), расчетно-экспериаентальних методик исследования индикаторного КПД, механических потерь и эффективного КПД и разработанной методика исследования двигателя по корректорной ветви внешней скоростной характеристики. Экспери-ыенталыше исследования проводились в СКБ ПО АМЗ и лаборатории кафедры ДВС АлтГШ.

Научная ¡¡рвцзцд, Разработаны общие принципы теоретических и экспериментальных исследований ДШ, основанные на катоде расчета внешней скоростной характеристики дизеля, математическом моделировании его рабочих процессов и ыетодше анализа индикаторного и эффективного КПД. Подучены выводы о закономерностях коррекции тошшвоподачи и воздухо-спабхения. Выполнен подробный анализ выходных характеристик базового дизеля 4ЧН13/14 и установлены факторы, определявшие условия получения требуеинх тсхннко-эконоыических показателей ДЛИ, а также предложен и проверен комплекс конкретных конструкторских ыероприя дй для реализации на дизеле 441113/14.

Црзцтцчдскор значение. Углубление и расаирение знаний о факторах а ыбхавааае формирования корректорного участка впезшей скоростной характеристики и информация об изменении баланса использования теплоты во внешней скоростной характеристике дизеля, которые дает выполненная

г

работа, позволяют наметить практические пути создания ДШ о заданной характеристикой. Разработанная методика расчета внешней скоростной характеристики и структурная схема режимных, конструкторских и технологических мероприятий, формирующих эффективный КПД дизеля, представляет возможность в короткое время создать конструкцию и выполнить доводку ДПМ на базе имеющегося серийного дизеля, при этом могут быть спрогнозированы резервы дальнейшего улучшения его технико-экономических параметров.

Предложенный метод экспериментального исследования внешней скоростной характеристики ДПМ с использованием методик анализа индикаторного в эффективного КДД позволяет получить,с достаточной точностью, объективную картину протекания внутренних процессов и выходных характеристик дизеля,

Реализдэдд результатов. Теоретические разработки, результаты экспериментальных а расчетных- исследований, разработанные методики и программы используются при проведении опытно-конструкторских работ по созданию перспективного семейства тракторных дизелей постоянной мощности размерности 43113/14 на ПО "Алтайский моторный завод" с коэффициентом приспособляемости более 1,4, а также в учебной процессе а НИР кафедры АлтШ им. И.И.Ползунова. Настоящая работа завершает цикл работ по теме отраслевого плана ШОКР 80.57.00.84-15.1030 ШШАВТОТРШОРОСЕЛЬХОЫМША. Результаты работ могут быть использованы на других предприятиях и научно-исследовательских организациях отрасли двогатолестроешш пра разработке ДПМ на базе быстроходных комбинированных дизелой.

Апробация работы. Результаты работы докладывались:

- на Всесоюзной научно-технической конференции "Исследование и совериенствование тракторных конструкций", г.Москва, НАТИ, 30 мая -I июня 1983г.;

- на постоянно действующем научяо-техшпескоы семинаре "Повшга-иие топливной экономичности и надежности быстроходных дизелей", г.Бар-гауд, АлтПИ м.И.И.Ползунова, 1989-1990г.г.;

- на заседании кафедры "Двигатели внутреннего сгорания" Ленинградского государственного технического университета;

- на конференциях молодых ученых и специалистов Алтая, г.Барнаул, Ж и ГК ВДХШ, 1982г.;

- на научно-технических советах ПО А153, г.Барнаул В 1987, 1968, :Э69, 1950 г. г.

Дубликатик■ Материалы диссертации опубликованы в 4 печатных работах , получено 5 авторских свидетельств па изобретение.

Объем и сггокгурд работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения и описка литературы. Содержит 144 страницы основного текста, 55 страниц с иллюстрациями, 10 таблиц и 13 страниц списка литературы, включающего IIB наименований литературных источников.

СОДЕШНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность темы исследования, сформулированы основные положения диссертационной работы, вынесенные на защиту, в их научная новизна.

В песво}} главе дац анализ современного состояния и развития экспериментальных и теоретических исследований работы дизельного двигателя машинно-тракторного агрегата при непрерывно изменявдемся характере внешней нагрузки, способов обеспечения взаимосвязи характеристик топливоподачп и воздухоснабаения для требуемого протекания внешней скоростной характеристика и изменения тепловой и механической нагруженностн дизеля при уменьшении частоты вращения.

