автореферат диссертации по энергетическому, металлургическому и химическому машиностроению, 05.04.02, диссертация на тему:Совершенствование систем смесеобразования и сгорания быстроходных дизелей

алтаискии государственный техническим университет им. и.и.ползунова

На правах рукописи

УДК 621.43:055, 056, 013.6, 016.4, 068(043.3)

бургсдорф эрнест иосифович

совершенствование систем сыесе06ра30вднкя и сгорания быстроходных дизелей

Специальность 05.04.02 - Тепловые двигатели

на соискание ученой степени кандидата технических наук в форме научного доклада по совокупности работ

Диссертация

Барнаул - 1993г

\

Работа выполнена на АО Барнаултраксмапг и кафедре ДВС АлтГТУ им.И.И.Ползунова

ОФИЦИАЛЬНЫЕ ОППОНЕНТЫ: д.т.н. профессор Лебедев О.Н.

к.т.н. Толсгов.В.Т.

ВЕДУЩАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ: АО Алтайдизелъ.

НАУЧНЫЙ КОНСУЛЬТАНТ: д.т.н. профессор Матиевский Д.Д

Защита состоится 8 октября 1933 года на заседании специализированного совета К064.29.04 при Алтайском Государственной техническом университете им.И.И.Ползунова по адресу:656099,г.Барнаул,пр.Ленина,-46, АлтГТУ, конференцзал.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета Диссертация в форме научного доклада разослана

Отзыв на диссертацию в двух экземплярах, заверенные печатью, просим направлять по адресу: 656099,г.Барнаул,пр.Ленина ¿6, ученому секретарю совета к.т.н.доценту Сишщыну В.А.

Ученый секретарь

специализированного совета/К064.29.04 к.т.н. доцент / В.А.Синицын

1.Общая характеристика работы

В представленном докладе изложены результаты комплекса работ, направленных на улучшение параыэтров и эксплуатационных характеристик быстроходных дизелей широкого назначения, выпускаемых и разрабатываемых АО Барнаултрансмаш, включающих:

- устранение случаев эрозионного повреждения поверхностей камер сгорания;

- расширение номенклатуры используемых топлив (многотоплив-ность);

- улучшение мощностных и экономических параметров;

- обеспечение устойчивой и надежной работы в (экстремальных условиях (при отрицательных температурах воздуха на впуске, высокогорье и т.д.).

Актуальность работ.

Приведенные в работе исследования выполнялись в соответствии с техническими заданиями на разработку и совершенствование быстроходных дизелей АО Барнаултрансмаш, расширение областей применения в объектах новой техники.

Сложность решения возникающих проблем обусловлена недостаточностью теоретических и экспериментальных работ по вопросам смесеобразования и сгорания в короткоходных дизелях, особенно в экстремальных условиях, жесткими ограничениями габаритов дизелей и параметров в различных експдуатационных условиях.

Актуальность выполненных работ определяется их общностью для большинства дизелей отрасли транспортного машиностроения.

Цоль работ.

1. Исследование и отработка конструкции камеры сгорания и рекомендаций по Системам воздухоснабхения и тошшвоподачи, направленных на устранение эрозионного повреждения головок цилиндров без ухудшения параметров рабочего процесса дизелей Ч 15/15;

2. Разработка и введение в производство решений, позволяющих использовать в дизелях Ч 15/15 резервные топлива (авиационные керосины и автомобильные бензины);

3. Исследование факторов, влияющих на неравномерность параметров сгорания по цилиндрам, разработка и внедрение в производство предложений, снижающих неравномерность;

Д. Разработка и исследование системы завихривания воздушного заряда, камеры сгорания и впускныых коллекторов для новых дизелей ЭДЦ, обеспечивающих существенное снижение удельных раоходов топлива в сравнении о аналогами.

5.Разработка уточненных методик прогнозирования параметров сгорания дизелей Ч 15/15 в условиях эксплуатации.

Научная вошзна.

1. Разработаны методы исследования сгорания в быстроходном дизеле с высокочастотными колебаниями(ВЧ) давления большой амплитуды. Уточнена физическая модель возникновения ВЧ колебаний давления и определены закономерности, позволяющие прогнозировать интенсивность колебаний в зависимости от регулировочных а эксплуатационных факторов, определять количественную взаимосвязь ВЧ колебаний с параметрами дизеля.

2. Разработана и исследована новая конструкция завихрителя воздушного заряда на впуске и методика расчета параметров завихрителя по конструктивным параметрам камеры сгорания и распылителя форсунки.

3. Разработаны новые конструкции камер сгорания с локализацией очагов воспламенения, уменьшающие амплитуду ВЧ колебаний давления и улучшающие вкономичность дизеля.

4. Разработан и использован при отработке дизелей ряд методик, включая испытания с имитацией высокогорья, исследования цилиндровой неравномерности сго^чся ч др.

Практическая ценность работ.

1.По результатам работ внедрены в опытное и серийное производства способы обеспечения работы дизелей Ч 15/15 на розоршгах тепливэх с использованием химических регуляторов горения, новые гяткрокамеры сгорания.

2.Разработаны и внедрены в производство рекомендации по уменьшению цилиндровой неравномерности сгорания, стабилизации теплоотдачи в охлаждлагацую жидкость, повышению цилиндровой равномерности наполнения цилиндров воздухом и др.

3.Для новых быстроходных дизелей БМЦ и модернизации выпускаемых создан лопастной зэвихритель воздуха с малым сопротивлением и стабильными гидродинамическими параметрами, который обеспечивает снижение расходов топлива на 4-6%.

4.При " испытаниях дизелей и их проектировании используются разработанные й'ет<3дий-и''.''прогнозирования параметров и оценки результатов иеттаний с учетом цилиндровой неравномерности работы и изменяющихся внешних условий.

5.Автор настоящего доклада руководил и принимал непосредственное участие:

в совершенствовании рабочего процесса и многотопливных качеств транспортных дизелей 64 15/15 , 84 15/15, 104 15/15 и внедрении в производство полученных решений:

в отработке систем воздухоснабжения названых дизелей, конструировании трасс впуска и выпуска, внедрении в производство;

в исследовании причин и разработке мероприятий, сни-жаткх вероятность эрозионного повреждения головок цилиндров в экстремальных условиях;

в разработке и внедрении методов системного проектирования и исследовании смесеобразования и сгорания.

л

Апробация и публикации.

Ооноеныо результаты робот изложены в технических отчетах АО Барнаултрансмаш. Оформлено более 23 тех!шческих отчетов и методик исследований и испытаний, включая 12 работ, выполненных автором. Остальные - по методическим разработкам и при участии автора.

Новизна технических решений подтверждена 20 авторскими свидетельствами, из которых 10 - непосредстьешю по вопросам, освещенным в докладе.

Содержание работ доложено и обсуждено на научно-технических конференциях в НЩД, ЛГ'ГУ, опубликованы 7 статей в технической периодике и сборниках трудов.

Автор выражает искреннюю признательность специалистам, сотрудникам ЦКЕ и ¡экспериментального цеха АО Барнаултрансмаш кафедры ДВС АГТУ, совместная работа и тьорческоо общение с которыми способствовали выполнению поставленных зад.оч.

2.Основное содерэише работ

2.1 Исследование факторов, определяющих эрозионное попрв.тчцотше поверхностей: гсамор сгорания головок цилиндров.

2.1.1 Состояние проблемы и обоснование целей работ.

В ходе отработки вопросов многотопливности дизелей I 15/15, при длчтольггых стендовых испытаниях на дизельном топливе о цетановыми числами 40, а также испытаниях с имитацией условий высокогорья и низких отрицательных температур воздуха на вцуске отмечались случаи эрозионного товрездогатя ОН) центральной части поверхности камеры сго-эятптя (КС) головок цилиндров. Длительная работа на эпределенных режимах приводила к развитию ЭП вглубь КС, ito могло привести к выходу дизеля из строя.В связи с этим, разработка мероприятий, направленных на устранение )П являлось весьма актуальной.

