автореферат диссертации по энергетическому, металлургическому и химическому машиностроению, 05.04.02, диссертация на тему:Разработка методики профилирования открытой камеры сгорания при форсировании четырехтактного быстроходного транспортного дизеля

0030Б73Э7

Никифоров Сергей Степанович

РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ПРОФИЛИРОВАНИЯ ОТКРЫТОЙ КАМЕРЫ СГОРАНИЯ ПРИ ФОРСИРОВАНИИ ЧЕТЫРЕХТАКТНОГО БЫСТРОХОДНОГО ТРАНСПОРТНОГО ДИЗЕЛЯ

Специальность 05.04.02 - «Тепловые двигатели»

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Челябинск 2006

003067397

Диссертация выполнена на кафедре «Автомобили» Южно-Уральского государственного университета.

Научный руководитель - доктор технических наук, профессор

Драгунов Г.Д.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Кукис B.C.;

доктор технических наук, профессор Морозова B.C.

Ведущее предприятие - ООО «ГСКБ «Трансдизель»

. Защита состоится 14 февраля 2007 г., в 14 часов, на заседании диссертационного совета Д 212.298.09 при Южно-Уральском государственном университете по адресу: 454080, г. Челябинск, пр. им. В.И. Ленина, 76, зал диссертационного совета (ауд.1001 гл. корп.).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Южно-Уральского государственного университета.

Ваши отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенных печатью, просим направлять по адресу: 454080, г. Челябинск, пр. им. В.И. Ленина, 76, на имя ученого секретаря диссертационного совета Д 212.298.09.

Автореферат разослан <<0» 2007 г.

Ученый секретарь ¿1

диссертационного совета с [ Е.А. Лазарев

доктор технических наук, профессор

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Одним из основных направлений совершенствования быстроходных транспортных дизелей является форсирование ИХ по мощности. При этом ставятся задачи обеспечения необходимой топливной экономичности, механической и тепловой нагружен ноет и. Решение этих задач осуществляется различными мероприятиями, в числе которых большое значение имеют работы, направленные на обеспечение качественного смесеобразования в камере сгорания (КС) дизеля.

В дизелях с открытой КС эффективным способом воздействия на качество смесеобразования является согласование параметров топливоподачи и ее формы, например, в широко распространенной КС типа Гессельман {рис. 1а). Однако при форсировании по мощности при сохранении штатной топливной аппаратуры (ТА) увеличивается длина топливного факела, что в условиях стесненности пространства сжатия приводит к контакту факелов с днищем поршня, переобогащению периферийных зон КС и, как следствие, к ухудшению качества смесеобразования. Также весьма не эффективно используется воздух, расположенный в выточках под клапаны на периферии днища поршня. Выточки выполняются для предотвращения контакта клапанов газораспределительного механизмов с поршнем, но усложняют форму днища поршня и являются концентраторами тепловых напряжений, что наряду с ухудшением качества смесеобразования в периферийных зонах КС является препятствием к дальнейшему форсированию дизеля.

а) б)

Рис. 1. Камеры сгорания быстроходного транспортного дизеля и соответствующие им поршни; а - КС типа Гессельман, поршень с выточками под клапаны;

6 - КС с равномерным увеличенным надпоршневым зазором, поршень без выточек под клапаны Ликвидации выточек под клапаны позволяет устранить указанные недостатки. При этом на периферии камеры сгорания образуется равномерный увеличенный надпоршневой зазор, что приводит к перераспределению воздуха в пространстве сжатия (рис. 16). Заданная величина степени сжатия достигается за счет изменения формы КС, что влечет изменение условий смесеобразовани

Процесс смесеобразования в условиях отсутствия завихрения воздушного заряда осуществляется путем организованного взаимодействия топливного факела с днищем поршня (иначе - стенкой КС), в результате которого происходит отражение факела и распределение топлива в пространстве сжатия. Форма камеры сгорания должна обеспечивать рациональное отражение топливных факелов от днища поршня и соответствующее распределение воздушного заряда.

Вопросы выбора рациональной формы открытой КС с организованным взаимодействием топливного факела со стенкой недостаточно изучены. Основным методом выбора формы КС является проведение весьма трудоемких и дорогостоящих сравнительных испытаний различных вариантов. Поэтому разработка теории и методики профилирования камеры сгорания такого типа, на основе которой могут быть получены необходимые показатели рабочего процесса форсированного дизеля, является актуальной задачей.

Цель работы - разработка расчетно-экспериментальной методики профилирования открытой камеры сгорания с рациональным отражением топливных факелов от днища поршня для улучшения экономичности четырехтактного быстроходного транспортного дизеля при его форсировании.

Задачи исследования. Для достижения поставленной цели исследования сформулированы и решены следующие задачи:

1. Сформулированы основные положения расчетно-экспериментальной методики профилирования открытой камеры сгорания, в которой процесс смесеобразования реализован путем рационального отражения топливных факелов от днища поршня.

2. Экспериментально определены параметры топливоподачи, характер развития и взаимодействия со стенкой струи распыленного топлива на форсированных режимах четырехтактного быстроходного транспортного дизеля типа ЧН15/16 и ЧН15/18, а также взаимодействия со стенкой газовой и газожидкостной струй.

3. На основе анализа литературных источников и вновь полученных экспериментальных данных разработана модель структуры топливного факела и процесса взаимодействия его со стенкой, учитывающая основные параметры топливоподачи, профиль и геометрические размеры камеры сгорания, которая позволила оценить распределение топлива в камере сгорания в результате отражения факела от днища поршня.

4. На основании расчетных исследований по разработанной модели с использованием данных безмоторных экспериментов сформулированы условия, которым должна удовлетворять форма камеры сгорания быстроходного транспортного дизеля типа ЧН15/16, ЧН15/18, и определены ее рациональные конструктивные параметры. Разработаны, изготовлены и исследованы на одноцилиндровом дизеле 1ЧН15/16 варианты камер сгорания с совокупностью заданных параметров для экспериментального определения закономерностей их влияния на эффективные показатели дизеля и подтверждения основных положений разработанной методики.

5. Экспериментально показана возможность форсирования быстроходного транспортного дизеля до уровня Ре = 1,05 МПа при применении рациональ-

ной формы камеры сгорания без изменения степени сжатия и топливной аппаратуры с улучшением экономичности по сравнению с прототипом. Экспериментально определены показатели одноцилиндрового дизеля 1ЧН15/16 с рациональной формой камеры сгорания при форсировании до уровня Ре = 1,42 МПа с пониженной степенью сжатия.

Научная новизна работы

1. Теоретически и экспериментально обоснованы положения методики профилирования открытой камеры сгорания при форсировании четырехтактного быстроходного транспортного дизеля, в которой процесс смесеобразования реализован путем рационального отражения топливных факелов от днища поршня. Методика базируется на принципе распределения воздушного заряда по зонам прямого и обратного тока в КС пропорционально отраженному в эти зоны количеству топлива и включает основные геометрические параметры камеры сгорания.

2. Разработаны физическая и математическая модели структуры топливного факела и процесса его взаимодействия со стенками КС, в которых свободный топливный факел рассматривается как осесимметричная двухфазная струя, а в двумерной области взаимодействия факела со стенкой - как совокупность капель топлива, отклоняющихся от первоначальной траектории под воздействием спутного потока воздуха в направлении прямого и обратного тока.

3. Сформулированы и экспериментально подтверждены условия, которым в комплексе должна соответствовать форма открытой камеры сгорания с рациональным отражением топливного факела от днища поршня. Экспериментально установлены закономерности влияния параметров камеры сгорания на эффективные показатели быстроходного форсированного транспортного дизеля типа ЧН15/16, подтверждающие основные положения разработанной модели топливного факела и процесса его взаимодействия со стенками КС.

4. Экспериментально показана возможность форсирования быстроходного транспортного дизеля до уровня Ре = 1,05 МПа с ограниченным объемом камеры сгорания без организованного движения воздушного заряда только путем увеличения цикловой подачи топлива с одновременным улучшением экономичности на 5...5,5 г/кВт-ч по сравнению с прототипом за счет выбора рациональной формы камеры сгорания.

Практическая ценность работы. Разработанная методика определения рациональных параметров камеры сгорания при заданных конструктивных ограничениях и прикладные программы расчета профиля камеры сгорания с равномерным надпоршневым зазором применяется при профилировании КС дизелей специального назначения типа ЧН15/16 и ЧН15/18. Сформулированные требования к камере сгорания открытого типа с отражением топливного факела от днища поршня и экспериментально установленные закономерности влияния основных конструктивных параметров КС на эффективные показатели дизеля 1ЧН15/16 позволяют выбрать рациональную форму КС для конкретных условий эксплуатации дизелей.

Реализация работы. Результаты исследований использованы для разработки и обоснования конструкции камеры сгорания дизеля, защищенной авторским свидетельством на изобретение № 1576697 и внедренной в серийное производство в ООО «ЧТЗ - Уралтрак». Разработанная методика применяется при профилировании КС для новых дизелей специального назначения.

Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались и обсуждались на научно-технических конференциях в ЧПИ, ЧГТУ, ЮУрГУ и ПО ЧТЗ, на региональных конференциях, на международной научно-технической конференции к 100-летию Духова Н.Л. (2005 г.), на международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы теории и практики современного двигателестроения» (Челябинск 2006 г.).

Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано 10 работ и получено 3 авторских свидетельства на изобретение.

Структура и объем работы. Работа состоит из введения, пяти глав, выводов, списка литературы, приложения и содержит 199 страниц, в том числе 131 страницу машинописного текста, 135 иллюстраций, 7 таблиц. Список использованной литературы включает 173 наименования.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы работы, кратко раскрыто содержание диссертации.

В первой главе представлен обзор исследований по проблемам совершенствования КС дизелей. Значительные научные и практические результаты достигнуты в работах ЦНИДИ, ХПИ, МГТУ, МАДИ, НИИД, ПО «Пенздизель-маш», ПО «Турбомоторный завод», АлтГТУ, ЯМЗ, и др. Ряд работ посвящен вопросам согласования формы открытой КС с параметрами топливоподачи при преимущественно объемном смесеобразовании. Открытые камеры сгорания с равномерным увеличенным надпоршневым зазором исследованы на дизелях большей размерности типа ЧН21/21, ЧН26/26, ЧН26/34, ЧНЗ 1,8/33.