Изучении вопросов регулирования расчетов и согласования работы систем ДШ посвящены работы советских ученых: В.Н.Болтянского, /I, С. Ор-лина, Ы.Г.Круглова, Р.А.Дениса, А.А.Грунауэра, Л.А.Агеева, С.И.Дорш-нева, А.П.Бапника. Ю.Б.Моргулиса, А.Д.Портяова, P.M.Петриченко, В.И. Крутова, А.К.Костина. Кроме того, выполнен анализ состояния и развития исследований индикаторного а эффективного КОД дизелей, проведенных И.Х.Дьяченко, С.А.Батуриным, Д.Д.Матиевским а др.

ДОМ имеют особый вид внеаней скоростной характеристики с участком постоянной мощности на корректорной ветви и достаточно высоким коэффициентсм приспособляемости, значительное повышение которого может быть достигнуто коррекцией тошшвоподача и обеспечением требуемого коэффициента избытка воздуха путем соответствующей настройки системы газотурбинного наддува. Соответствующие методики исследований индикаторного в аффективного КПД, способы организации смесеобразования, сгорания и тепловыделения, как правило, ограничиваются исследованием внутренних процессов двигателя и соответствуадвми рекомендациями только для ренша номинальной мощности. Таким образом, проблема создания ДШ распадается на несколько самостоятельных задач - расчетное построение внешней скоростной характеристики на основе математической модели рабочего процесса в оптимизации параметров топливной аппаратура д воздухоснабзкення, определение факторов, формирующих индикаторный п аффективный КОД во всем диапазоне внешней скоростной

характерясглка, разработка конкретных практических рекомендаций по создание ДВД, ^ кодае главы сделаны выводы о состоянии проблемы, сфсд>-аулиро.вана цель., основдые зеидада и определены пути исследования.

Во второй главд приводится разработка методики построения корректорной ветви внешней скоростной характеристики, а также метод моделирования рабочего процесса ШН, которые {з совокупности и представляют комплексную мзтодаку теории исследования работы ДШ на корректорий веуви.

Методика построения корректорной ветва основана на использовании уравнения классической теории ДВС и эмпирических уравнениях для отно-иендя индикаторного КПД к коэффициенту избытка воздуха 1i/<f. а среднего давления механических потерь Р» , записанных соответственно в функции коэффициента избытка воздуха и частоты вращения 2i/<A.= f(dL',n-) ив функции нагрузки и частоты Р* = /(^hjtt).

,В результате получены уравнения изменения цикловой подачи топлива и давления наддува ft , а также основ}шх параметров цикла и двигателя Pi,$e и при изменении частоты вращения коленчатого вала от Ли до п* по корректорной ветва внешней скоростной характеристики^ ^^^^^ j

9нfvcbrogi >(1)

в которых: П*Мн текущий коэффициент приспособляемости а коэффициенты A,B,U,fv получены аппроксимацией экспериментальных зависимостей Pna f(fe)ri) , а коэффициенты j и аппроксимацией зависимости 2ifJi~ f(<i,',r0 . показатель политропы сжатия в компрессора ТКР rt** определяется характеристикой турбокомпрессора.

В уравнениях (2. 3) .коэффициент «7 согласно выражении (I) представляет собой отношение аффективного КПД режима максимального крутящего момента к эффективной? КОД любого другого режима 2е. •

Методика моделирования .рабочего процесса а расчета иаддкаторной диаграммы основана на реикцад дифференциальных уравнений: первого закона термодинамики, сохраненйя 4цассн и состояния идеального газа пра-кенителъно к условиям цилиндра дизеля.

Предложена следующая -посдедр витальность выполнения иссладовадай по разработанной методика:

S

- расчетное построение внешней скоростной характеристика, параметры которой являются исходными данными для моделирования рабочего процесса;

- математическое моделирование рабочих процессов по корректорной ветви.

В качестве исходного режима для проведения расчетных исследований принят реяим максаыаяьного крутящего момента.

Программа расчета параметров рабочего процессе и внешней скоростной характеристика выполнена на алгоритмическом языке "Паскаль" для ПЭШ типа ДВК.