Ко времени появления проблемы и до настоящего момента 5 дизелестроении подобных явлений не отмечалось, сообщений >б исследованиях ЭП в дизелях практически не публиковалось. Работы по исследованию ЭП и факторов его вызы-¡ающих являлись пионерными.

Целями работ являлись: 0 Идентификация факторов, вызывавших ЭП.

О Определение зависимости этих факторов от конструктл-1ных, регулировочных параметров дизеля и условий эксплуата-

[ии.

О Поиск и отработка мероприятий, направленных на устра-:епие явления.

2.1.2 Идентификация факторов.

Исследование массивов одноцикловых осциллограмм давления азов в камере сгорания дизеля Ч 15/15 показало, что при

сгорании - расширении в ней имеют место высокочастотные колебания давления, максимальная амплитуда которых развивается сразу после периода самовоспламенения, затем по ходу расширения уменьшается, сохраняясь на части хода расширения (Рис.1). Величина максимальной амплитуды ВЧ колебаний и их форма изменяются от цикла к циклу, при наложении различающихся внешних условий (температуры и давления ), видов топлива, регулировок и параметров дизеля.

В частности, затухание амплитуды ВЧ колебаний на части диаграмм имеет монотонный характер, .на других -имеет форму биений с характерными "горбами" и "талиями"

Отмечено, что частота ВЧ колебаний составляет 5___7Кгц,

независимо от скоростного режима, вида топлива и тд.,а количество "горбов" и "талий" биений, также постоянно.

Было установлено, что максимальная амплитуда ВЧ . колебаний и характеристики биений (разница амплитуд в "горбах" и "талиях" биений) закономерно изменяются в функции цетанового числа топлива, угла опережения подачи топлива, разрежения на впуске и др. При этом, указанный параметр биений хорошо коррелирует с величиной амплитуды ВЧ колебаний. Зависимость параметров биений (А) от МАР^ приведена на рис.2. На рис.З-вероятность биений (А) в функции МАР^.

Результаты обработки массивоь осциллограмм и их сопоставление с объемом упасенного эрозией металла головки [¡первые показали,что появление ЭП и скорость его нарастания хорошо коррелирует со среднестатистической величиной относительной

ДРа ----

амплитуды ВЧ колебаний - - или MAPz. Ь дальнейше.-м

Рк

аналогичный критерий стал использоваться многими исследователями и фирмами при детонационном повреждении поршней.

Изучение массивов одноцикловых осциллограмм давления в камере сгорания дизелей Ч 15/15 выявило цикловое

рассеивание Р„_ АР__отг и АР„. Аналогичное рассеивание

¿шал сЛША ¿J

теплодинамических параметров сгорания характерно для всех типов поршневых ДВС независимо от способа смесеобразования и сгорания. Процессы стохастического сгорания в двигателях с воспламенением от искры исследованы достаточно всесторонне, а что касается дизелей - исследования носят единичный хлрлкт'-р. В работах И.В.Болдырева, Т.Н.Смирновой по исследованию дизеля Ч 15/15 на бензине А-72 подтверждено, что распределение цикловых значений Р.,-,,,,, подчиняет-

Z/Шал

ся нормальному закону рассеивания. Отмечено существенное увеличение рассеипоття Р™,,.. при переходе на бензин.

¿ЛПсхЛ.

В связи с зависимостью ЭП от величины АР^ нами было проведено дополнительное исследование параметров распределения АГ„, Г„_„_ от ЦЧ топлива и регулировок дизеля.

¿j cjilidLÄ

Исследованиями установлено:

- величина А Г„ подчиняется нормальному закону . распре-

а

деления и характеризуется среднецикловым значением МЛ Р„

__а

и среднеквадратичным отклонением SAP_;

и

- Статистические характеристики распределения зависят от IUI топлива.При этом, изменение ЦЧ от 54 до 41 приводит к небольшому росту МР_, SP„, МАР„ и SAP_.Переход на

¿1 ¿J ¿J CJ

бензин с ОТ = 27 сопровождается существенным ростом этих величин (Рис.4).

Цикловое рассеивание Р„ и ДР„ определяется изменением

¿j <-i

закономерностей сгорания, которые, в свою очередь, зависят от цикловых изменений действительных углов начала подачи топлива и стохастическим характером возникновения и развития очагов самовоспламенения в КС. В связи с большой сложностью процессов смесеобразования, возникновения очагов самовоспламенения, существующие их модели существенно разнообразны и не дают реальной картины процессов.

' В связи с изложенным, в наших исследованиях мы пользовались интегральной характеристикой - периодом задерлски с мовоспламенения - Тj-Обработка статистического материала пс волила получить емпирическио зависимости:

SPZ = ардап'1^ • ю

SAPS Vipz ^

где: KpZ = 0.95,10'^е0-8*10^^ (3)

КДр2= Q.544*10-4*e0-872*1°4*Xt (4)

Графическая зависимость К от Tj приведена на рис.5.

В связи с тем, что индикаторный период задержки самовоспламенения является функцией частоты вращения, параме ров воздуха на ънуске, угла начала подачи теплина и др. полученные зависимости позволили прогнозировать изменение теплодинамических параметров сгорании в зависимости от конструктивных, регулировочных факторов, условий океплуат ции.

Наши работы показали, что граничным значением MAl's, при котором. появляются первые очаги 311 является МДР2'.-0.4 на частоте вращения П - 2С00 I мин. На солее низких частотах граничная величина критерия возрастает.

Зависимость времени работы дизеля на данном режиме до появления 0 Г1 определяется величиной МАрг. п напоминает кривую усталостной прочности Веллера. ( 1'iic.fi)

Влияния SAPs на появление и развитие 0Г.( не выявлено.

2.1.3 Физика явления.

Акустический анализ камеры сгорания дизеля Ч 15/15 о допущением, что она заполнена однородным газом с постояв

ными по объему параметрами что мало отклоняется от действительной картины перед впрыском топлива и в его начальной фазе, показывает:

а) КС п акустическом смысле является "узкой" трубой, в которой возможно существование только собственных колебаний газа в виде стоячих волн давления (Радиус КС <=0.61 К,

Л. длнпя ьолны).

б) Колебания возбуждаются локальным подводом тепловой энергии при самовоспламенении топлива.

в) В зависимости от расположения локальной зоны подвода энергии относительно оси камеры сгорания эти собственные колебания могут быть: осевыми-источник подвода энергии рассредоточен по объему КС, радиальными - источник энергии расположен соосно КС, тангенциальными - источник анергии расположен в камере сгорания эксцентрично.(Рис.7)

Подо'бныо колебания достаточно глубоко изучены для камер сгорания ЖРД. Анализ показал, что неустойчивое сго-ршгоо в них сопровождается "аналогичными ВЧ колебаниями давления.И, в зависимости от располжения источника локального подвода энергии, эти колебания имеют форму близкую к колебаниям, зафиксированным в испытаниях дизеля Ч 15/15. Частота колебаний приближенно определяется уравнением:

я2

1е- ^ 0.5 { = С'(--+ - ) (5)

2 ° (2ьк) (ги^

Где: С-постоянпай;

^-порядок гармоники; ^-эмпирический коэффициент;

-длина камеры сгорания; П^-радиус камеры сгорания.

Для средней температуры газов в цилиндре 1700...2300 град.К собственные частоты колебаний соствляют для радиальных и тангенциальных колебаний - 5..,7Кгц, для осевых-

- 80 Кгц. Как указывалось выше, такую же частоту имеют колебания на осциллограммах давления в дизелях Ч 15/15.