Попытка применения результатов этих исследований на транспортных дизелях ЧН15/16 и ЧН15/18 показали, что вопросы профилирования таких КС требуют дальнейшего изучения. Это связано с тем, что в дизелях этой группы на форсированных режимах топливные факелы контактируют со стенками КС, и влияние этого процесса на смесеобразование является определяющим. Проведен анализ опубликованных работ, посвященных, изучению динамики, структуры и взаимодействия со стенками КС топливного факела, выполненных в ЦНИТА, ЦНИДИ, МГТУ, СПбГПУ, ХПИ, МАДИ, СПбГМТУ, НГАВТ, рядом других отечественных и зарубежных исследователей, а также работ в области теории многофазных систем и турбулентных струй. Сформулированы задачи исследования.

Вторая глава посвящена разработке модели структуры топливного факела и процесса его взаимодействия со стенкой камеры сгорания.

В топливном факеле, взаимодействующем со стенкой, выделены три области: свободного факела, область взаимодействия и пристеночная струя. Мо-

делирование проведено для первых двух областей, процессы в которых определяют характер распределения топлива. Свободный топливный факел представлен как совокупность капель усредненного диаметра й?з2 , движущихся в спут-ном потоке воздуха и взаимодействующих с ним. При анализе процесса взаимодействия факела со стенкой КС за основу принято известное по ряду работ положение о решающем влиянии на этот процесс поведения несущей среды, т.е. спутного потока воздуха.

Область свободного факела по длине разделена на два участка - начальный и основной. Приняты допущения о том, что на протяжении начального участка происходит формирование топливного факела, а именно, распад на отдельные капли вытекающей из отверстий распылителя струи топлива, обмен количеством движения между топливом и воздухом и вовлечение последнего в совместное движение. По аналогии с двухфазной турбулентной струей принято допущение о сохранении потока топлива и постоянстве скорости топлива, по крайней мере, на оси факела.

Основной участок факела рассматривается как осесимметричная турбулентная двухфазная струя, по поперечному сечению которой профили скоростей жидкой и 1 и газообразной IIу фаз, а также концентрации жидкой фазы С1 описываются известным соотношением Шлихтинга:

Р-Р г гт

1 -(г/Я)

,1.5

(1)

Здесь Р - значение параметра (скорости, концентрации) в произвольной точке, находящейся на расстоянии г от оси в нормальном сечении факела радиусом Я; Рт - значение этого же параметра на оси факела. Для основного участка также приняты допущения: сохранение потока топлива по крайней мера на протяжении до 2/3 от максимальной длины факела; торможение капель топлива в спутном потоке воздуха, сформированном на протяжении начального участка. Относительно обмена количеством движения между топливом и воздухом принят во внимание тот факт, что согласно теории многофазных систем этот обмен осуществляется при определенной пороговой концентрации капель топлива. При концентрациях ниже порогового значения энергия частиц, потерянная в результате торможения, диссипирует в их следах. Принято допущение наличия обмена количеством движения между топливом и воздухом только для начального участка, где формируется спутный поток воздуха.

Моделирование процессов формирования факела на протяжении начального участка затруднено в виду их сложности. При помощи принятых допущений для начального участка факела определена взаимосвязь параметров в переходном сечении факела (условное сечение между начальным и основным участками факела), для которого справедливо также выражение (1). Взаимосвязь параметров в переходном сечении описана уравнениями:

и

mnt

■и,

ot

0,3541 • pt ■ fc

v pv • (0,13352 •/„- 0,6459 •/,)'

+ 1-0,281-3P^A=0.

6_

42 1 V^32 -(Uot -Umnv) V fc

Здесь pt,pv - плотности топлива и воздуха; vv - кинематическая вязкость воздуха; fc - площадь отверстия распылителя форсунки; Uot - средняя скорость истечения топлива, рассчитанная по параметрам топливоподачи, определенным экспериментально (глава 5). Размеры факела и средний диаметр капель рассчитывались по методике A.C. Лышевского.

В результате решения уравнений (2) определяются параметры переходного сечения, которые являются начальными условиями при расчете основного участка. Для определения концентрации топлива Ст1, скорости топлива Umt и воздуха Umv на оси факела на основном участке выведена система уравнений (3). Система получена путем преобразований уравнений сохранения по длине факела 1 импульса воздуха, потока топлива и изменения количества движения топливных капель под действием сил аэродинамического сопротивления. Vot'Rn.

Cmt - С,

mnt

UmfR

Ui

■fn

0,13352-0,08624-

-mnt

Pt

~ Umv ' f'

0,13352-0,08624-

Umt •dUm, =-

mt

A-{Umt-Umv)-B-{Umt-Umv)

^mt

Pt

(3)

■dl.

Здесь А и В - коэффициенты, отражающие физические свойства воздуха, топлива и размер капель; / - площадь сечения факела на длине /, которому принадлежит выбранная точка; индексы т, п, у, / - обозначают соответственно ось факела, переходное сечение, воздух и топливо. На основном участке свободного факела положение точки однозначно определяется координатами I и г, параметры топлива и воздуха вычисляются по уравнениям (3) и (1).

При моделировании области взаимодействия топливный факел рассматривается как газовая струя с движущимися в ее объеме каплями топлива. Набегая на преграду под углом <р, газовая струя растекается вдоль ее поверхности (рис. 2). В случаях <рф 90° растекание не симметричное, в теории турбулентных струй принято выделять ветви большого и малого расходов (ветви прямого и обратного тока). В диссертации допущения о форме и размерах области взаимодействия приняты по результатам фоторегистрации топливной и газовых струй (глава 5). Размеры области определяются по отпечатку конуса факела на преграде и зависят от угла столкновения (р и расстояния Ь/ от сопла до стенки. Высоты зон ветвей прямого 5д и обратного 5М токов (рис. 3) определяются по экспериментальной зависимости (рис. 14). Согласно теории турбулентных

струй профиль скорости воздуха на выходе из области взаимодействия описывается соотношением (1), максимальные значения скорости и 1Утгл< располагаются у поверхности преграды. Величины этих скоростей приняты неизменными на протяжении границы соответствующей зоны и определяются из условия неразрывности потока для каждой ветви.

Рис. 2. Схема взаимодействия газовой Рис. 3. Схема области взаимодействия струи с преградой под углом ср; струи с преградой

1 - свободная струя; 2, 3 - зоны ветвей прямого и обратного токов; 4, 5 - ветви отраженной струи, 6 - плоскость раздела течения

На базе модели Белова И.А., разработанной для случая симметричного растекания (<р = 90°), в диссертации выведены выражения для определения скорости воздуха в произвольной точке области взаимодействия при (р 90°:

= _ Umv • sin <р _X{X)L_ W + 0 25. у4) V 0)45 > V /'

Kv = . f{x). (l -Yl'sf± . Л{х). _ 0)8 . у2,5 + 0)25 . у 4 ) (4)

Здесь Uv и Vv- проекции искомой скорости на оси у их соответственно; Umv - скорость воздуха на оси свободной струи на входе в область взаимодействия; Wmv - скорость у поверхности преграды на выходе из области взаимодействия; значения коэффициента С, функции Л(Х) и f(X)= Л'{х) определяются по профилю скорости на входе в рассматриваемую зону; знак «+» во втором выражении соответствует зоне прямого тока, знак «-» - зоне обратного тока. Каждая зона области взаимодействия рассматривается отдельно в своей системе координат (рис. 2 и 3). Уравнения (4) выведены в относительных координатах: У = у/8 и! = х/8, где 8 = <% или 8М.

Изменение траекторий капель топлива в области взаимодействия происходит под действием сил аэродинамического сопротивления в потоке несущей газовой среды, отклоненной от первоначального направления движения по-

верхностью преграды. Часть капель уносится потоком в объем, другая часть попадает в пристеночную зону. Для описания движения капель топлива в области взаимодействия выведена следующая система уравнений:

—1: йх

<Ш1

А

+ В

Ау

А и1

и,

+ в

(5)

а) б)

Рис. 4. Расчетные траектории капель топлива в области взаимодействия факела со стенкой камеры сгорания, ф = 60°; а - зона прямого тока, б - зона обратного тока

Система (5) решается численно относительно координаты л:. Начальными условиями являются значения скорости капель топлива на границе свободного топливного факела и области взаимодействия, определенные по соотношениям (3) и (1). Проекции скорости воздуха II х, и \\ задаются соотношениями (4). В результате решения уравнений (5) определяются траектории капель топлива в зонах прямого и обратного тока (рис. 4). При расчете распределения топлива принято, что капли, унесенные спутным потоком за границу зоны, считаются попавшими в объем отраженной струи, остальные -попавшими в пристеночную зону.

В третьей главе разработана методология подхода к решению задачи выбора рационального профиля камеры сгорания, состоящего из нескольких этапов.

1. Расчетное определение по разработанной модели диапазона значений определяющих параметров КС из условия минимизации количества пристеночного топлива.

2. Расчет значений определяющих параметров в зависимости от конструктивных ограничений и определение величин этих параметров для конкретных условий.

3. Расчет по разработанным прикладным программам профиля камеры сгорания, отвечающего определенным требованиям.

4. Экспериментальная проверка КС с рассчитанным профилем.

Параметрами КС, определяющими протекание процесса смесеобразования в камерах сгорания рассматриваемого типа при неизменной ТА, являются расстояние от распылителя форсунки до поверхности преграды Ь/ (иначе -

длина свободного полета факела) и угол между осью факела и стенкой ср (угол столкновения). Величина угла ср при заданных конструктивных параметрах распылителя однозначно определяется углом наклона периферийной образующей днища поршня /? (рис. 5). Эти параметры влияют на распределение топлива по объему, на характер распространения отраженного факела в надпоршне-вом зазоре и на количество топлива, попавшего в пристеночную зону камеры сгорания. Обязательные требования, совокупности которых должен удовлетворять профиль КС, сформулированы следующим образом: распределение воздуха по зонам камеры сгорания (рис. 5) пропорционально отраженному в эти зоны топливу; свободное, без бокового контакта с центральной частью днища поршня и поверхностью головки цилиндра, развитие топливного факела до начала его организованного взаимодействия со стенкой камеры сгорания; максимальная длина полета факела до стенки КС.