С помощью разработанной методика и программы выполнен расчет и ваалаз внешней скоростной характеристика двзеля 4ЧШЗ/14. На рис.1 представлена расчетная внешняя скоростная характеристика ДПМ для случаев, когда d.-contt ц ¿var. Из характеристика видно, что вариант сC'consü теоретически предпочтительнее чем «¿w?/-. так как позволяет получить большую максимальную мощность ,Ve*co/ut в диапазоне частот П-н + П* . О точки зрения практической реализации вариант JL^const связан с больший техническими сложностями обеспечения необходимой характеристики изменения давления наддува Яг , которое увеличивается при снижении частот вращения tt. Практически более доступен я прост вариант ¿vor , для реализации которого можно использовать специально настроенные типовые турбокомпрессоры.

Изменение показателей работы ЛДО при точном, с учетом поправочного коэффициента 3 (I), и приближенном, без учетаJ . задании характеристики изменения цикловой подачи топлива и воздуха представлены на рао.2. Из графиков видно, что при учете поправочного коэффициента 3 удельный эффективный расход топлива незначительно улучшается на низках частотах вращения на 2...3 г/кВт.ч а ухудшается на частотах вршэ-яия близких к номинальной П» на 2...3 г/кВт*ч. При атом, в случав,когда коэффициент J не учитывается, характеристика мощности А/е ^ COast приобретает вид слабовыпуклой параболы, а увеличение мощности может достигать Iüf в более от заданного уровня.

На рпо.З представлены графики изменения аоказате.- эй индикаторной диаграмм, из которых видно, что с уменьшением частоты вращения дизеля до П.ц , резко увеличиваются максимальная температура цикла Ттеа на 3DC+4QGK, давление Рл*д на 1,2*1,5 НПа в жесткость (dp/d<f)«хм на 0,05+0,8 ЫПа/град. Окним из возможных мероприятий по снижению тепловой и динамической вагружекности ДШ может быть настройка угла опоре-

5 ч

« S t^ ^

ci q^ti ci 5

S?

5

л '<§ «ч

Qy* -a- ti

•-.4» о ru Э h 2? -Í. 5> ri* "I

cS

кения впрыскивания топлива 0 по частоте вращения коленча<"ого ё&Са с использованием специальной муфты привода топливного насойа, позволяв-* щей скорректировать угол в при снижения частоты вращение. Оптимальные аначения рассчитаны для ре замов: максимального крутящего мо-

мента =1300мия-1 угол начала ввода теплоты £/>, =» 5 град до ВДТ д номинальной мощности Пн =1750 мин"1 угол 1{ц =10 град до ШТ. при которых индикаторный КОД принимает максимальные значения (см.рис.4).

Расчетно-экспериментальное исследование настройки смесеобразования на всем корректорном участке по параметрам: продоладтельнбста впрыскивания I(1яр , дисперсности распиливания а динамики факелов Ьф , показала что их оптимальная настройка для всех геймов работы двигателя невозможна. Имеет смысл проводить настройку смесеобразования для рекимэ максимального крутящего момента Мн. Для чего следует увеличить дсаметр сопловых отверстий с(с в 1,06 раза и среднее давление впрыскивания в 1,2 раза.

С уретьей глрвр приводится описание экспериментальной устаношш объекта испытаний и методов экспериментальных исследований.

В качестве объекта исследований использовался дизель Д-440-2, выпускаемый серийно ПО "АЫЗ" в соответствии с ТУ 23.3.11-87.

Испытания проводились на экспериментальном стенде, оснащенном динамометром постоянного тока типа Д!> 1146-415/ , штатным набором щи-боров а иэмеритальных устройств и аттестованным в соответствия с ГОСТ 24555-81. Кроме стандартных измерений проводились специальные исследования процессов в цилиндре, впускных в выпускных системах, системе топ-хавоиодачй/ для чего использовалась высокоточная система иидицирова-ная фирмы Мя (Австрия) типа 652, укомплектованная цифровым анализатором типа &&1-15, комплексом нормнрущах преобразователей а набора! датчиков и серзсных устройств.

Обцая прог£йыыа испытаний включала два этапа: исследование внешней скоростной характеристики базового двигателя Д-440 - на первом этапе в исследование влияния конкретных меропрзятий на технако-эксно-шческао в экологические характеристики ДИ - на втором этапе.