Картина возбуждения и развития ВЧ колебаний: в камере сгорания дизеля можно представить в последовательности:

а) перед впрыском топлива КС - в акустическом смысле-"узкая" труба, заполненная однородным газом;

б) после начала впрыскивания вершины факелов топлива проникают в объем КС, а в их оболочках формируются очаги самовоспламенения . Согласно исследованиям ИТШ СО АН часть топлива образует горообразный объем вблизи распылителя. В связи с температурной неоднородностью воздушного заряда в КС, градиентами температур поверхностей и др. скорость образования промежуточных продуктов в локальных объемах факелов различна. Также могут существенно отличаться периоды задержки самовоспламенения в этих объемах.

По видимому в "горячих" зонах объема КС период задержки самовоспламенения (ВДВ) меньше, чем в "холодных". Следствием в того являются большая скорость сгорания в холодных зонах, большие градиенты давления и локальные давления в етих зонах. Фоторегистрация возникновения и развития воспламенния в КС дизелей показывает, что очаги первоначального воспламенения образуются вблизи сопел распылителя.

При осесимметричном расположении зон первоначального самовоспламенения и примерной идентичности в количестве анергии, выделившейся во всех факелах распыленного топлива, собственные колебания преимущественно радиальные с образованием узловых окружностей. С увеличением ассиметрии зон или заметной разницей в скоростях горения топлива в них колебания становятся сложенными из радиальной и тангенциальной компонент. Возникает прецессия узловых диаметров тангенциальной формы, что фиксируется на осциллограммах в виде биений ВЧ колебаний.

в) Последующее сгорание топлива в факелах проходит при

воздействии волн давления, что результируется в увеличении скорости и полнота сгорания, росте теплоотдачи в ОЖ..

Анолиэ показывает, что свшт по собе ВЧ колебания не

являются причиной ЭП. ПО данным И.Н.Вогачева ЭП алюминиевого

сплава происходит при воздействии ударных волн с давлением

о

по фронте >80 Мпа (800 кгс см )• Моделирование разрушения поверхностей ЦПГ при детонации также подтвердило этот уровень (Ihn.'icrmn T.Lee и др).

Срппнение ОП поверхностей КС в дизелях Ч 15/15, детонационных повреждений ЦПГ бензиновых двигателей

кянит-ицтонних повреждений поверхностей, повреждений ЖРД при вибрационном сгорании показывает их идентичность и позволяет сд'лять вывод, что процесс повреждения эрозией является следствием воздействия локальных волн давления большой интенсивности. Исследования процессов детонации как гомогенных так и гетерогенных систем другими авторами отметили наличие в зоне эрозионного повреждения поверхностей камер локл.льных микропзривов с давлениями во фронте ударной волны но порядок большим, чем среднее давление в реагирующей смеси. Энергетического объяснения появления микровзрывов столь большой интенсивности пока не найдено. Однако сходство явлений позволяет предположить, что ЭП в дизелях 415/15 является следствием воздействия на поверхность КС микровзрывов, а величина if скорость ЭП определяется количеством и интенсивностью микровзрывов вблизи поверхности. Рейпхарт Д.С. и Пяреонс Д. показали, что после образования первоначальной каверны от воздействия взрыва дальнейшее повреждение развивается в связи с самофокусировкой волн давления в ней.

Возможность появления сильных микровзрывов - в дизелях Ч 15/15 с объемным смесеобразованием подтверздается работами А.А.Борисова и Б.Е.Гельфэнда, которые установили наличие комбинировавшей детонации в распылах углеводородных топлив (газовой и гетерогенной).

2.1.4. Критерии появления микровзрывов и ЭП.

В связи с тем, что непосредственное измерение локальных давлений в зоне возникновения микровзрывов не представляется возможным, а эти взрывы инициируют (возбуждают) собственные колебания в КС, амплитуда которых в начальный момент пропорциональна интенсивности и частоте микровзрцвов, эту амплитуду было решено использовать в качестве определяющего критерия. В исследованиях автора, опубликованных в 70-х годах, было показано, что наиболее полно характеризует явление относительная амплитуда ВЧ колебаний давления.

Как показано, выше на АО Барнаултрансмаш в качестве критерия появления ЭП принята величина МДР_ по результатам статистической обработки массива осциллограмм давления газов в цилиндре дизеля.

2.1.5 Исследование зависимостей MAP,, от конструктивных

Ci

и эксплуатационных факторов.

Как было указано ЭП появляется независимо от воздействующего фактора и определяется только величиной МДР^. При МДР„>-0.4 появляются начальные очаги ЭП, а при

¿Л ¿1

МХР„>0.5 процесс повреждения быстро развивается и дости-

СI

гает критических значений за 3...4 часа работы дизеля на опасном режиме.

Анализ- данных исследований показал, что величина критерия хорошо коррелирует с видимым (яамерышым но осциллограммам) периодом задержки воспламенения (Г13В). Экспериментальная зависимость приведена на Рис.8.

Использование этой зависимости для прогнозирования возможности появления ЭП затруднена, т.к. дополнительно необходимы зависимости II3B от воздействующих факторов.

В связи с изложенным, был разработан акспериментально-теоретический метод определения МДР„ С использованием работ А.И.Толстова.

Видимый индикатортшй период задержи самовоспламенения определялся по зависимости А.И.Толстова:

Т _ Ё*СП~1

а т вх т _

т, - Ы* (1-1.6*п*1О )*С *(-) *е р (6)

где:

Р ' 8.31

вк

Н - постояшгай коэфициент. п -- частота вращения кол.вала

С - критерий, зависящий от степени сжатия,углов

начала подачи топлива,'закрытия клапана впуска Тм,Рв;с - температура и давление воздуха на впуске

р диооть, т.- омштричеекпй ковфстциент, П - показатель политропы сжатая.

Геличина т:^, вычисленная по уравнению с точностью до Г.", совпадает с результатами испытаний при нормальных условиях ¡г: впуска в ;;кзель. При наложении разряжения на впу-ско п изменинии расхода топлива через дизель, запигг.мость т., от приведенных параметров, включая раз-па ьпуско, хорошо совпадает с результатами обработки осциллограмм с введением дополнительного комплекса:

V

Т, - Х(0*ГИ.0526+0.21 *ДРВП)-(0.0626-Ю.2Т*ДРВП)*- } (7)

где: ДРВГ1 " разрешение на впуске,

~ цикловая подача топлива на данном режиме, 0цП - цикловая подача па номинальном режиме.

Зависимость X^ от этих величин описывается уравнением регрессии, получешшм по результатам обработки экспериментальных осциллограмм:

МДР„- (0.0725+0.647*ДР)*- +

о . ВП л

V °Цв

+• 304.637*Т{0"68+1.О37*Т{~0Л2 (8)

Обобщенная эмпирическая зависимость МЛР2 от отдельных регулировочных, эксплуатационных факторов и внешних условий при отклонении от номинала описывается уравнением:

^ = М^0+0-0255*((РШ(^Ш10) + 0.019* (Чц£+Чцо) +

+0.00164*(фзвп{+фзвпо)+0.2028*(АРвх1^АРвх0)+

+0.002С4*(Тл-Т .)+ 0.001921 *(40--ЙМТ16-П). (9)

и ВХ с

В уравнении знаком "С" обозначают параметры ь нормаль -ных условиях и оптимальных регулировках, а знаком "1" -в нестандартных условиях и при неонтималышх регулировках.

На рис.9 приведший частные зависимости МЛР„ от приведенных в уравнении факторов.

2.1.5 Мероприятия, направленные на устранение ЭП.

Поиск решений осуществлен с использованием системного подхода, включая разработку -деревьев целей, их анализа и морфологического анализа решений. Одна из таблиц морфоапа-лиза показана на Рис. 10.