V ти У ту > м/с

100

50

1

\ а)

б)

50 /, мм

100

Рис. 5. Схема КС для расчета профиля; 1 - головка цилиндра, 2 - поршень, 3 -распылитель форсунки, 4, 5 - зоны прямого и обратного тока

Рис. 6. Расчетное изменение скорости топлива им (а) и воздуха и 1П1 (б) на оси струи по ее длине /

На первом этапе для оценки распределения топлива производится расчет параметров в свободной топливной струе (рис. 6), расчет траекторий капель в области взаимодействия, например рис. 4, и определение изменения доли пристеночного топлива при различных (р и Lf (рис. 7). Диапазон рациональных значений, при которых минимизировано количество топлива в пристеночной зоне, составляет ср= 20...60°. Расчетная зависимость доли топлива, приходящегося на ветвь обратного тока, от угла (р показана на рис. 9. Исходными данными для расчетов по модели являются параметры ТА, определенные в данной работе экспериментальным путем (глава 5).

На втором этапе по отдельной расчетной программе определяется величина конструктивно достижимой максимальной степени сжатия £шх при различных параметрах I/ и /?, т.к. она является основным ограничительным параметром максимальных размеров КС. Результаты расчета для одноцилиндро-

вого дизеля 1ЧН15/16 с распылителем 8x0,3x140° представлены на рис. 8. Так, например, для Ь/ = 50 мм степень сжатия 14 возможно обеспечить в диапазоне /?>10°. Величина Ь/, определенная по рис. 8, является максимально возможной для выбранной степени сжатия без касания боковой образующей факела и днища поршня. Обеспечение условия распределения воздуха по зонам камеры сгорания пропорционально отраженному в эти зоны топливу неизбежно ведет к некоторому уменьшению I/.

Третий и четвертый этапы методики предполагают расчет рационального профиля КС и его экспериментальная проверка. В диссертации для экспериментального подтверждения и уточнения положений методики, определения закономерностей влияния параметров КС на эффективные показатели дизеля спроектированы, изготовлены и испытаны на одноцилиндровом дизеле несколько вариантов КС (рис. 10).

Опытная КС № 1 спроектирована согласно существовавшей ранее методике профилирования КС объемного смесеобразования типа Гессельман. КС № 2 является немного измененным исходным вариантом штатной КС дизеля 12ЧН15/18 со степенью сжатия 14. Изменения заключались в уменьшении высоты центрального выступа на 2 мм и величины угла /? на 5°. Сравнительные испытания КС № 2 и штатной КС (глава 5) выявили идентичность показателей дизеля 1ЧН15/16 за исключением случаев, когда при увеличении выступания носка распылителя в штатной КС топливный факел контактировал с центральным выступом поршня, и показатели дизеля ухудшались. Вариант КС № 2 принят в качестве базового и обязательно испытывался в каждой серии моторных экспериментов.

Опытные камеры сгорания № 3...8 спроектированы для одноцилиндрового дизеля 1ЧН15/16 с £ = 14 в соответствии требованием распределения воздушного заряда по зонам КС пропорционально отраженному в эти зоны количеству топлива, в то время как КС № 2 требуемого распределения не обеспечивает (рис. 9). Расчетная величина I/ в КС № 3...5 практически одинакова и составляет 50 мм, что на 1 мм (я 2%) меньше, чем в базовой КС № 2. В КС № 6...8 уменьшение Ь/ по сравнению с базовым вариантом составляет 3...6 мм (6... 12%), рис. 19, что неизбежно вытекает из условия сохранения степени сжатия £ =14.

КС № 9 и № 10 разработаны для экспериментального определения параметров дизеля при значительном снижении величины Ь/- более чем в 2 раза, а с распылителями с углом шатра ур = 130° и 120° в КС № 9 - в 2,8 и 3,6 раза.

Камеры сгорания в условиях одноцилиндрового дизеля 1ЧН15/16 с е = 14 обеспечивают длину свободного полета факела до стенки от 51мм и ниже. Большие значения возможно получить при снижении степени сжатия. КС № 11, 12 и 13 спроектированы для £ = 9,5. В этих КС обеспечено распределение воздуха пропорционально расчетному распределению топлива (рис. 9), а I/ = 56...62 мм.

А?

О

" = 70 м \ И

Lf = 50 мм ¿/ = 30 """ -«» х \ ч\\ мм А V \

20

80

14

10

40 60 (р, град

Рис. 7. Расчетная зависимость от угла ср доли топлива А"6, отраженного в объем в результате взаимодействия топливной струи со стенкой КС, по отношению к случаю фронтального взаимодействия

0

40

Lf, мм

45

50

55 60 65 70

20 Р, град

Рис. 8. Взаимосвязь максимально возможной степени сжатия £тах и конструктивных параметров р и Lf для дизеля 1ЧН15/16

^t.M^V)\

0 30 50 70

(р, град

Рис. 9. Расчетная зависимость для зоны обратного тока доли топлива Аш от угла ср и значения доли воздуха в этой зоне Аш для опытных КС: А КС № 2 с ур = 140°, ДКС № 2 с Ур = 150°, остальные точки - камеры сгорания № 3...8 и № 11 ...13 со штатной ТА

0119 ,

072

Л<$7л

И - '

063)

ш

_0_Ц6__[

062.2 |

№9

№ 10

Рис. 10. Профиль днища поршня в опытных вариантах камеры сгорания. е = 14 -КС№ 1 ...10; ^ = 9,5 -КС№ 11...13

В четвертой главе представлены схемы и описания экспериментальных установок, методик экспериментальных исследований. В рамках работы проводились безмоторные и моторные экспериментальные исследования.

Безмоторные исследования проводились с целью определения динамики развития и характера взаимодействия с плоской стенкой топливного факела в условиях противодавления среды, взаимодействия в атмосферных условиях с плоской стенкой струй газа и распыленной воды. Отдельные исследования проведены для определения параметров топливоподачи, использованных в качестве исходных данных при расчетах.

В процессе исследований параметров топливоподачи регистрировались осциллограммы перемещения иглы распылителя, давления у штуцера насоса и под иглой распылителя, по которым определялись продолжительность топливоподачи, величины максимального и среднего давления впрыска. Динамика развития струй распыленного топлива определялись методом фоторегистрации развития факела в имитационных камерах с противодавлением среды.

Исследования формы взаимодействующих с плоской преградой стационарных газовых струй проведено методом кинорегистрации. Визуализации течения осуществлялась путем применением дыма. Дымовые струи истекали из круглых насадок диаметром 12, 16, 19 и 40 мм со скоростями 40. ..200 м/с. Для сохранения пропорциональности с зарегистрированной струей распыленного топлива преграда на пути дымовой струи располагалась на расстоянии 400...800 мм от насадки, углы столкновения составляли 15...90°. Для оценки адекватности разработанной расчетной модели реальным процессам на специально разработанной установке проведен эксперимент по определению доли жидкости, осажденной на поверхности преграды при взаимодействии с ней стационарной струи распыленной воды и сравнение этих результатов с расчетными.

Моторные экспериментальные исследования опытных КС проведены на дизеле 1ЧН15/16 в одинаковых условиях. В качестве критерия для сравнения камер сгорания выбран удельный эффективный расход топлива ge. Сравнения КС производились как при одинаковом максимальном давлении цикла, обеспеченном путем выбора по регулировочной характеристике геометрического угла начала подачи топлива <рн, так и при одинаковых значениях срп.

С каждой опытной КС на режиме номинальной мощности (частота вращения коленчатого вала =2000 мин-1, часовой расход топлива =12 кг/ч для г = 14 и бу =16кг/ч для £ = 9,5) экспериментально определялась величина выступания носка распылителя 8р за поверхность головки цилиндра, при котором обеспечивается минимальный ge. Все другие характеристики снимались при этих величинах 8р. Сравнительные испытания КС № 1

и № 2 проводились дополнительно на режимах внешней скоростной характеристики. По этим результатам в последующих экспериментах в качестве основного режима для сравнения различных вариантов КС выбран режим номинальной

мощности. Нагрузочные характеристики при =2000 мин-1 снимались выборочно. Параметры наддува по нагрузочной характеристике для вариантов КС с £ = 14 выдерживались постоянными. При £ = 9,5 - изменялись для сохранения постоянного значения коэффициента избытка воздуха.

В качестве топливной аппаратуры в безмоторных и моторных экспериментах использована бессливная ТА дизеля 12ЧН15/18 с распылителем 8x0,3x140°. Для подтверждения эффективности сформулированных требований к профилю камеры сгорания некоторые КС испытывались в сочетании с распылителями, имеющими значение ур = 120°, 130° и 150°.

В пятой главе представлены результаты экспериментальных исследований на безмоторных установках и одноцилиндровом дизеле 1ЧН15/16.

Результаты исследования развития топливного факела в условиях имитационной камеры показаны на рис. 11. Взаимодействие факела со стенкой начинается через 3 град п.в.н. после начала впрыска при общей продолжительности топливоподачи 15... 16 град п.в.н.

f 3

3 град п.в.н.

I,

мм 80

40

0

0 4 8 12 16 а„, град п.в.н.

Рис. 11. Развитие топливного факела в условиях имитационной камеры

J емка ! iC для

Т

/

6 град п.в.н.

О —т к L

N

1

ю

30

70

эо

Результаты фоторегистрации взаимодействия с плоской преградой топливного факела дизельной форсунки и дымовых струй дают основания принять допущение о геометрическом подобии этих процессов (рис. 13). По обработке фоторегистрации процесса взаимодействия дымовых струй с преградой получена зависимость от угла столкновения (р толщины пристеночной струи относительно радиуса свободной струи для ветвей прямого и

обратного тока (рис. 14). Толщина пристеночной струи определена в ее начале, то есть согласно принятому допущению, на выходе из области взаимодействия.

На рис.12 представлены результаты исследования процесса взаимодействия с преградой струи распыленной воды. За относительную единицу принято Количество жидкости, отраженной в объем при угле р = 90е, Результаты расчетов по разработан ¡¡ой модели согласуются с экспериментальными данными. При уменьшении угла столкновения струи с преградой увеличивается количество жидкости, унесенной спутным потоком до 5. ..6 раз. С увеличением расстояния от начала струи до поверхности преграды в эксперименте зафиксировано уменьшение количества жидкости, осажденной на преграде, особенно в области малых величин углов. Аналогичный эффект дают расчеты по разработанной в диссертации модели (рис. 7 и 12),

(р, град

Рис. 12. Зависимость от угла (р относительного расхода жидкости i ¡,-, отраженной в объем при взаимодействии струи распыленной волы с преградой. Точки - эксперимент, линии - расчет. *0" L = 100 мм; ' L = 150 мм;~д~ L = 200 мм

ш ц

а) б)

3 и

Я ' И.