Анализ гддаиторного, эффективного КПД я механических потерь ДЩ по вненней скоростной характеристике осуществляется расчатно-эксперл-доэталъшш методом реиениеы сдедухцгх уравнений:

^{-йХчп-Из-бк-Вт-Ъс-Ъ-Ъ- 1-йХч11-1.& & = {-АХп-гй -2и (5)

С6)

с

¡-/¿менвнив лояазйтвгеи /)а5оявга влияние узла начала гсргния М7 цикла Зизмр /70 хоррзх- гюхагатет цих/та дизеля ЧЧН/3/&

торной §еп§и ха:сах>г?ерис/т?иси — Пх/ЗОймин'^ — — /7* /750л,ин' '

Т-пагИ

¿ню ■ и

ЧПа

ю про

°тах Т/па г К ггсо

Ьщ.^

ш? Шо коа то та л Рис.3

РиеЛ

РаепреЗ&егниз савта/м$!лцих ШясГЗдте/х/ т&?/гп§ы£е*ения лыляте па

карректорнсй бетьи дизеля ччнЪ/я

XX град

НОВ ПСИ ЛЗЗ

Рие.£

/ЗЮ Аса /5СЗ /ИЗ гхзп,

коэффициенты которых имеют следующий смысл: I - располагаемая теплота, введенная в цилиндр с топливом; йХми - неполнота вгделения теплоты, обусловленная недогоранием топлива;

• • So * дт • К.до ~ коэффициенты неиспользования тепло-.' ты соответственно: в эталонном цикле, от несвоевременности сгора-^ ШШ| от увеличения содержания 3 атомных газов в составе рабочего тела (FT), от повкнения температуры FT, вследствие теплообмена и остаточный член баланса.

Zli - удельные механические потери соответственно в поршневой группе, подшипниках КШ, на насосные ходи в процессе впуска и выпуска и потери на агрегаты.

Выполнена расчетная оценка погрешностей измерений а обработка опытных данных в том число и составляющие методической погрешности возможной при анализе индикаторного и аффективного КПД.

В четвертой главе представлены результаты и анализ результатов обработки экспериментальных данных, полученных с дизеля Д-440-2.

Внешняя скоростная характеристика (сы.рнс.8) имеет тполчный для ДШ характер изменения выходных параметров, когда с уменьшением частоты вращения кривая крутящего момента на растает и имеет максимум при tin = I30G мин , эффективная мощность сохраняется, примерно, постоянной, коэффициент приспособляемости К = 1,365, а кривая удельного расхода топлива имеет вдд вогнутой параболы с минимумом при И = 1500 мин-1. Оценка вредных выбросов проводилась по нагрузочным характеристикам в по корректорной ветви внеыней скоростной характеристики (см.рис.9). С уменьшением частоты вращения до Нн выбросы окиси углерода СО , углеводородов СН и саки Си снижаются, соответственно на 2i%, 25% и 12%, а окислов азота Л/fl* увеличивается на 20JS.

Изменение показателей тепловыделения при работе № по корректорной ветви (см,рас.5) при снижении частоты вращения до Пн , всид-ствле увеличения щциювой подачи топлива, обогащения тошшвовоздуш-вой смэсв в увеличения времени, отводимого на процесс, сопровождается уменьшением первого максимума скорости (d*и "сдвигом" его от ШГ на линию сжатия. Второй максимум (oil/dtp)1^, остается, примерно, постоянным, а момент его достижения приближается к ШТ. Доля теплоты Xj , выделяющаяся в первой фазе, уменьшается, а доля выделения теплоты в фаза диффузионного горения Xf , соответст-

венно, растет. Прл этом отмечается резкий рост максимального давления Ртах на 1,3 МПа и максимальной температуры Ттад на ЗООК.

Анализ эффективности использования теплоты по внешней скоростной характеристика ДЛИ и подробные исследования, выполненные по методике, изложенной в третьей главе, позволили определить величину отдельных составляющих неиспользования теплоты и механических потерь, формирующих индикаторный п оффектавтшй КПД, Результаты анализа в % представлены в таблице I л на рис.6.