Отработка оптимальных'решений проведена в 2-х направлениях: - разработка специальной камеры сгорания и использование химических регуляторов горения.

Специальная камера сгорания малого обтема разработана исходя из описанной картины возбуждения Б'! микроьорыьами

большой интенсивности.

Микрокамера сгорания, различные варианты которой показаны на Рис.II позволила локализовать микровзрьшы внутри обьема ( внутренний диаметр камеры .(хьатш.и^т 301т факелов, где происходит первоначальное- самовоспламенение). Ударные волны, образующиеся под воздействием микровзрьшов, проходят через отверстия в стенках камеры с существенно уменьшенной амплитудой.Микроьзрквы локализованы в камере, стенки которой выполнены из каьитациошюстойкой жаропрочной стали, ЭП поверхностей КС не наблюдается.

Высокие температуры стенок МК при работе на бензине обоспочиппют устойчивое воопламэненио беноинои А-73 и А-7 6 при степени сжатия Е=14.5,.15. Внешняя характеристика дизеля Ч 15/15 при работе на бензинах приведена на Рис.15 Термометрирование стенок МК зарегистрировало температуру донышка - 750° С, температуру стенок выше отверстий - 400°С.

При работе на дизельном топливе отмечено смещение угла начала подъема давления в надпоршневом пространстве на 9—II0 ПКВ в сравнении со штатной комплектацией при одинаковом угле начала впрыскивания топлива, что потребовало для восстановления параметров соответствующего увеличения фдГГГТ- При этом МАР2 не превышало 0.2 против- 0.38 в штатной комплектации.

Испытания МК с открытым донышком (Рис.116 ) показали, что вскрытие донышка практически устраняет дросселирование

- и увеличивает интенсивность микровзрывов. МДР^ при фД5Ш СОПЗо составило О.46.Однако при этом биения ВЧ колебаний не отмечено, ЭГТ- отсутствовало.Отмечено существенное улучшение экономичности на частичных нагрузках (см. рис.13 ). Таким образом, варьируя диаметром отверстия в донышке, можно обеспечить улучшение экономичности при полном устранении ЭП.

Испытания аналогичных по конструкции МК , но имеющих меньший внутренний диаметр и объем, не выявили существенных отличий в закономерностях сгорания в сравнении со штатной комплектацией.

Испытания позволили сделать выводы:

- микрокамера является эффективным средством управления сгоранием, обеспечивает устойчивую работу дизеля на бензине;

- внутренний диаметр МК не должен быть менее 26 мм и

3 **

объем>3.5 см для дизеля исследованной размерности; •

- кроме отверстий в боковых стенках необходимо отверстие

в донышке МК, соосное форсунке. Соотношение размеров отверстий определяется экспериментальным путем.

/

Конструкции микрокамер защищены 3 авторскими свидетельствами NN 544758, 1361366, 797340. _

Отмеченная выше зависимость МЛР2 от периода задержки самовоспламенения позволила сделать вывод о возможности устранения ЭП использованием химических регуляторов горения. Так в ходе испытаний ОД Ч 15/15 с имитацией ВГУ путем создания разрежения на впуске установлено, что добавка к дизельному топливу присадки ЦГК или моторного масла МТ-16п позволяет стабилизировать МДР_ на необходимом уровне. В эмпирическом уравнении, связывающем MAPZ, эксплуатационные и регулировочные факторы, введен член, учитывающий % масла добавляемый к дизельному топливу. Используя это уравнение, можно опредеолить количество добавляемого масла, необходимое для оптимизации ВЧ колебаний давления. На Pitc.IG приведено влияние добавки присадки ЦГ'Н к дизельному топливу на параметры при имитации .высоты над уровнем моря-3000 м. Этот способ введен в документацию на дизели Ч 15/15.

Использование химических регуляторов горения позволило уменьшить коррекцию подачи топлива при наложении ВГУ и улучшить тем самым эксплуатационные характеристики дизеля. Автором разработано автоматическое устройство для введения присадки в топливо в зависимости от параметров окружающего Приоритет подтвержден авторским сведетельством N 1261358.

2.2 Расширение номенклатуры топлив, используемых в быстроходных транспортных дизелях.

2.2.1 Состояние проблемы и обоснование целой работ.

Периодически перед двигателестроением ставится задача обеспечения устойчивой и надежной работы быстроходных дизелей на основном-дизельуом и резервных топливах-авиационном керосине ГОСТ 10227-88 и автомобильных бензинах с октановыми числами 70.-.93 по ГОСТ " 2084-77.Сложность задачи усугляблялась

требованием о недопустимости ухудшения экономичности на основном

дигаольном топливе.

■ Базовый дизель Д20 к этому времени находился в серийном производстве.Для него была отработана система'смесеобразования с непосредственным впрыском топлива и плоской камерой сгорания ,из которой в поршне располагалось - 0.3V -В нормальных условиях при работе на дизельном топливе с ЦЧ=40-45 система смесеобразования и сгорания обеспечивала Г)t>0.46 при коэффициенте избытка воздуха а<1.'65. Сгорание сопровождалось высокочастотными- колебаниями давления газов значительной амплитуды. При этом закон тепловыделения имел один максимум.

Согласно исследованиям дизельных топлив самовоспламеняемость может характеризоваться его цетановым числом.Для рассматриваемых топлив, включая бензины, цетановые числа составляют ЬО-2.5.

Исследования ненаддувных дизелей ведущими фирмами и НШ покапали, что устойчивое самовоспламенение бензинов типа АИ-93 (ЦЧ-2— 3) обеспечивается при геометрической степени сжатия £>23.

Фирма MAN использовала в своих многотопливных двигателях специальный процесс смесеобразования (т.н.М-процесс),в котором воспламенение осуществлялось электрическим разрядом, а необходимый состав смеси в зоне разряда обеспечивался системой впрыскивания топлива на стенку шарообразной КС, интенсивным вихревым движением воздушного заряда и конструкцией электрода свечи.Степень сжатия £>IQ.

Ряд фирм использовали предкамерное смесеобразование в сочетании со свечей накаливания для обеспечения пуска дизеля(е>18). Указанные направления не могли быкть использованы для дизелей типа Д20 в связи с нарушением взаимозаменяемости и существенным ухудшением экономичности.Проблемы использования искровых свечей на быстроходных дизельных двигателях, как показало последующее развитие, так и не были решены.

В связи с изложенным, работы были разделены на два этапа:

- обеспечение работы на низкооктановых бензинах типа А-72;

- разработка решений, позволяющих эксплуатировать дизели Д-20 на высокооктановых бензинах А-76___АИ-93.

Целью работ первого этапа были стабилизация степени сжатия в узких пределах, обеспечивающих устойчивое воспламенение и сгораю-бензина А-72 без ухудшения экономичности на дизельном топливе.

2.2.2 Методическое обеспечение.

Исследование и отработка многотопливности проводилась на одноцилиндровом дизеле ЭУ5П и дизелях Д20. Испытания проводилис; в стендовых условиях без разрежения на впуске и противодавления и; выпуске, а также при разрежениях до 1200 мм.вод.ст. и противодавлениях до О.ОЗМпа.

Индуцирование осуществлялось пьезокварцевыми датчиками давления с собственной частотой >45Кгц. Датчик устанавливался е камеру сгорания без соединительного канала. Фиксация осциллограмм проводилась быстродействующим регистратором , который позволял вести запись последовательных циклов сгорания.

Впрыскивание регистрировалось на первых отаиах емкостным датчиком подъема иглы форсунки, а в последующем-индуктивным датчиком.Обработка осциллограмм проводилась на компьютере.

2.2.3 Оптимизация геометрической степени сжатия.