0,8

0,6 0,4 0,2

о

-

а

п ? •3

(Г

и

4 »

в)

г)

Рис. 13. Взаимодействие с преградой: а и б — топливного факела дизельной форсунки при (р = 20"(вид через прозрачную преграду) и р = 72°;виг-дымовых струй при (р = 35 и 70°

0 30 60 90 (р, град

Рис. 14. Полученная экспериментальная зависимость от угла <р толщин Зд ветви прямого (а) и дл1 обратного (б) тока относительно радиуса свободной струи Я

Сравнительные исследования опытных вариантов КС позволили выявить влияние на показатели дизеля 1ЧН15/16 параметров открытой КС. Некоторые характеристики показаны на рис. 15, 16 и 17. С КС № 1, спрофилированной по известной методике для КС типа Гессельман, в которой не учитывается процесс взаимодействия топливного факела со стенкой, экономичность дизеля ухудшается на » 5 г/кВт'Ч (рис. 15 и 19), Параметры дизеля при изменении 3„ в различных КС, подтвердили наличие положительного эффекта в случаях свободного развития топливного факела до начала его организованного взаимодействия со стенкой камеры сгорания. Распределение воздуха пропорционально отраженному топливу за счет рационального профилирования КС приводит к снижению ge дизеля на 3. ..5,5 г/кВт-ч, например, КС № 2 и № 4 (рис. 15, 19).

Изменение показателей одноцилиндрового дизеля с е = 9,5 и различными КС, отличающимися величинами длины свободного полета топливного факела до стенки, показано на рис. 17. С КС № 11, в которой величина Ь/ максимальная для этих трех вариантов, обеспечивается лучшая экономичность дизеля.

Зависимость экономичности одноцилиндрового дизеля от длины свободного полета топливного факела показана на рис. 18. Уменьшение Ь( с 55 до 20 мм при £ - 14 приводит к монотонному увеличению из-за увеличения доли топлива в пристеночной зоне КС. Аналогичный эффект зафиксирован и для степени сжатия 9,5. При Lf <20мм (КС №9 с распылителями 8x0,3x130° и 8 х 0,3 х 120°) зафиксировано резкое ухудшение экономичности, что объясняется взаимодействием факела со стенкой в пределах его начального участка. Основная часть топлива в этом случае оказывается в пристеночной зоне с неблагоприятными условиями для смесеобразования.

{у ,

°С

680 640

ёе > г/кВт-ч

245

225

I тах> МПа

II

30 34 38 срн, град п.к.в. до ВМТ

Рис. 15. Регулировочная характеристика дизеля 1ЧН15/16, £- = 14.

----КС №1; -КС №2;

--КС №4; --—КС №6

>

°с

700 660

8е

г/кВт-ч 250.

230

—

г

* ч ЧЧ

«ч Ч N ^ N ч

^ > ч 1 ч

1 тах> МПа

9,5 8,5

32 36 40 44 (рн, град п.к.в. до ВМТ

Рис. 17. Характеристика дизеля 1ЧН15/16 по углу опережения начала подачи топлива, е = 9,5.

■-КС №11;---КС №12;

----КС №13

'г.

°С 650

450

ёе' г/кВт'Ч

235 215

/

\\ А (

\ К

1 шах> МПа

10

2 б Ю 14 Су, кг/ч

Рис. 16. Нагрузочная характеристика дизеля 1ЧН15/16, £ = 14.

-КС №2;---КС №4;

---КС № 5

ёе' г/кВт-ч

300

260

220

а / б — Ък.

V"

10

70

30 50 I/, мм

Рис. 18. Зависимость удельного расхода топлива дизеля 1ЧН15/16 от расстояния Lf между распылителем и стенкой КС. а - е = 14 различные КС и распылители, б - е = 9,5 и распылитель 8 х 0,3 х 140°

Итоговая экспериментальная диаграмма для степени сжатия 14 (рис. 19) доказывает, что профиль КС оказывает существенное влияние на экономичность дизеля. В исследованном разнообразии форм КС различия значений составило до 30 г/кВгч. Наименьший удельный расход топлива на режиме номинальной мощности обеспечивается с неглубокой КС № 5 - на 5,8 г/кВт-ч ниже, чем базовая КС № 2. С углубленными КС № 3 и № 4 снижается на несколько меньшую величину - 2,5.,.4,5 г/кВт-ч, но эти КС по сравнению с КС № 5 эффективнее на средних нагрузках на и 3 г/кВт-ч (рис. 16).

123456789 10

№ камеры сгорания

Рис. 19. Значения удельного эффективного расхода топлива , максимального давления цикла Ртах и расстояния от сопла до стенки КС дизеля 1ЧН15/16 со степенью сжатия в = 14 и различными камерами сгорания.

Режим номинальной мощности, <рн = 36 град п.к.в. до ВМТ

ВЫВОДЫ

1. При форсировании четырехтактных быстроходных транспортных дизелей с открытыми КС на режимах высоких нагрузок происходит взаимодействие топливного факела со стенкой. В этом случае улучшение процесса смесеобразования может быть осуществлено за счет рациональной организации отражения топливного факела от днища поршня и соответствующего распределения воздушного заряда в пространстве сжатия.

2. На основании теоретических представлений, анализа и обобщения литературных данных, а также результатов проведенных в рамках данной работы исследований сформулированы следующие основные положения методики и порядок профилирования КС с рациональной организацией отражения топливных факелов:

- экспериментальное определение параметров топливоподачи и расчет по разработанной модели распределения топлива по зонам прямого и обратного тока в КС в результате взаимодействия факела со стенкой при различных углах между осью факела и поверхностью стенки;

- расчет и выбор значений расстояния от сопла распылителя до стенки КС по оси топливного факела и угла столкновения факела со стенкой из условий обеспечения конструктивных ограничений и минимизации количества топлива в пристеночной зоне; для дизелей типа ЧН15/16 и ЧН15/18 рациональный диапазон значений угла столкновения факела со стенкой составляет 30...60°;

- расчет по разработанным прикладным программам профиля КС, отвечающего сформулированным условиям;

- изготовление поршня с рассчитанным профилем днища и проведение контрольных испытаний на одноцилиндровом дизеле.

3. Для оценки распределения топлива в КС разработана модель, описывающая структуру топливного факела и процесс его взаимодействия со стенкой. Топливный факел рассматривается как осесимметричная двухфазная струя, на протяжении начального участка которой происходит, наряду с прочими, процесс обмена количеством движения между топливом и воздухом; на протяжении основного участка струи энергия торможения капель топлива в спутном потоке воздуха диссипирует в их следах. Взаимодействие топливного факела со стенкой рассматривается как процесс отклонения от первоначальных траекторий капель топлива в области взаимодействия спутного потока воздуха со стенкой КС. Течение воздуха в области взаимодействия полагается двумерным и состоящим из двух ветвей - прямого и обратного тока, поле скоростей определяется из условий неразрывности потока и соблюдения граничных условий.

4. Разработаны алгоритм и программа расчета взаимосвязи степени сжатия и начальных значений параметров открытой КС с выступающей центральной конусной частью днища поршня, а именно, максимально возможного расстояния от сопла распылителя до стенки КС и угла между осью факела и поверхностью стенки. Граничными условиями приняты величина минимально допустимого равномерного надпоршневого зазора, угол конуса топливного факела, угол шатра сопловых отверстий и выступание распылителя в КС.

5. Профиль открытой камеры сгорания с рациональным отражением топливного факела от днища поршня должен соответствовать совокупности следующих условий, каждое из которых в отдельности является необходимым, но не достаточным:

- распределение воздуха по зонам прямого и обратного тока в камере сгорания пропорционально поступившему в эти зоны количеству топлива;

- свободное, без бокового контакта с центральной выступающей частью днища поршня и поверхностью головки цилиндра, развитие топливного факела до начала его организованного взаимодействия со стенкой камеры сгорания;

- максимальная длина свободного развития факела до стенки КС.

6. В результате экспериментальных исследований на одноцилиндровом дизеле 1ЧН15/16 широкого разнообразия форм открытых КС с одинаковой топ-

ливной аппаратурой на режиме номинальной мощности зафиксированы различия значений удельного эффективного расхода топлива до 30 г/кВт-ч, обусловленные различной организацией отражения факела от днища поршня. Причем, за счет рационального распределения по зонам камеры сгорания воздушного заряда пропорционально поступившему в эти зоны количеству топлива обеспечено снижение ge одноцилиндрового дизеля на 5,5 г/кВт-ч по сравнению с исходным вариантом серийной КС. Увеличение расстояния между распылителем и стенкой КС на 10% при сохранении пропорционального распределения топлива и воздуха повлекло снижение £е на 7...8 г/кВт-ч, а отражение топливного факела от стенки в пределах его начального участка приводит к значительному ухудшению показателей рабочего процесса дизеля.

7. При экспериментальных исследованиях на дизеле 1ЧН15/16 установлено, что открытые КС с равномерным надпоршневым зазором, разработанные по предлагаемой методике, обеспечили при одинаковом максимальном давлении сгорания снижение удельного эффективного расхода топлива на режиме номинальной мощности на 10... 11 г/кВт-ч по сравнению с КС, спроектированной по методу расчета профиля КС типа Гессельман.

8. Наилучшие варианты опытных камер сгорания (№ 4 и № 5) обеспечили снижение удельного эффективного расхода топлива на 5...5,5 г/кВт-ч на номинальном режиме и на 2,5...4,5 г/кВт-ч на средних нагрузках по сравнению с исходным вариантом серийной КС. Причем более глубокая камера сгорания (№ 4) на средних нагрузках дает лучшие результаты.

9. Разработанная камера сгорания транспортного дизеля защищена авторским свидетельством на изобретение № 1576697 и внедрена в серийное производство в дизелях типа 6ЧН15/16, 12415/18 и 12ЧН15/18 в ООО «ЧТЗ -Уралтрак», а также использована при создании опытного дизеля типа 12ЧН15/16. Результаты работы могут быть полезны для профилирования камер сгорания и выбора параметров топливной аппаратуры при форсировании дизелей аналогичного типа.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах

1. Особенности тепловыделения при согласовании распределения воздуха и топлива по радиусу камеры сгорания дизеля / С.С. Садовский, Г.Д. Драгунов, В.В. Егоров, С.С. Никифоров // Исследование силовых установок и шасси транспортных и тяговых машин: сб. науч. тр. - Челябинск: Изд-во ЧПИ, 1981. -№268.-С. 125-130.