Таблица I.

ft мин"1 йХня -1Л Iti

£ £ 8w Ö„c Sc für trp t?p j toc trtr.

1750 0,6 30,2 IO.I 16.65 2,7 1.35 4,45 3. 12.0 1.7

= 20,8 Hl =11.3 ( 2e e 37

1300 0,9 29,15 9.95 18,3 |ЗЛ 1.8 3.35 11.55 io.95 -0.П

Iffl-j =23,15 tu= 5,7 (2e = 39,2)

Наиболыаие резервы повышения эффективного КПД на корректорном гчасткэ характеристики заключены в уменьшении составляющих неиспользования теплоты, формирующих индикаторный КВД (йХнп, &нс, 5с). Зля peszua "номинальной мощности целесообразна реализация копструктф-:ких мероприятий, направленных на сшгснае механических потерь Zfa .

В пятой главе разработана структурная схема мероприятий (си. мс.7), формирующих эффективный КПД которая представляет собой набор ?ехпнчесетх решений и предложений технологического а режимного характера, направленных на повызеиие индикаторного КЦЦ а механических по-■ерь двигателя. Мероприятия дифференцированы по механизму воадейст-1яя на конкретные составлявшие баланса использования тепла Öi я U .

Для оценка практической ценности предяокеннкг мероприятий, пройдена ах всесторонняя экспериментальная проверка на дизелях типа HI3/I4, в результате которой установлено« что механизм воздействия онкретнях конструкторских мероприятий на отдельные составлящио ба-внеа fit я ti имеет слоеный, а норой, противоречива, характер. Яра том подтверздено, что для да наиболее эффективны мероприятия, нз-равленныв на укеньпение неиспользования теолога в цикле Zfil , ре-ервн которых составляют ) =20,4 г/кВт'ч, для режима каксямаяь-ого крутящего момента. Для ре гама номинальной мощности весьма вагно нигенге механических потерь 2Ц о потеяцналыпша резервами снягенад

И

Структурная схема мероприятий, формирующих эффективный КПД дизелей 4HI3/I4

Че- {-л Хна-fit " fir ~ ff»c-éw~dc-ffo-¿'fi- ¿rp-¿«x-¿a

Мероприятия пс повышению индикаторного КПД

Организация цикла с мгновенным подводом тепла в ШТ Увеличение степени сжатия = 30,2 % ид, =. 69.4

Присадки газа (жидкости) к топл.Охлаждение наддувочного воздуха. Церепуск-дозаряцка ОГ fir » 10,1 % адг» 23,2

Увелич,кооф.избытка воздуха. Оптимиз,КС в параметров воздушного зарада. Сокращение продолжительности впрыска топлива. Присадки газа (жидкости) к топл. Оптимиз. угол подачи топлива MOB fine 2,7 % ¿fie* 6,2

Теплозащитные покрытия КС. Высокотемпературная система охлаждения* Перепуск-дозарядка ОГ 6,65 % 15,4

Присадка газа (падкости) к топливу* Водородное топливо. Оптимизация КС топливного факела я воздушного заряда ¿Хм» -0,6% 1,5

Присадка газа (жидкости) к тоштву.Пе-репуся-дозарядка ОГ Альтернативные топлива Хвадород .спирт, метанол л др. ) Sc- 1,35 % 3,3

м м 4,45 % 10,4 ероприятня по снижении еханяч(.'С<лх потьрь Уменьшении к-ьа порлн. колец. Оптимиз.профиля поршня и зазора гильза-поршень. Оптимиз. режима смазки гильзы. Антифрикционные покрытия. Антифрикционные присадки в масло. Высокотемпературная система охлаждения

3,15 $ № 7,4 Оптимиз.зазоров в подии пи. Увелич. жесткости коренн.опор. Уменьшение диаметра коренных шеек. Антифрикционные покрытия. Антифрикционные присадки в масло. Высокотемпературная система охлаждения

и- 1,7 % 3,9 Снижение сопротивления газообменных трактов. Снижение потерь в каналах головки цилиндров, Оптимизация фаз г/распределения. Повышение КПД ТКР. Настройка системы газообмена. Уменьшение степени сжатия

Ä- 2,0 % 4,6 Оптимизация агрегатов по производительности. Повышение КПД агрегатов. Исклвчение механизма уравновешивания. Высокотемпературная система охлавденил

йф С/кЬт-ч)

и

Рис. 7.