Исследования установили, что заданные параметры на дизельном топливе (£1-0.17(3 г квч, Р,.,ч9Мпа) обеспечиваются при £<=17

С увеличением £ до 21 отмечалось прогрессирующее ухудшение удельного расхода топлива, усиление дымления.(Гио.14) Таким образе требовалось стабилизировать степень сжатия на уровне 17-0.2 .Б реальном производстве рассеивание степени сжатия в связи с допускными отклонениями сопрягаемых деталей превышало 1.5, Использование дифференцированных но размерам поршней, головок цилиндров, индивидуальной размерной обработки головок не допускалось.

В связи с отим автором были разработаны специальные вставки в камеру сгорания. Вставки- представляют собою плоские цилинлрическж

детали, внутренняя конфигурация которых при сохранении подобия различалась.Набор из 4-х вставок обеспечивал стабилизацию степени сжатия в заданных пределах(Рис.15).

Оригинальность решения подтверздена авторским свидельством. . N 43367.

Исследования рабочего процесса с регулирующими вставками на • 8а дизельном топливе и бензине А-72 подтвердили целесообразность использования вставок с дифференциальной конфигурацией. Термометрирование вставок показало, что температура их поверхности со стороны камеры сгорания составляет -600..800°С, а со стороны головки цилиндров-250°..300°С. Повышенная температура поверхностей КС привела к незначительному снижению расхода воздуха через дизель. При установке вставки максимального объема отмечено снижение скорости тепловыделения и ухудшение параметров дизеля на дизельном топливе. При установке вставки минимального объема отмечено увеличение скорости тепловЫделеш1я и некоторое улучшение параметров. Наблюдалось улучшение пусковых свойств дизеля со вставками. В частности, было отмечено, что устойчивое воспламенение бензина отмечено При степени сжатия -14.8.

2.2.3 Управление свойствами топлива.

а) С целью исключить необходимость изменения конструкции дизеля проведены исследования путей снижения энергии активации бензинов его предварительной обработкой. Автором совместно с инженером Н.К.Валановым было разработано устройство для непрерывного озонирования топлива перед продачей его в топл.насос. ,На устройство для озонирования получено авторское свидетельство N Б44758.

Испытания системы озонирования топлива на одноцилиндровом дизеле установили; что озонирование улучшает воспламеняемость бензина при £<16.8. Однако • предложенная схема не позволила обеспечить . устойчивое воспламенение при возможных минимальных значениях степени сжатия. Кроме того, широкий диапазон атмосферных условий, в которые эксплуатируется дизель Д20 .требуют

дополнения схемы устройствами для осушения воздуха. Применение для дизеля • высоковольтной системы вызыв! возражения.

б) Известным способом повышения цетанового числа топл является добавка к нему инициаторов самовоспламенения химических регуляторов горения(Рг). В период проведения рабо' АО Барноултронсмаш использование химических регулятс горения не выходило за пределы немногочисленных исследов, и публикаций. Позже появились монографии М.О.Лерне] В.Л.Сомова и Ю.Г.Ищука, описывающие свойства ряда химиче< регуляторов горения моторных топлив.

АО проводилось исследование трех видов РГ:

дизельного топлива с цетановым числом >50;

- моторного масла типа МТ-1СП, которое использовалось в системе смазки дизеля;

циклогексилнитрата (ЦГН).

При использовании в качестве присадки дизельно! топлива отмечено устойчивое самовоспламенение бензина А при €>15,2 во всем диапазоне скоростных и нагрузочн режимов при концентрации дизельного топлива >25-30%.Для тойчивой работы на бензине АИ-ЭЗ потребовалось добав1 35% дизельного топлива.

В связи с изложенным, смеси бензинов с дизельным т< ливом не были рекомендованы для использования в эксплу: ции.

На первых этапах исследования не имелось экспериментал; теоретических данных, позволяющих заранее рекомендов; необходимые концентрации моторного масла в смесях

бензинами. В связи с изложенным, концентрация подбирал;

(

экспериментально по двум критериям: .

- обеспечение устойчивого самовоспламенения во' вс диапазоне скоростных и нагрузочных режимов, включая п;

- обеспечение заданного уровня газодинамических нагру: на поверхности камеры сгорания головки цилиндров по велич

относительной амплитуды высокочастотных . колебаний давления по осциллограмме давлений газов в■ цилиндре (о выборе указанной величины в качестве критерия сказано ниже)..

Как показали, исследования, концентрация присадки, выбранная по второму критерию, оказалась достаточной для обеспечения устойчивого самовоспламенения.

Для бензина А--72 рекомендована добаБка Ъ% масла по объему. Для бензина АИ-ЭЗ - 35% масла МТ-16П по объему. Свойства бензина А-76 могут приближаться к свойствам А-72 с одной стороны и к АИ-ЭЗ - с другой. Для обеспечения надежной работы на этом бензине рекомендовано добавлять "0% масла. Зависимость цетанового числа - смесей бензинов с маслом от доли последнего в смеси приведена на Рис.16.

Указанный способ управления свойствами бензинов испольг.ован в документацию выпускаемых дизелей тица 415/15, защищен авторским свидетельством N.265949.'

Изучешю моторных свойств смесей бензинов с

присадкой 1ГГН проводилось совместно с исследовательскими организациями отрасли.Методика подбора концентрации присадки была аналогичной приведенной выше.

Оптимальная концентрация присадки в смеси с бензином А-72 составила 0,5...0,7%^ с бензином АИ-93 - 2,5%. Изменение цетанового числа смесей бензинов с .присадкой ЦГН показано на Рис.3 .

Результаты испытаний позволили прийти к выводу, что при работе дизеля на смесях бензинов с присадками физические свойства бензинов ( температура кипения, коэфице-ент сжимаемости, коэфициент поверхностного натяжения и др.) не имеют определяющего влияния на воспламенение и характер сгорания.

Автором была разработана система автоматического ввода присадки в топливо, на которую получено авторское свидетельство N 1261358.

На базе проведенных исследований получены ' экспериментально-теоретические зависимости, позволяющие

определять необходимое и достаточное количество присадки при работе дизельного двигателя на смесях бензинов, масла и присадок.

2.3. Стабилизация и снижение уровня теплоотдачи в охлаждающую жидкость дизеля 10 Ч 15/15

2.3.1 Состояние проблемы и постановка целей работы.

Испытания образцов дизеля 10 Ч 15/15 выявили существенное рассеивание величин теплоотдачи .. в охлаждающую жидкость (ОХ), при етом максимальные значения превышали величины оговоренные КД. В связи с этим необходимо было определить причины рассеивания, установить факторы наиболее существенно влияющие на QQa, и, воздействуя на них, стабилизировать параметр на заданном уровне.

Анализ литературных данных показал, что уровень Qoz определяется индивидуальными конструктивными особенностями двигателей, закономерностями сгорания. Его аналитическое определение в связи с большим количеством воздействующих разнородных факторов в настоящее время не представляется возможным. Особенности дизелей типа Ч 15/15 затрудняли использование опыта отработки диз.елей других типоразмеров.

Таким образом целью исследований являлось:

- определить влияние регулировочных и конструктивных факторов, определяющих рассеивание величин Qqx и оценить их вес;

- оценить влияние уровня варьирования этими факторами для снижения величины рассеивания теплоотдачи;

-ввести в КД дизеля ограничительные значения факторов, конструктивные мероприятия, уменьшающие уровень Qox-

2.3.2 Выявление основных слагаемых, определяющих величину Qqs, проведено ' с использованием принципов системного анализа с построением функциональных структур воздействующих факторов.

В частности, была использована гипотеза о сущеотвенном влиянии на уровень теплоотдачи ВЧ колебание давления при сгорании, атмосферных условий, цилиндрового рассеивания характера и закономерностей сгорания.