2. Садовский, С.С. Вопросы разработки камер сгорания объемного смесеобразования форсированных по мощности дизелей / С.С. Садовский, С.С. Никифоров // Исследование силовых установок и шасси транспортных и тяговых машин: тем. сб. науч. тр. - Челябинск: Изд-во ЧПИ, 1985. - С. 76-80.

3. Садовский, С.С. Исследования по созданию камеры сгорания форсированного дизеля / С.С. Садовский, С.С. Никифоров // Исследование силовых ус-

тановок и шасси транспортных и тяговых машин: тем. сб. науч. тр. - Челябинск: Изд-во ЧПИ, 1986. - С. 6-8.

4. Никифоров, С.С. Выбор камеры сгорания для дизелей с различным уровнем форсирования / С.С. Никифоров // Исследование силовых установок и шасси транспортных и тяговых машин: тем. сб. науч. тр. - Челябинск: Изд-во ЧПИ, 1987.-С. 47-49.

5. A.c. 1402685 СССР, МКИ F 02 В 23/00. Камера сгорания двигателя внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия / С.С. Садовский, В.М. Сергеев, С.С. Никифоров - № 4000406/25-06; заявл. 30.12.85, опубл. 15.06.88, Бюл. №22.

6. Никифоров, С.С. К вопросу выбора формы камеры сгорания с увеличенным надпоршневым зазором / С.С. Никифоров, В.М. Сергеев, Н.Г. Вересов // Исследование силовых установок и шасси транспортных и тяговых машин: тем. сб. науч. тр. - Челябинск: Изд-во ЧПИ, 1989. - С. 43-45.

7. A.c. 1576697 СССР, МКИ F 02 В 23/06. Двигатель внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия / В.И. Бутов, В.В. Егоров, С.С. Никифоров, С.С. Садовский, Л.В. Чернова - № 4412452/25-06; заявл. 18.04.88, опубл. 07.07.90, Бюл. № 25.

8. A.c. 1800077 СССР, МКИ F 02 В 23/02. Двигатель внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия / В.М. Сергеев, С.С. Никифоров -№ 836126/25-06; заявл. 07.06.90, опубл. 07.03.93, Бюл. № 9.

9. Егоров, В.В. Математическое моделирование взаимодействия топливного факела со стенкой камеры сгорания / В.В. Егоров, С.С. Никифоров // Исследование силовых установок и шасси транспортных и тяговых машин: тем. сб. науч. тр. - Челябинск: Изд-во ЮУрГУ, 1998. - С. 19-24.

10. Никифоров, С.С. Моделирование процессов смесеобразования в быстроходном форсированном транспортном дизеле / С.С. Никифоров, A.B. Губарев, В.М. Сергеев // Механика и процессы управления: труды XXXIV Уральского семинара. - Екатеринбург: Уральское отделение РАН, 2004. - Том 2. -С. 98-105.

11. Егоров, В.В. Моделирование взаимодействия топливного факела со стенкой в камере сгорания быстроходного транспортного дизеля /

B.В. Егоров, С.С. Никифоров // Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия «Машиностроение». - 2005. - Вып.7. - № 14 (54). -С. 58-65.

12. Сергеев, В.М. Совершенствование внутрицилиндрового пространства дизеля / В.М. Сергеев, С.С. Никифоров, A.B. Пермяков // Актуальные проблемы теории и практики современного двигателестроения: труды Международной научно-технической конференции. - Челябинск: Изд-во ЮУрГУ, 2006. -

C. 317-320.

13. Егоров, В.В. Проектирование камеры сгорания транспортного дизеля / В.В. Егоров, С.С. Никифоров // Актуальные проблемы теории и практики современного двигателестроения: труды Международной научно-технической конференции. - Челябинск: Изд-во ЮУрГУ, 2006. - С. 48-52.

Никифоров Сергей Степанович

РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ПРОФИЛИРОВАНИЯ ОТКРЫТОЙ КАМЕРЫ СГОРАНИЯ ПРИ ФОРСИРОВАНИИ ЧЕТЫРЕХТАКТНОГО БЫСТРОХОДНОГО ТРАНСПОРТНОГО ДИЗЕЛЯ

Специальность 05.04.02 - «Тепловые двигатели»

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата техничёских наук

Издательство Южно-Уральского государственного университета

Подписано в печать 22.12.2006. Формат 60x84 1/16. Печать офсетная. Усл. печ. л. 1,16. Уч.-изд. л. 1. Тираж 100 экз. Заказ 469/79.

Отпечатано в типографии Издательства ЮУрГУ, 454080, г. Челябинск, пр. им. В.И. Ленина, 76.

УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ И ПРИНЯТЫЕ СОКРАЩЕНИЯ.

ВВЕДЕНИЕ.

1. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ВОПРОСА И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЯ.

1.1. Открытые камеры сгорания форсированных дизелей.

1.2. Взаимодействие факела распыленного топлива со стенкой камеры сгорания.

1.3. Структура и моделирование дизельного топливного факела.

В настоящее время поршневые и комбинированные двигатели внутреннего сгорания продолжают занимать лидирующие позиции в качестве основных силовых установок для транспортных, сельскохозяйственных, дорожно-строительных машин, и стационарных установок. Среди поршневых ДВС широкое распространение получили дизели, имеющие, как известно, специфические свойства в ряде случаев более приемлемые, чем у бензиновых двигателей. Для тяжелой техники специального назначения дизельные двигатели обладают неоспоримыми преимуществами перед двигателями других типов, и в обозримом будущем применение их будет продолжаться. Поэтому, как создание более совершенных двигателей, так и совершенствование существующих моделей в направлении повышения мощности и улучшения экономичности является актуальной задачей.

Среди дизелей свое место занимают дизели с объемным смесеобразованием, которые отличаются высокой экономичностью, хорошими пусковыми качествами и высоким допустимым уровнем форсирования наддувом вследствие более простой конструкции головки цилиндра и днища поршня. Эффективным способом воздействия на смесеобразование и сгорание в дизелях объемного смесеобразования является согласование параметров топливо подачи и формы камеры сгорания. Наиболее широкое распространение в дизелях этого типа получила открытая камера сгорания типа Гессельмап, форма которой позволяет решать эту задачу. Однако в ряде случаев при форсировании по мощности увеличение длины топливного факела приводит к переобогащению периферийных зон КС, т.е. к ухудшению качества смесеобразования. При этом весьма не эффективно используется воздух, расположенный в выточках под клапаны на периферии днища поршня. Выточки в двигателях с такими КС выполняются для предотвращения контакта клапанов газораспределительного механизмов с поршнем. Ко всему прочему выточки являются концентраторами тепловых напряжений, что наряду с ухудшением качества смесеобразования в периферийных зонах КС является препятствием к дальнейшему форсированию дизеля, и 7 усложняет технологию производства. При ликвидации выточек под клапаны в значительной степени увеличивается величина надпопшевого зазора, что приводит к перераспределению воздуха в пространстве сжатия. Необходимость обеспечения заданной степени сжатия влечет за собой изменение формы камеры сгорания и, как следствие, изменение условий смесеобразования. Организация смесеобразования осуществляется путем взаимодействия топливного факела с днищем поршня (иначе - стенкой камеры сгорания), в результате которого происходит отражение факела и распределение топлива в пространстве сжатия. Форма камеры сгорания обеспечивает рациональное распределение воздушного заряда в соответствии с распределением отраженного топлива.

Вопросы выбора рациональной формы (профиля) открытой камеры сгорания с организованным взаимодействием топливного факела со стенкой КС недостаточно изучены. Основным методом выбора формы КС является проведение сравнительных испытаний различных вариантов, весьма трудоемких и дорогостоящих. Поэтому разработка теории и методики профилирования камеры сгорания, на основе которой могут быть получены приемлемые показатели рабочего процесса, является актуальной задачей.

В связи с этим нелыо работы являлась разработка расчетно-экспериментальнон методики профилирования открытой камеры сгорания с рациональным отражением топливных факелов от днища поршня для улучшения экономичности четырехтактного быстроходного транспортного дизеля при его форсировании.

Достижение поставленной цели базировалось на гипотезе о том, что на основании представлений о структуре топливного факела и газодинамических законов формирования отраженной двухфазной топливной струи можно определить рациональные размеры и форму поверхностей, образующих камеру сгорания в условиях четырехтактного быстроходного транспортного дизеля.

Научная новизна работы заключается в том, что:

1. Теоретически и экспериментально обоснованы положения методики профилирования открытой камеры сгорания при форсировании четырехтактного быстроходного транспортного дизеля, в которой процесс смесеобразования реализован путем рационального отражения топливных факелов от днища поршня. Методика базируется на принципе распределения воздушного заряда по зонам прямого и обратного тока в камере сгорания пропорционально отраженному в эти зоны количеству топлива и включает основные геометрические параметры камеры сгорания.

2. Разработаны физическая и математическая модели структуры топливного факела и процесса его взаимодействия со стенками КС, в которых свободный топливный факел рассматривается как осесимметричная двухфазная струя, а в двумерной области взаимодействия факела со стенкой - как совокупность капель топлива, отклоняющихся от первоначальной траектории под воздействием сиутного потока воздуха в направлении прямого и обратного тока.

3. Сформулированы и экспериментально подтверждены условия, которым в комплексе должна соответствовать форма открытой камеры сгорания с рациональным отражением топливного факела от днища поршня. Экспериментально установлены закономерности влияния параметров камеры сгорания на эффективные показатели быстроходного форсированного транспортного дизеля типа ЧН15/16, подтверждающие основные положения разработанной модели топливного факела и процесса его взаимодействия со стенками КС.

4. Экспериментально показана возможность форсирования быстроходного транспортного дизеля до уровня Ре = \,05МПа с ограниченным объемом камеры сгорания без организованного движения воздушного заряда только путем увеличения цикловой подачи топлива с одновременным улучшения экономичности на 5.5,5 г/кВт ■ ч по сравнению с прототипом за счет выбора рациональной формы камеры сгорания.