удельного эффективного расхода топлива 18 г/кВт«ч.

Для внедрения на дизеле Д-440-2 (4ЧН13/14), с целью улучшения его технико-экономических показателей рекомендован комплекс технических решений, включающий:

- повышение фактической степени сжатая за счет уменьшения "паразитного" объема над верхним компрессионным кольцом;

- сокращение продолжительности топливоподачи за счет применения , ТНДД с размерами плунжера 10x10:,ш (10x12мм);

- настройку системы турбонаддува с ТКР7-Н1, оптимизацией фаз газораспределения: впуск - 3° до fi.1T а 37° после ШТ. выпуск 55° до ШТ я 5° после ВЛТ и применением головки цилиндров с улучшенными газооб-мешшмз каналами;

- применение автоматической муфты опережения впрыска топлива; 0

- повышение температуры охлаядаицей жидкости ¿»^Эб"*5 С;

- применение усовериенствованного 4 колечного поршневого комплекта с мзслосъемным кольцом высотой 5ым.

Результаты проверки комплекса мероприятий на улучшенном дизеле 4ЧН13/14, изображенные на графиках рис.8 и.9, подтверждают теоретические предпосылки о возможности создания да/, с большим коэффициентом приспособляемости на базе обычных комбинированных дизелей. Коэффициент праспособляемости К увеличился от 1.355 до 1.46, а максимальный крутящий ыомонт на 50 я.м (9^), кривая мощности имеет участок постоянной мощности Л/е =77+йкВт в диапазоне частот вращения 1750-1250аин""*, а удельный расход топлива снизился на 8-11,5 г/кВт-ч. Достигнутые параметры соответствуют перспективным требованиям ГОСТ 20000-88 "Двигатели тракторные и комбайновые.^ Общие технические требования" для ДШ.

Экологические характеристики ДШ с внедренными мероприятиями практически сохранились на прежнем уровне. Отмечается незначительное снижение углеводородов ОН на 4+б£ и сажа С» в области максимального крутящего момента. Б целом оценочные выбросы токсичных составляющих ОГ не превышают нормированных требований ГОСТ 17.2.Сб-86.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ШВОДЦ

1. Разработана общая методика расчетных исследований ДШ, объе-цшшцая методику расчета корректорной ветвя внешней скоростной характеристики я математическую модель расчета рабочего процесса а индикаторной диаграмм*:.

2. Для получения постоянного уровня мощности по корректорной вст-

£

Внешняя скоростная характеристика АЛМЧЧ.Ш/&

- - ьсериил/ох, о—о улучшенного

/3X7

¿ао 1500

Рис.8

»500 1700 П тин*

Уровни ёредных ¿ь/Spoeao

¡АЛЛГ4М13/4

—* ce/a/ÚM/ога 0—° улучшенного

d» впепней скоростной характеристики необходимо обеспечить выбор режима максимального крутящего момента при соблюдении условия П*аПн/к а также увеличение цикловой подачи топлива fc и давление наддува Рк обратно пропорционально изменении текущего коэффициента приспособляемости с учетом коэффициента J sJ(K',cC,' Пм', Ц ) Ре ) РцХ

3. Динамика выделения теплотн пра уменьшения частоты вращения ДШ отличается уменьшением доли теплотн Хг в фаза взрывного сгорания н сдвигом всего процесса на линию слагая, что приводит к существенному повышению механических и тепловых нагрузок и, как следствие, к увеличению содержания окислов азота tWr, в ОГ примерно на 20£.

4. При снижении частоты вращения ДПМ от 1750 до 1300 мин-* пейс • пользование теплоты Zfö-Э , без теплотн в эталоыом цикле, увеличивается от 20,8? до 23,15?, а механические потери Iii уменьшаются

от 11,3^ до 5,7%, такое противопологлое направление определяет наличие максимума эффективного КПД (2гпал ^»39) при частота вращения М = 1450-1500 мин"1.