Апроксимация експэриментальных зависимостей 0ОХ от средних по дизелю действительных углов начала подачи топлива, коэфициента избытка воздуха позволила получить уравнения, пригодные для прогнозирования значений 0ОЖ при отклонении указанных величин от номинальных значений:

^днп!

= 0.545+0.455«--(10)

\дшг0

а1

СойХ= 1-9-0.9«-- (И)

а0

где: фдНП{> Фднпо ~ соответственно действительные углы начала подачи топлива на рассматриваемой и номинальной регулировке;

а^, а0 - коеф.избытка воздуха при рассматриваемых и нормальных условиях.

В связи с цилиндровым рассеиванием фдвд и расходов топлива, происходит изменение закономерностей сгорания, меняется амплитуда ВЧ колебаний давления при сгорании МАР^ и, следовательно, величина коеф. теплопередачи от газов к стенке цилиндра. Апроксиыированхгем экспериментальных зависимостей с использованием известных зависимостей массообмена получены уравнения:

— гг1*МАРгг (-0.08+0.0053«цч)

^■'¡¡зг;1-":. да>

20 20

а0 0.592 = < ~ > («>

а{

По про гр тлло -ые то дика автора было проведано обследо-дование параметров сгорания, действительных углов начала подачи топлива, расходов топлива по цилиндрам дизеля 10 Ч 15 Д 5 со статистической обработкой, результаты которой показали, что на исследуемой дизеле цилиндровое рассеивание фддд составляет - 3.5°ПКВ, ко оф.избытка воздуха - 0.4 с учетом цилиндровой неравномерности наполнения. Отклонение величины 6QX ооотавило 10% .По результатам наследований влияния различных факторов на цилиндровую неравномерность рабочего процесса были внедрены в производство рекомендации по уменьшении угловых зазоров в передаче к топливному насосу, регулировке насосных секций и др.

Обработка результатов влияния отклонений внешних условий от нормальных позволила ввести в КД дизелей зависимости для приведения 6QX к нормальным условиям.

Кроме того в КД введены рекомендации по оптимизации установочных углов фш.В практику испытаний дизелей введены понятия средне - статистических значений BQZ и среднеквадратичных отклонений, что облегчило прогнозирование теплоотдачи в условиях эксплуатации.

2.5 Отработка системы завихривания воздушного згряда на впуске для нового семейства дизелей БЦД.

2.5.1 В соответствии с прогнозными оценками дизели

БЦД должны иметь на первой стадии отработки удельные рас-

кг

'хода топлива не более 0.185-

- квч

при минимальных выбросах токсичных составляющих в выпускных газах.

Для достижения заданных уровней по опыту мирового дизелестроения используются системы с з а вихрив ание м воздушного заряда в камере сгорания.Однако известные системы о тангенциальными впускными каналами или спиральными каналами либо обладают повышенным гидравлическим сопротивлением, либо, в основном, в условиях серийного производства по имеющейся технологии не обеспечивают необходимой стабильности гидродинамических характеристик потока в цилиндре.

Автором был использован комплексный метод разработки системы, к которой были отнесены- устройства входа во впускной коллектор, каналы впускного коллектора, впускные каналы головки цилиндра, зона расположения фасок клапанов и рабочий объем цилиндра.

Результатом была разработка системы впуска с 2-мя завихривапцими впускными каналами на каждый цилиндр, профилированным впускным коллектором о аэродинамически аффективными патрубками. Закрутка воздушного заряда в каналах осуществляется лопастными завихрителями(ЛЗ) инекового типа, установленными в прямолинейном участке впускных каналов головки цилиндра. Оба ЛЗ выполнены о одинаковым направлением вращения. Исследование поля скоростей воздуха на выходе из клапанных щелей в полость цилиндра показало, что при использовании каналов без ЛЗ сумма векторов скорости в цилиндре равна нулю, а при установке ЛЗ в оба канала векторы скоростей складываются. - 7

ЛЗ, оригинальность конструкции которого подтверждена 2-мя авторскими свидетельствами, образован винтовой лопастью в цилиндрическом канале. Лопасть образована движением вдоль и вокруг оси канала отрезка прямой линии, след которой на поверхности стенки канала на развертке образует линию

У = К«ХШ (14)

где: У - подъем линии вдоль развертки, X - координата вдоль оси канала, К ,Ш - коэфициенты, зависящие от длины канала и угла установки выходной кромки лопасти.

Лредложеная форма следа образующей линии создает винтовую лопасть переменного шага. На входе касательная к к лопасти параллельна набегающему потоку< а на выходе-образует с осью канала угол, определяемый требуемой угловой скоростью потока. Внутренний канал ЛЗ имеет конфузор-ную форму. В зависимости от требуемого значения угловой скорости на выходе ЛЗ может иметь 1,2 или 3 лопасти. Схема ЛЗ приведена на Рис.17.

Оптимизация параметров ЛЗ проведена по разработанной методике:

- подбор необходимого уровня закрутки заряда на ОД для известной камеры сгорания и распылителя с минимизацией по удельному расходу топлива использованием впускных клапанов с ширмами. Потери давления компенсировались коррекцией давления наддува;

- определение численного значения момента количества движения (МКД) на стенде статической продувком каналов впуска головки цилиндров;

- продувка на этом же стенде вариантов ЛЗ, профилирование которых проведено по методике, разработанной на АО Барнаултрансмаш с использованием опыта дизеле- и турбостроения.

В основу методики положен принцип равенства моментов количества движения воздушного заряда за один цикл на выходе из ЛЗ, из клапанной щели, в полости цилиндра в конце такта впуска и в конце такта сжатия. Учет потерь (МКД) выполнен введением коэффициентов потерь, величина которых предварительно принималась по результатам статической продувки, анализа работ по исследованию гидродинамики ВЗ в цилиндре и будет уточняться по мере накопления экспериментальных дашшх.

В содружества со специалистами АлтПИ была отработана оригинальная технология прецизионной отливки ЛЗ.

Испытания опытных образцов ЛЗ на дизелях БМД подтвердили правильность концепции конструкции ЛЗ и его установки в головку цилиндров. В ходе испытаний получено снижение удельного расхода топлива на 4...&% во всем диапазоне скоростных и нагрузочных режимов дизеля. Внешняя и нагрузочные характеристики дизеля с ЛЗ и без него приведены на Рис.18.

В целях повышения эффективности ЛЗ разработан впускной коллектор с организованным входом воздуха в ЛЗ, что позволило повысить его эффективность без изменения конструкции и уменьшить удельный расход топлива дизеля

По результатам испытаний принято решение о введении ЛЗ, профилированного впускного коллектора в КД опытных дизелей БМД.

В настоящее время проводятся работы по дальнейшему повышению эффективности закрутки воздушного заряда.

2.5. Увеличение и стабилизация коэфициента наполнения в дизелях Ч 15/15.

В период отработки и постановки на производство ряда модификаций дизелей Ч 15/15 на АО Барнаултрансмаш с участи-стием и при научном руководстве автора был проведен комплекс работ по увеличению и стабилизации по цилиндрового наполнения воздухом V-образных 8 и 10 цилиндровых дизелей.

Актуальность работ определялась обеспечением надежной работы дизелей в экстремальных условиях ( при повшенных разрежениях на впуске, использовании низкоцетановых тошшв).

Отработка равномерности наполнения цилиндров проводилась по оценке . одинаковости величины давления конца сжатия (Рс) с одновременным измерением расхода воздуха

через дизель.При исследовании факторов, определяющих качество .наполнения отдельных цилиндров дополнительно использовалось индицирование низких давлений во впускных коллекторах в районе впускных патрубков кгадого цилиндра, индицирование давлений в цилтщрв " $ пёр-зод газообмена.