Объектом исследовании являлся процесс смесеобразования в камере сгорания быстроходного форсированного транспортного дизеля.

Пред мегом исследования являлся процесс взаимодействия топливного факела с днищем поршня в условиях ограничения его свободной длины с отражением на периферийную и в углубленную части камеры сгорания.

Метод шеи исследования заключалась в следующем. На основании литературных источников и результатов экспериментов, проведенных в 1'СКБ «Трансдизель» ПО ЧТЗ, выполнен анализ факторов, определяющих процесс смесеобразования в открытой камере сгорания с увеличенным надпоршневым зазором. В качестве определяющего фактора выделен процесс развития топливного факела и его взаимодействия с днищем поршня (со стенкой камеры сгорания). Для уточнения характера этого процесса в условиях транспортных дизелей типа ЧН15/16 и 41115/18 проведен комплекс безмоторных исследований но регистрации развития топливного факела и его взаимодействия с плоской стенкой при впрыске в среду с противодавлением. Параллельно проведена регистрация процесса взаимодействия с преградой газовых стационарных струй и струи распыленной воды при атмосферных условиях. Выявлен общий характер развития отраженного дизельного факела и газовой струи.

На основе теоретического анализа и результатов безмоторных исследований сформулированы положения расчетпо-экспериментальной методики профилирования открытой камеры сгорания быстроходного форсированного транспортного дизеля, разработана модель топливного факела как двухфазной турбулентной струи и процесса его взаимодействия со стенкой камеры сгорания. Модель позволяет проводить сравнительный анализ распределения отраженного топлива по зонам КС при различных расстояниях от сопла форсунки до стенки и углах между осыо факела и стенкой камеры сгорания. В качестве исходных данных для расчета по предложенной модели использованы характеристики топливоподачи, определенные экспериментально в ходе безмоторных испытаний.

Посредством разработанной модели определено рациональное сочетание конструктивных параметров камеры сгорания. По результатам этих расчетов спрофилированы опытные КС, экспериментальные исследования которых позволили проверить сформулированные положения методики профилирования. Для расчета размеров камеры сгорания использованы специально разработанные прикладные программы.

Экспериментальные исследования опытных камер сгорания производились па одноцилиндровом дизеле 141II5/16 II.7. В результате исследовании получены данные, подтверждающие положения разработанной методики профилирования открытой камеры сгорания. Достигнуто снижение удельного расхода топлива одноцилиндрового дизеля с камерами сгорания, спроектированными в соответствии с рекомендациями разработанного метода.

Практическая ценность работы. Разработанная методика определения рациональных параметров камеры сгорания при заданных конструктивных ограничениях и прикладные программы расчета профиля камеры сгорания с равномерным надпорпшевым зазором применяется при профилировании камер сгорания дизелей специального назначения типа ЧН15/16 и 41115/18. Сформулированные требования к камере сгорания открытого типа с отражением топливного факела от днища поршня и экспериментально установленные закономерности влияния основных конструктивных параметров камеры сгорания на эффективные показатели дизеля 1ЧН15/16 позволяют выбрать рациональную форму КС для конкретных условий эксплуатации дизелей.

Реализация работы. Результаты исследований использованы для разработки и обоснования конструкции камеры сгорания дизеля, защищенной авторским свидетельством на изобретение № 1576697 [6]. Камера сгорания по а.с. №1576697 внедрена в конструкцию серийных быстроходных транспортных дизелей типа 6ЧН15/16, 12415/18 и 12ЧН15/18 в ООО «ЧТЗ - Уралтрак», а также использована при создании опытного дизеля типа 12ЧН15/16. Разработанная методика применяется при профилировании камер сгорания для новых дизелей специального назначения.

Аиробания работы. Основные положения диссертации докладывались и обсуждались на научно-технических конференциях в ЧПИ, ЧГТУ, ЮУрГУ и ПО ЧТЗ, на региональных конференциях, на международной научно-технической конференции к 100-летию Духова II.Л. 2005 г., на международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы теории и практики современного двигателестроения», Челябинск 2006 г.

Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано 10 работ и получено 3 авторских свидетельства на изобретение.

На защиту выносится следующие основные положения диссертации:

- результаты анализа опубликованных теоретических и экспериментальных работ, согласно которым существуют как общие закономерности в структуре дизельного топливного факела и в процессе его взаимодействия со стенкой камеры сгорания, так и различия в протекании этих процессов, а 'также различия подходов к вопросам профилирования открытых камер сгорания, обусловленные многообразием типов дизелей;

- разработанная расчетно-экспсрпментальная методика профилирования открытой камеры сгорания, в которой процесс смесеобразования реализован путем рационального отражения топливных факелов от днища поршня, базирующаяся на принципе распределения воздушного заряда по зонам прямого и обратного тока в камере сгорания пропорционально отраженному в эти зоны количеству топлива;

- модель, описывающая структуру топливного факела и процесс его взаимодействия со стенкой, в которой свободный топливный факел рассматривается как осесимметричная двухфазная струя, а н двумерной области взаимодействия факела со стенкой - как совокупность капель топлива, отклоняющихся от первоначальной траектории под воздействием спутного потока воздуха в направлении прямого и обратного тока;

- экспериментально установленные закономерности влияния параметров камеры сгорания на эффективные показатели быстроходного форсированного транспортного дизеля типа ЧМ15/16, подтверждающие основные положения разработанной модели топливного факела и процесса его взаимодействия со стенками камеры сгорания;

- сформулированные условия, которым должна соответствовать форма открытой камеры сгорания с организованным отражением топливного факела от днища поршня, а именно: распределение воздуха по зонам камеры сгорания пропорционально поступившему в эти зоны количеству 'топлива, свободное развитие топливного факела до начала его организованного взаимодействия со стенкой камеры сгорания, максимально возможная длина свободного развития факела до стенки камеры сгорания, а также результаты экспериментальных исследовании, подтверждающих эффективность соблюдения этих условий;

- результаты экспериментальных исследований на одноцилиндровом дизеле 141115/16 его эффективных показателей в зависимости от конструктивных параметров камеры, которые подтверждают основные положения разработанной модели.

Материалы по указанным вопросам изложены в настоящей диссертационной работе, состоящей из пяти глав и приложения.

В первой главе проанализированы результаты исследовании, посвященных вопросам выбора формы камеры сгорания форсированных дизелей с объемным смесеобразованием. Представлен обзор существующих моделей топливного факела и процесса его взаимодействия со стенкой камеры сгорания, проанализированы результаты исследования этих процессов по доступным отечественным и зарубежным источникам. Сформулированы задачи исследования.

Во второй главе представлена предлагаемая модель топливного факела и процесса его взаимодействия со стенкой камеры сгорания.

В третьей главе изложена методика профилирования открытой камеры сгорания с рационально организованным взаимодействием факела с днищем поршня, представлены результаты расчетов и выбора сочетания конструктивных параметров камеры сгорания. Приведены конструкции опытных КС и мотивация их выбора.

В четвертой главе приведено описание экспериментальных установок, использованных при безмоторных и моторных исследованиях, методик проведения экспериментов, применявшейся измерительной техники.

В пятой главе представлены результаты безмоторных исследований топливной аппаратуры, развития и взаимодействия со стенкой топливного факела, струи распыленной воды и газовых струй. Представлены результаты сравнительных моторных испытаний опытных камер сгорания и их анализ.

Выводы и рекомендации по результатам исследований изложены в конце диссертации. В приложение 1 вынесены формулы, выведенные для определения геометрических размеров области взаимодействия струи распыленного топлива со стенкой. В приложении 2 представлены эскизы камер сгорания, спроектированные автором для опытных вариантов дизелей типа 41115/16 и ЧМ15/18.

Автор выражает благодарность коллегам по отраслевой научно-исследовательской лаборатории транспортных дизелей 411И - ЮУрГУ и коллективу ГСКБ «Трансдизель» ПО 4ТЗ за содействие и помощь в проведении исследований.

выводы

1. При форсировании четырехтактных быстроходных транспортных дизелей с открытыми камерами сгорания на режимах высоких нагрузок происходит взаимодействие топливного факела со стенкой камеры сгорания. В этом случае улучшение протекания процесса смесеобразования может быть осуществлено за счет рациональной организации отражения топливного факела от днища поршня и соответствующего распределения воздушного заряда в пространстве сжатия.

2. На основании теоретических представлений, анализа и обобщения литературных данных, а также результатов проведенных в рамках данной работы исследований сформулированы следующие основные положения методики и порядок профилирования камеры сгорания с рациональной организацией отражения топливных факелов:

- экспериментальное определение параметров топливоподачи и расчет по разработанной модели распределения топлива по зонам прямого и обратного тока в камере сгорания в результате взаимодействия факела со стенкой при различных углах между осью факела и поверхностью стенки;

- расчет и выбор значений расстояния от сопла распылителя до стенки камеры сгорания по оси топливного факела и угла столкновения факела со стенкой из условий обеспечения конструктивных ограничений и минимизации количества топлива I? пристеночной зоне КС; для дизелей типа ЧН15/16 и 41115/18 рациональный диапазон значений угла столкновения факела со стенкой камеры сгорания составляет 60.30°;

- расчет по разработанным прикладным программам профиля камеры сгорания, отвечающего сформулированным условиям;

- изготовление поршня с рассчитанным профилем днища и проведение контрольных испытаний на одноцилиндровом дизеле.

3. Для оценки распределения топлива в камере сгорания разработана модель, описывающая структуру топливного факела и процесс его взаимодействия со стенкой. Топливный факел рассматривается как осесимметричная двухфазная струя, на протяжении начального участка которой происходит, наряду с прочими, процесс обмена количеством движения между топливом и воздухом; на протяжении основного участка струи энергия торможения капель топлива в спутпом потоке воздуха диссипируст в их следах. Взаимодействие топливного факела со стенкой рассматривается как процесс отклонения от первоначальных траекторий капель топлива в области взаимодействия спутного потока воздуха со стенкой камеры сгорания. Течение воздуха в области взаимодействия полагается двумерным и состоящим из двух ветвей - прямого и обратного тока, поле скоростей определяется из условий неразрывности потока и соблюдения граничных условий.