5. Разработана структурная схема мероприятий по улучшении технико-экономических а экологических параметров, подобраны конкретные технические решения и проведена их экспериментальная проверка для ДПД типа 4HI3/I4. Исследован механизм воздействия конкретных конструкторских мероприятий на отделите составлящно баланса использования теплоты Ol и Ii а получены объективные данные о величине потенциальных резервов улучшения техыако-зкоаоиаческих показателей дизеля по внешней скоростной характеристике.

6. Оптвмальнух) настройку смесеобразования по параметрам продолжительности впрыскивания tfinp • дисперсности распиливания с(к и длкама-ки факелов ¿<р необходимо проводить для реаи.ма максимального крутящего момента. Не оптимальность смесеобразования для других частотных режимов компенсируется болысам избытком окислителя .

7. Автоматическая настройка угла качала впрнсеэ топливз обеспечивает снижение тепловой и механической пагружпнпостя деталей Талибы, (d-P/dtpJrtat также уменьшается удельный расход тошива на 2...4г/кЕг<ч и ваброс окислов азота 1Юц на 50?.

ОСНОВНЫЕ РАБОТЫ ПО T3J2 ДНССЕРТАЩИ

I. Кригер В.Л., Холстов Б.Т. Разработка диффузориого выпускного канала головка цилиндров дизелей А-ОЫ.А-41/Материалы ВсесопзноЯ язучно-техническсй конференции "Исследование а ссЕРЮгэяствоввяяе трчв-горнкх конструкчгЗ" - !i.: ЩНХ-НАТй, 1333.

2. Хохлов Ф.Ф., Скорняков О.Ф,, Кратер В.Л. Сравнение рацаонвь-ной скоростной характеристика дизеля с характеристикой двигателя постоянной мощности/И сб. Снижение динамичности работа тракторов, ах систем и механизмов в эксплуатационных условиях. Тр.ЧШЭСХ, - Челябинск, 1988, - с.39-45.

3. Иочалин Н.К., Любимов И.С,, Булыгин Ю.С., Кригер В.Л. Совершенствование материалов и методов упрочнения иоушой// Тракторы а сельхозмашины. - 1989 - №4.

4. Кратер В.Л.. Матиевскай Д.Д., Грачев B.C. Улучшение технико-еконоиичвских показателей дизелей типа.4HI3/I4 путем создания модификаций достоянной мощности/'Материалы краевой научно-технической конференции "Совершенствование рабочих органов а процессов ыашино-тракторных агрегатов а сельскохозяйственных машин" - Барнаул, 1990г.

5. A.c. 1038520 СССР, МКИ3 Р02И/42 Головка цилиндров двигателя внутреннего сгорания/П.А.Антонов, Э.М.Кононенко, В.Т.Толстов, В.Л.Крагер (СССР) - К 2914648/25-06; Заявлено 22.04.80: Опубл.30.0&83, БИЛ. * 32.

6. A.c. I048I48 СССР, ШИ3 £0271/24. Головка цилиндров многоцилиндрового двигателя внутреннего сгорания/В.Я.Кригер, H.A.Антонов, Э.и.Кононенко, В.Т.Толстов, Б.И.Ошцсайленко (СССР) - Jé 3411960/25-06; Заявлено 23.02.82: Опубл. 15.10,83. Бюл. £38.

7. A.c. I300I59 СССР, !Ш3 £0111/26, I/I8 Привод клапанов механизма газораспределения двигателя внутреннего сгорания/В.Л.Кригер, Э.М.КононеНко, Н.С.Стопачева (СССР). - Л 3995823/25-06; Заявлено 20.11.85; Опубл. 30.03.87. Бюл. №12.

8. A.c. II6006S СССР, 1Ш3 F02P 11/00: ÍI6JI5/06. Уплотнение газового стыка/В.Л.Кригар, Э.Ы.Кононенко, В.А.Наговицын, В.Т.Толстов, В.П.Штоль, Е.В.Исаев, В.М.Жарнов в Ю,К.Букач СССР - £ 3712043/25-06; Заявлено 19.03.84; Опубл. 07.06.85. Бюл. £ 21.

9. А.ö.'1430543 СССР, МКИ3 ÍX)2£T/42 Головка цилиндра двигателя внутреннего сгорания/В.Л.Кригер, В.Т.Толстов, Э.М.Кононенко (СССР) -- * 4180903/25-06; Заявлено 13.01,87; Опубл. 15.10.88. Бюл. Я 38.