• Отдельные элементы впускного тракта в ходе их модификации отрабатывались методами статической продувки в содружестве и на стендах АлтПИ. В частности, били получены интересные данные, использованные в последующем, при проектировании новых дизелей, по распределению скоростей и давлений в поперечных и продольных сечениях каналов впуска и выпуска, на выходе из клапанной щели и др.

В ходе исследований было уточнено влияние разрежения на впуске и противодавления на выпуске на изменение Т)у. Было установлено, что с увеличением числа цилиндров, работающих на один блок, при одинаковых условиях на впуске и выпуске,относительный расход воздуха уменьшается. Осциллографирование насосных ходов показало, что это-следст-ствие заброса выпускных газов из коллектора в начале такта выпуска из очередного по порядку работы цилиндра. Осциллограммы приведены на Рис.19.

Получено эмпирическое уравнение зависимости . относительного изменения расхода. воздуха через дизель от числа цилиндров, работающих на одном выпускном коллекторе.

2

в = -О.0059*( + 0.0229*1 + 0.902 (15)

О

Комплексные исследования процессов зоздухоснабжения дизелей Ч 15/15 показали, что при относительно высоком гидравлическом совершенстве элементов трасс впуска и выпуска и относительно высоких сопротивлениях на впуске (>1200 мм. вод.ст.) и противодавлениях на выпуске (>=0.03Мпа) дальнейший рост Т)у не может быть достигнут.

Л

В результате проведенных исследований и конструкторских разработок, внедренных в производство коэффициент наполнения дизелей ч 15 15 доведен до величины 0.92 . .0.94 в модификациях без турбонаддува.

На дизелях 8 Ч 15/15 увеличена до требуемой величины равномерность наполнения цилиндров.

Внедрено ряд конструктивных решений защищенных авторскими свидетельствами, в том числе плоская трасса кольцевания впускных коллекторов, близкий к трапециевидному впускной канал головки цилиндров и др.

выводи

I.Построена физическая модель сгорания в быстроходном дизеле Ч 15/15 с высокочастотными (ВЧ) колебаниями давления большой амплитуды, в соответствии о которой эти колебания являются собственники колебаниями камеры сгорания. Амплитуда ВЧ колебаний пропорциональна интенсивности и количеству микровэрывов в очагах самовоспламенения.

Количественным критерием микровзрывов может служить относительная амплитуда ВЧ колебаний давления - КАР^, осреднение я по 100 случайным одиночным циклам.

Гранично,о верхнее значение МАР^ шоке которого не проявляется ЭП поверхностей камер сгорания составляет 0.4 для частоты вращения П=2600 мин-1 и 0.45 для 11=1600 мин-.1

Регрессионные зависимости МЛР^ от периода задержки самовоспламенения и отдельных воздействующих факторов ( угла начала подачи топлива, ЦЧ, давления и температуры воздуха на впуске и др.) позволили разработать и ввеоти в конструкцию и КД дизелей типа Ч 15/15 рекомендации:

- по регулировкам высотного корректора топливо подачи;

- по концентрациям присадок - регуляторов горения к топливу при работе на резервных топливах и высокогорье.

2.Внедрен в производство комплекс мероприятий обеспечивающих устойчивую и надежную роботу на автомобильных бензинах, включающий использование присадок к топливам. Концентрация присадок определялась с использованием методик, отработанных при исследовании сгорания с ВЧ колебаниями давления в камере сгорания , и критерия МЛР2.

Рекомендовано:

Для бензина А-72 0.7% ггрисадки ЦГН, м.чела.

Для бензина АИ-03 2.БЖ ггрисадки ЦГН, или ЗЬ%-масла.

3.Разработаны конструкции и проведены испытания новых микрокамор сгорания, 'расположенных но оси камеры сжатия вокруг распылителя форсунки объемом 3 - 5'* Чг и с внутренним диаметром не менее 38 мм. В стенках выполнены отверстия соосше соплам распылителя и одно отверстие в донышке микрокамеры.

Использование микрокамер сгорании устраняет эрозионное повреждения стенок головки цилиндров, улучшает на 4-6% экономичность на частичных нагрузках, обеспечивает устойчивую работу дизеля на бензинах А-72 и А-76 при степени сжатия <=1С.

4.С использованием разработанных методик системного подхода и исследований сгорания с ВЧ колебаниями давления, указанных выше, проведен комплекс работ по стабилизации теплоотдачи в охлаждающую жидкость, в результате которого: - получены зависимости относительной теплоотдачи от значений МАР2, температуры окружающего воздуха, расхода топлива с учетом цилиндровой неравномерности топливоподачи.

- внедрены в производство рекомендации по стабилизации суммарного зазора в передаче к топливному насосу ( не более 4.5°), оптимальной регулировке угла начала подачи топлива

( не более 28°ПКВ до ВМТ), оптимизации параметров распылителя и др.

- разработаны и введены в практику исследований дизелей методики и программы проверки цилиндровой неравномерности

Л,;,и

топливоподачи, включая подъем иглы форсунки, давление в ТВД, цилиндровый раоход топлива и др.

5.Разработан и введен в конструкцию дизелей БЦД новый способ завихривалия воздуха в цилиндрах лопастными шлаковыми завихрителями с переменным шагом, имеющими малое гидравлическое сопротивление (<= 0.002Мпа) и стабильные в условиях производства гидродинамические характеристики.

Применение завихрителей позволило снизить удельный раоход топлива на 3.5-4.5% во воем диапазоне режимов дизеля.

Для оценки параметров завихрителя в зависимости от конструкции камеры камеры сгорания и параметров распылителя была использована разработанная автором методика.

6.По результатам исследований и конструкторских проработок в конструкцию дизелей введены:

- оптимизированная трасса кольцевания впускных коллекторов для дизелей 84 15 15, которая улучшила на 6% равномерность наполнения.

- улучшенная трасса впуска для дизеля 104 15/15, обеспечившая коэффициент наполнения 0.82.

- методики расчета параметров рабочего цроцаооа о учетом неравномерности наполнения, связанной о числом цилиндров, объединенных общими коллекторами впуска и выпуска.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

1. Бургсдорф Э.И."0 статистических характеристиках сгорания в дизеле 15 15". Тезисы докладов на IX научно-практической конференции молодых специалистов".Барнаул. 1976.

2. Бургсдорф 8.И. "Некоторые оообеннооти огорания в быстроходном двигателе о самовоспламенением от сжатия" .Тр.АлтПИ, .Барнаул. 1975.С.6-9.

3. Бургсдорф 8.И. Ануфриев В.В. Сопов Б.В "Повышение индикаторного кпд быстроходного двигателя о самовоспламенением от сжатия". НШИШОРЫТШШШ, сер.ДВС, 4-69-44, И.1969.С.9-19.

4. Бургсдорф Э.И. Евсеев В.Н. "Вероятностные характеристики сгорания в быстроходном дизеле". Исследование И' совершенствование быстроходных дизелей". Барнаул, 1978..С.8-13.

5. "Исследование параметров рабочего процесса и надежности ЦПГ двигателя 6 Ч 15/15 при работе на бензине АИ-93 с присадкой ЦГН." Б.Г.Егоров, Э.И.Бургсдорф .Г.В.Кириченко, И.В.Козьменко, О.А.Назаров, В.И.Решетов. Циклогексилнитрат-присадка к топливам для дизельных двигателей". Ченоголов-ка, 1979. С.39-44.

6. Бургсдорф Э.И., Васильев Л.П. "Исследования сгорания с ВЧ кол« баниями давления в быстроходном дизеле". Тезисы докл. мезд. научн.-техн. конф."Совершенствование быстроходных дизеле? Барнаул. 1993.