4. Разработаны алгоритм и программа расчета взаимосвязи степени сжатия и начальных значений параметров открытой камеры сгорания с выступающей центральной конусной частью днища поршня, а именно, максимально возможного расстояния от сопла распылителя до стенки КС и угла между осыо факела и поверхностью стенки. Граничными условиями приняты величина минимально допустимого равномерного надпоршневого зазора, угол конуса топливного факела, угол шатра сопловых отверстий и выступапие распылителя в камеру сгорания.

5. Профиль открытой камеры сгорания с рациональным отражением топливного факела от днища поршня должен соответствовать совокупности следующих условий, каждое из которых 15 отдельности является необходимым, но не достаточным:

- распределение воздуха по зонам прямого и обратного тока в камере сгорания пропорционально поступившему в эти зоны количеству топлива;

- свободное, без бокового контакта с центральной выступающей частью днища поршня и поверхностью головки цилиндра, развитие топливного факела до начала его организованного взаимодействия со стенкой камеры сгорания;

- максимально возможная длина свободного развития факела до стенки камеры сгорания.

6. В результате экспериментальных исследований на одноцилиндровом дизеле 141-115/16 широкого разнообразия форм открытых камер сгорания с одинаковой топливной аппаратурой на режиме номинальной мощности зафиксированы различия значений удельного эффективного расхода топлива до 30г/кВт-ч, обусловленные различной организацией отражения факела от днища поршня. Причем за счет рационального распределения по зонам камеры сгорания воздушного заряда пропорционально поступившему в эти зоны количеству топлива обеспечено снижение удельного эффективного расхода топлива одноцилиндрового дизеля на 5,5 г/кВт ■ ч по сравнению с исходным вариантом серийной камеры сгорания. Увеличение расстояния между распылителем и стенкой камеры сгорания на 10% при сохранении пропорционального распределения топлива и воздуха повлекло снижение на 7.Яг/кВт • ч, а отражение топливного факела от стенки в пределах его начального участка приводит к значительному ухудшению показателей рабочего процесса дизеля.

7. При экспериментальных исследованиях на дизеле 1ЧН15/16 установлено, что открытые камеры сгорания с равномерным надпоршневым зазором, разработанные по предлагаемой методике, обеспечили при одинаковом максимальном давлении сгорания снижение удельного эффективного расхода топлива на режиме номинальной мощности на 10.11 ¿¡кВт ■ ч по сравнению с камерой сгорания, спроектированной по методу расчета профиля камеры сгорания объемного смесеобразовании типа Гессельмап.

8. Наилучшие варианты опытных камер сгорания (№ 4 и № 5) обеспечили снижение удельного эффективного расхода топлива на 5.5,5 г/кВт-ч на номинальном режиме и на 2,5.А,5 г/кВт ■ ч на средних нагрузках по сравнению с исходным вариантом серийной камеры сгорания. Причем более глубокая камера сгорания (Л^ 4) на средних нагрузках дает лучшие результаты.

9. Разработанная камера сгорания транспортного дизеля защищена авторским свидетельством на изобретение № 1576697 и внедрена в серийное производство в дизелях типа 641П 5/16, 12415/18 и 124Н15/18 в ООО «Ч'ГЗ -Уралтрак», а также использована при создании опытного дизеля типа

12ЧН15/16. Результаты работы могут быть полезны для профилирования камер сгорания и выбора параметров топливной аппаратуры при форсировании дизелей аналогичного типа.

1. Абрамович Г.11. Прикладная газовая динамика / Г.Н. Абрамович. - М.: Наука, 1976.- 888 с.

2. Алексеев В.П. Физические основы процесса в камере сгорания поршневых ДВС / В.П. Алексеев, Д.П. Вырубов. N4.: МВТУ, 1977. - 84 с.

3. Арав Б.Л. Показатели рабочего цикла и тепловой нагруженностп дизеля воздушного охлаждения с объемно-пленочным смесеобразованием при форсировании / Б.Л. Арав, В.Е. Лазарев // Вестник ЮУрГУ. Серия «Машиностроение». Челябинск: 2004. - Вып. 5. - С. 33-37.

4. A.c. 1402685 СССР, МКИ F 02 В 23/00. Камера сгорания двигателя внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия / С.С. Садовский, В.М. Сергеев, С.С. Никифоров. № 4000406/25-06; заявл. 30.12.85; опубл. 15.06.88, Бюл. № 22.

5. A.c. 1576697 СССР, МКИ F 02 В 23/06. Двигатель внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия / В.И. Бутов, В.В. Егоров, С.С. Никифоров, С.С. Садовский, Л.В. Чернова. № 4412452/25-06; заявл. 18.04.88; опубл. 07.07.90, Бюл. № 25.

6. A.c. 1800077 СССР, МКИ F 02 В 23/02. Двигатель внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия / В.М. Сергеев, С.С. Никифоров. № 4836126/25-06; заявл. 07.06.90; опубл. 07.03.93, Бюл. № 9.

7. Астахов И.В. Топливные системы и экономичность дизелей. / И.В. Астахов. М.: Машиностроение, 1990. - 287 с.

8. Баев В.К. О кумулятивном механизме развития высокопапорпой топливной струи / В.К. Баев, A.A. Бузуков, А.П. Бажайкип, Б.П. Тимошенко // Двигателестроеиие. 1981. - № 2. - С. 8-12.

9. Барсуков С.И. Термогазодинамическая связь процессов подвода и выгорания топлива в дизелях / С.И. Барсуков, В.А. Кулаков // Двигателестроение. 1988.- №2.-С. 56-60.

10. Белов И.А. Взаимодействие неравномерных потоков с преградами / И.А. Белов. JL: Машиностроение, 1983. - 144 с.

11. Болдырев И.В. Простая модель топливного факела с учетом изменения состава рабочей смеси / И.В. Болдырев // Двигателестроение. 1982. - № 12.-С. 16-20.

12. Болдырев И.В. Совершенствование рабочего процесса быстроходных транспортных дизелей / И.В. Болдырев//Двигателестроение, 1994 -С.38-39.

13. Бронштейн И.Н. Справочник по математике для инженеров и учащихся втузов / И.Н. Бронштейн, К.А. Семендяев. М.: Наука, 1980. 976 с.

14. Бузуков A.A. Особенности развития импульсной высокоскоростной топливовоздушной струи в условиях камеры сгорания дизеля / A.A. Бузуков // Теплофизика и аэромеханика. 1996. -Вып.З. - № 4. - С. 389-397.

15. Васильев O.A. Результаты исследования открытых камер сгорания дизелей типа ЧН21/21 / O.A. Васильев, М.Х. Вейнблат, В.А. Липчук // Двигателестроение. 1984,- №12.- С.7-9.

16. Вибе И.И. Повое о рабочем цикле двигателей / И.И. Вибе. М.: Маш-гиз. — 1962.-271 с.

17. Всемирный каталог двигателей. 2004: Двигатели промышленные и автомобильные: до 100 кВт Электронный ресурс.- Б. м.: Б. и.,2004.-1 электрон, опт. диск (CD-ROM).

18. Всемирный каталог двигателей. 2004: Двигатели промышленные и автомобильные: свыше 300 кВт Электронный ресурс.- Б. м.: Б. п., 2004.-1 электрон. опт. диск (CD-ROM).

19. Всемирный каталог двигателей. 2004: Двигатели промышленные и автомобильные: от 100 до 300 кВт Электронный ресурс.- Б. м.: Б. и., 2004.-1 электрон, опт', диск (CD-ROM).

20. Вырубов Д.И. Смесеобразование в дизелях: рабочие процессы двигателей внутреннего сгорания и их агрегатов./ Д.Н. Вырубов. М.: Машгиз. -1946.-С. 5-54.

21. Гаврилов В.В. Влияние структуры топливной струи и формы камеры сгорания на экономичность судового дизеля / В.В. Гаврилов // Проблемы повышения эффективности СЭУ: сб.научи, трудов. JL: Изд-во ЛКИ, 1985. - С. 57-63.

22. Гаврилов В.В. Методы и средства повышения качества смесеобразования и сгорания в дизеле // Двигателестроение. 2003. - № 3. - С. 27-31.

23. Гаврилов В.В. Повышение качества смесеобразования и сгорания в дизеле посредством математического и физического моделирования / В.В. Гаврилов // Изв. вузов. Серия «Машиностроение». 2003. - № 6 - С. 33-42.

24. Гаврилов В.В. Измерение локальных расходов топлива в струе дизельной форсунки / В.В. Гаврилов, С.А. Скоморовский // Двигателестроение. -1983.-№2.-С. 52-54.

25. Гальговский В.Р. Оптимизация отношения хода поршня к диаметру цилиндра и размеров камеры сгорания дизеля с непосредственным впрыскиванием / В.Р. Гальговский // Двигателестроение. 1990. - № 3. - С. 3 - 8. № 4 - С. 5-10, 16.

26. Гафуров P.A. Исследование структуры дизельной топливной струи при циклическом впрыскивании методом импульсной голографии / P.A. Гафуров, Г.А. Глебов, Ю.М. Скворцов // Двигателестроение. 1996. - № 3-4. - С. 10-12.

27. Грехов Л.В. Улучшение экономических и экологических показателей дизелей путем интенсификации процесса топливоподачи / Л.В. Грехов, В.А. Марков, В.А. Павлов, Е.А. Сиротин // Грузовик. 2002. -№ 8. - С. 36-37.

28. Двайт Г.Ь. Таблицы интегралов и другие математические формулы / Г.Б. Двайт. М.: 11аука, 1983. - 172 с.

29. Двигатели внутреннего сгорания / A.C. Хачиян, К.А. Морозов, В.П. Луканин и др.; под. ред. H.H. Луканина. М.: Высшая школа, 1985. - 311 с.

30. Двигатели внутреннего сгорания. Теория поршневых и комбинированных двигателей / Д.Н. Вырубов, H.A. Иващенко, В.И. Ивин и др.; под. ред. A.C. Орлина, М.Г. Круглова. -М.: Машиностроение, 1983,-372 с.

31. Девянин С.Н. Камеры сгорания с повышенной энергией смесеобразования / С.Н. Девянин, В.А. Марков, A.B. Микитенко, A.A. Путан // Автомобильная промышленность. 2006. - № 1.-С. 11-15.

32. Девянин С.П. Совершенствование процессов топливоподачи и смесеобразования дизелей / С.Н. Девянин, В.А. Марков, H.A. Сиротин // Грузовик. -2003. — № 11.-С. 21-26.