7.Бургсдорф.Э.И.,НечаевЛ.В..Пыжанкин Г.В."Организация закрутки воздуха в камере сгорания типа Гессельман с целью улучшения экономичности дизелей". Тезисы докл. международной научн.-техн. конф. "Совершенствование быстроходных дизелей". Барнаул. 1993.

8 .Бургсдорф Э.И. Егоров Б.Г. Назаров O.A. "Головка цилиндров ДВС" A.C.N 302467.

9.Бургсдорф Э.И. Егоров Б.Г. Шестаков A.A. Кухарев Н.Е. "Головка цилиндров многотопливного дизеля" А.С.N43367.

10.A.C.N 265949.Бургсдорф Э.И. Болдырев И.В.Рыбинский С.В.Осадчий О.Л. Назаров O.A. Рубаненко В.С.Решето'в В.И.

11.Бургсдорф Э.И."Система управления многотоггливным дизелем." A.C. N I26I358.

12.Бургсдорф Э.И. Тырина Л.Н. Бурмистров В.В. "Двигатель внутреннего сгорания". A.C. N 544758.

13.Бургсдорф Э.И. Валанов Н.К."Система питания многотопливного дизеля". A.C. N I028136.

14.Бургсдорф Э.И.Родионов А.К." Устройство для перепуска выпускных газов". A.C. N 538138.

15.Бургсдорф Э.И. Нечаев Л.В. Кухарев.Н.Е. Сырачев.С.П. Пыжан-кин.Г.В.'Толовка цилиндров ДВС".Заявка N 4910803 06.Решение ВНИИГПЭ о выдаче A.C. от 20.02.92.

16.Бургсдорф Э.И. "Воздухоподводящий тракт головки цилиндров" A.C. N 2078909.

17.Бургсдорф Э.И. "Головка цилиндров многотопливного дизеля" A.C. N I36I366.

18.Бургсдорф Э.И. "Устройство для ускоренных испытаний ЦПГ дизеля" A.C. N797340

{ Э.И.Вургсдорф I

Míla 9

7 5 3

г— i • -

а» « i i*

-J

) \

/ <

i s ч

■—

U-

60 Ю 20 О 20 ÁO 60 *ПКЬ

Рио.1. Осциллограмма давления газов в цилиндре дизеля Ч 16/15,

4,0

0.1

0.2 03

МДР*

Рис.2. Зависимость параметра биений А высогкэча-ототныг колебаний давления от МЛР-.

и

Р

0.7 0.6 AS 0.4 Q3 0,3 <М

г

У

/

/ /

/

/

К

ОД 0,4 0.5 ИлР2

Рис.3. Зависимость вероятности биений (А>10) ВЧ

колебаний давления от МЛ?2.

ао

Рис.4. Изменения ЫР2, БЛР^, ЫДР2 и БР2 в зависимости от цотакового числа (ЦЧ) топлива.

ки самовоспламенения (г1).

m 0,6 05 0M O;i

ч, \

V,

\ V 7 ■м*» «ям -7-- — Yf П*2«?СVUUM

- О 0 О

40 20 30 AO SO 6 О ЧАС

Рис.6. Завяоимонть граничного значения МДРЕ от времени работы на рекою.

Рис.7. Формы собстьешшг ВЧ колебаний давления в камерч сгорания дизеля Ч 15/16.

38

МЬРг О.Г

о.и 0.1 оа

20

П^бООИИИ-1 ___ та

—"д ТО

• - 4

4 к >

22

26

09.

го

32 <?;

Рис.8. Зависимость МЛР^ от периода задержки самовоспламенения (°ПКВ).

4 |

0.6

йА &

> 27 о

• ' ~ I ^

дня =24' -1 , — •

30

35

40

45

144

ШРг о.е о.? а/г 0.3

—я

~?аи«-24е 1 >

12оо

-25

о.гв

0,36 0.3^ 0.32

2Моо

-12.

Ъбоо

4800 Дв

вп

НИ (СА.С

+25

^--------

0.875 4 1,1*5 1,25

Рис.9. Зависимости ЫЙ>а от ЦЧ топлива, разрежения на впуске (¿Р^). Хпп, 6Т на режиме Нвцои.

ПАССИВНАЯ ЗАЕЙТА. . ПРЯСАДКЙ к ТОПЛШ ЛОКАШЙЦВД ОЧАГОВ ВОСПШЕНЕШ АКТИВАЦИЯ ВОЗДУШНОГО ЗАРЯДА ЗПРйВЛЕНИЕ МОМЕНТОМ ВПРЫСКА

а Б В Г Д

1 массивный зкрая центра камер! сгорания моторное масло центральная закрытая микрокамера озонирование воздуха на впуске MOB с детерминированной многопарам, регулировкой

2 спломног экранирование поверхности камеры сгорания Ц Г Н центральная открытая микрокамера озонирование воздуха в цилиндре MOB с электронным управлением по величине Pz

| металлические 3 Я тонко-пленочные К покрытия изопропилнмтрат полуразделенная камера в пормне с укенмением угла ■атра Факелов перепуск ОГ на впуск комплексное управление топливной аппарат, от ЗВМ

8 напыляемые ыетал-4 1 лические и кердм. ■ покрытия . 1 •

Рис. 10 Фрагмент морфологической таблицы устранения ЭП

а.

Và^Ii,g; ^ = 0,025; d'G : Î.C8: ci 570 •

6.

Vd<=7AV. i=3 : d*70*

ФЪЦ

Рис.II. Вариантные цикрокаыарц сгорания дизеля Ч 16/16.

42

P,M«ar

С jQO

Аой

ПК

50

20

51

UU

037

гэ гг

2600 мин"

160 0 f 800 2000 2200 ¿400 .—. ЛЛ А-72 д---а А-76

Рис.12. Параметры дизеля Ч 15/15 по внешней характеристике при работе о ыикрокамзрой варианта В.

г/ /*1Ч

firsr

SOÍ

I es

fiS I7S 165

у

\ V

\

\ » >

V »ш_

¡ ч >—1 —'

20 40 60

— m

Д20 с никрокумррои

Fec.13. Нагрузочная характеристика дизеля Ч 15/15

на 11=2600 мин-1 без «икрокамеры и с ия-крокаыерой варианта В.

ь

тч

40 о О 900 800 700

QSL

0,8141 0.697-0.58Í-»

9е

Яг

240 - V - 'кеч

235 -

2зо -

225 m ■ -

220 175

17 0

Т ' АИ-93 /

• Т -

1С

/

/Т Д*72.

Q АМ-93

J:

СУ с. __—с >

•— """""

/

• /

/ V

/

8« , /

16

M

19 fio £r

Рис.14. Зависимости удельных расходов топлива, тем пературьг сжатия (Т ) и потребной теплоты оа-

С

мовоспламенения (Одр) от

'ест

Рис.15. Вставки регуляторы е для дизеля Ч 15/15.

45

с. 17. а. Развертка боковой поверхности ЛЗ. б. Схема лопасти завихрителя.

—- —-с --. 1

- — ^__ »

х-- - -

... . 0

/у / — ■ -

— — л .

кет 185

180

175 с 170 ,

0.22

АОО 1500 1600 1700 1800 ЮЛОМИ^"1

о--о Беа заьи*рит«ля

а-л с й а вихрит «л«г м

I. внешняя *дрАктерист«ка

\ ч ч\ п = оо

/

\

1 \ V4

ч Ч 1

с

/

<58

<32

176 V<

& нагрузочная хдрАктеристикл

Рис.18. Внешняя и нагрузочная характеристики дизеля БВД-4 с лопастным завихриге-лом и без него/

Ц2 ОА 0,6 08 10 1.2 1А 1.6 2.0 2.2 2{< 2,€>

50 % »ласл>

Рио.16. Зависимость ЦЧ смесей бензинов с присадкой ЦГЯ, моторным маслом от * содержания пря-оадкя.