33. Демидова H.H. Камеры сгорания дизелей с непосредственным впрыском топлива / H.H. Демидова, В.А. Кудрявцев // Двигателсстроеиие. 1984. -№ 5 - С. 57-58.

34. Дизели. Справочник / под ред. В.А. Ваншейдта. JT.: Машиностроение, 1977.-480 с.

35. Драгунов Г.Д. Распределение топлива и воздуха в камере сгорания дизеля / Г.Д. Драгунов, С.С. Садовский, В.В. Егоров // Изв. вузов. Серия «Машиностроение». 1979. - № 1 - С.88-92.

36. Дубовкин Н.Ф. Справочник по углеводородным топливам и их продуктам сгорания. / Н.Ф. Дубовкин. М.: ГЭИ, 1962. - 288 с.

37. Дьяконов В. MathCAD 2000. Учебный курс / В. Дьяконов. С.-Пб.: Питер, 2000. - 586 с.

38. Егоров В.В. Исследование особенностей испарения топлива и рабочего цикла при форсировании тракторного дизеля с камерой сгорания ЦНИДИ: дис. .канд. техн. наук / В.В. Егоров Челябинск, 1977.-205 с.

39. Егоров В.В. Моделирование взаимодействия топливного факела со стенкой в камере сгорания быстроходного транспортного дизеля / В.В. Егоров, С.С. Никифоров // Вестник ЮУрГУ. Серия «Машиностроение». Челябинск: 2005. - Вып. 7. - № 14 (54). - С. 42-49.

40. Иванченко H.H. Высокий наддув дизелей / Н. Н. Иванченко, О.Г. Кра-совскпй, С.С. Соколов. Л.: Машиностроение, 1983.- 198 с.

41. Иванченко 11.11. Рабочий процесс дизелей с камерой в поршне /11.11. Иванченко, Б.Н. Семенов, С.С. Соколов. JL: Машиностроение, 1972. -232 с.

42. Идельчик И.Е. Справочник по гидравлическим сопротивлениям / И.Е. Идельчик. М.: Машиностроение, 1975. - 559 с.

43. Кавтарадзе Р.З. Влияние интенсивности вихря впускного воздуха на локальные температуры рабочего тела в цилиндре двигателя / Р.З. Кавтарадзе,

44. Калужин С.А. Распределение жидкого топлива в объеме дизельного факела / С.А. Калужин, С.А. Романов, 10.Б. Свиридов // Двигателестроение. -1980. -№ 8.-С. 6-8.

45. Калужин С.А. Экспериментальное исследование скоростей движения жидкой и газообразной фаз в дизельном топливном факеле / С.А. Калужин,

46. C.А. Романов, Ю.Б. Свиридов // Двигателестроение. 1980 - № 7. - С. 5-8.

47. Камфер Г.М. Процессы тепломассообмена и испарения при смесеобразовании в дизелях / Г.М. Камфер. М.: Высшая школа, 1974. - 144 с.

48. Касьянов A.B. Результаты исследования параметров работы тепловозных двигателей 841126/26 с различным уровнем форсирования / A.B. Касьянов //Двигателестроение, 1981.- № 9. С. 40-43.

49. Кинжалов О.С. Создание дизелей ЧН26/34 / О.С. Кинжалов, А.Т. Розанов, В.В. Скалдин // Двигателестроение, 1980. № 12 - С. 6-9.

50. Кинжалов О.С. О повышении топливной экономичности дизелей 41125/34 / О.С. Кинжалов, В.В. Скалдин // Двигателестроение, 1980. № 8 -С.3-5.

51. Крупский М.Г. Методика расчета геометрических параметров струи распыленного топлива в камере сгорания дизелей / М.Г. Крупский, Ю.В. Рудаков, A.B. 4угунов // Бюл. «Новые технологии», 2000. № 2. - С. 31-33.

52. Крутов В.И. Топливная аппаратура автотракторных двигателей / В.И. Крутов и др. М.: Машиностроение, 1985. - 208 с.

53. Кукушкин B.J1. Измерительный голографический комплекс и методика исследования дизельного факела / B.J1. Кукушкин, С.А. Романов, Ю.Б. Свиридов // Двигателестроение. 1983. - № 9. - С. 24-26.

54. Кукушкин B.JI. Экспериментальное исследование оптических свойств струи распыленного топлива при дизельном впрыске / B.J1. Кукушкин, С.А. Романов, Ю.Б. Свиридов// Двигателестроение. 1984.-№ 12.-С. 19-21.

55. Кукушкин B.J1. Экспериментальное исследование с помощью голографии структуры нестационарной струи распыленного дизельного топлива / B.JI. Кукушкин, С.А. Романов, Ю.Б. Свиридов // Двигателестроение. 1989. -№ 2. - С. 3-7.

56. Кулешов A.C. Математическое моделирование и компьютерная оптимизация топливоподачи и рабочих процессов двигателей внутреннего сгорания / A.C. Кулешов, Л.В. Грехов. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2000. - 64 с.

57. Лаврик A.M. Расчет и анализ рабочего цикла ДВС на различных топ-ливах / А.Н. Лаврик. Иркутск: Издательство Иркутского университета, 1985. -102 с.

58. Лазарев H.A. Основные принципы, методы и эффективность средств совершенствования процесса сгорания топлива для повышения технического уровня тракторных дизелей: учебное пособие / Е.А. Лазарев. Челябинск: Издательство ЧГТУ, 1995. - 360 с.

59. Лойцянский Л.Г. Механика жидкости и газа / Л.Г. Лойцянскпй. М.: Наука, 1987.- 840 с.

60. Луканин В. Состояние и перспективы автомобильного двигателе-строения / В. Луканин // Двигатель, 2001. 6 С. 2-6.

61. Лышевский A.C. Процессы распыливания топлива дизельными форсунками /A.C. Лышевский. -М.: Машгиз, 1963. 179 с.

62. Лышевский A.C. Системы питания дизелей / A.C. Лышевский. М.: Машиностроение, 1981. -216 с.

63. Марков В.А. Топлива и топливоподача многотопливных и газодизельных двигателей / В.А. Марков, С.П. Козлов. М.: Изд-во МГГУ им. Баумана, 2000. - 294 с.

64. Марков В.А. Повышение эффективности подачи и расиыливания топлива в дизелях / В.А. Марков, В.И. Мальчук, С.II. Девяиин, С.А. Сиротин // Грузовик, 2003. Л» 6. - С.30-32. № 7. - С. 23-27.

65. Марков В.А. Характеристики топливоподачи транспортных двигателей / В.А. Марков, В.Г. Кислов, В.А. Хватов. М.: Изд- во МГТУ им П. Э. Баумана, 1997.-160 с.

66. Мурзин B.C. Направления совершенствования транспортных двигателей Челябинского тракторного завода / B.C. Мурзин // Двигателестроепие, 2003. № 2 - С.11-12.

67. Никифоров С.С. Выбор камеры сгорания для дизелей с различным уровнем форсирования / С.С. Никифоров // Исследование силовых установок и шасси транспортных и тяговых машин: тем. сб. науч. тр. Челябинск: Изд-во ЧПИ, 1987.-С. 47-49.

68. Повышение экономичности и уровня форсирования дизелей типа 415/18 и 41115/18. Отчет о НИР (заключительный), книга 1. Тема 15-73-644. № госрегистрации 0185.0 013673.-Л.: ЦНИДИ, 1986.-73 с.

69. Прошкин В.Н. Особенности процесса сгорания с пониженным саже-образованием на примере дизелей 6ЧН21/21 / В.Н. Прошкин // Двигателестрое-ние, 1983. 5. -С. 56-58.

70. Прошкин В.Н. Рациональное смесеобразование в дизелях и форма камеры сгорания / В.Н. Прошкин // Двигателестроение, 1989. № 8. - С. 6-7, 38.

71. Рабинович С.Г. Погрешности измерений. / С.Г. Рабинович. Л.: Энергия, 1978.-262 с.

72. Разлейцев Н.Ф. Моделирование и оптимизация процесса сгорания в дизелях / Н.Ф. Разлейцев. Харьков: «Вища школа», 1980. - 170 с.

73. Разлейцев Н.Ф. Кинетические особенности процессов сгорания в форсированных дизелях и метод приближенного описания их / Н.Ф. Разлейцев,

74. A.M. Косита // Двигатели внутреннего сгорания. Харьков: Вища школа, 1989. -Вып.49.-С. 48-56.

75. Разлейцев Н.Ф. Влияние формы неразделенной камеры сгорания на показатели работы форсированного транспортного дизеля / Н.Ф. Разлейцев,

76. B.Г. Семенов, С.С. Жилин, А.И. Филипковский, С.И. Лавриненко // Двигатели внутреннего сгорания. Харьков: Вища школа, 1986. - Выи.43. - С. 16-22.

77. Разлейцев Н.Ф. Расчет движения и распределения топлива в дизельной струе / II.(Р. Разлейцев, И.И. Сукачев // Двигатели внутреннего сгорания. -Харьков: Вища школа, 1989. Вып.49. - С. 72-80.

78. Разлейцев Н.Ф., Филипковский А.И. Математическая модель процесса сгорания в дизеле со струйным смесеобразованием / Н.Ф. Разлейцев, А.И. Филипковский // Двигателестроение. 1990. -№ 7. - С. 52-56.

79. Райков И.Я. Испытания двигателей внутреннего сгорания / И.Я. Райков. М.: Высшая школа, 1980. - 170 с.

80. Расчетно-экспериментальное исследование по отработке рабочего процесса дизеля Д-440 для трактора ДТ-75МН. Отчет о НИР (заключительный). № госрегистрации 01840062315. М.: ФНИКТИД, 1984. - 35 с.

81. Русинов Р.В. эжекционный эффект распыленных струй при впрыскивании топлива в дизелях / Р.В. Русинов // Двигателестроение. 1987. - № 5. -С. 57-59.

82. Русинов Р.В. О распиливании топлива в дизелях / Р.В. Русинов, 10.П. Волков, И.М. Герасимов // Двигателестроение, 2004. № 2. - С. 4-6.

83. Рыжов В.А. Дизелестроение наукоемкая отрасль производства / В.А. Рыжов // Двигателестроение, 2002. - № 4 - С.З.

84. Садовский С.С. Влияние формы камеры сгорания при объемном смесеобразовании на показатели рабочего цикла форсированного дизеля: автореферат дис. .канд. техн. Паук / С.С. Садовский. JI.: ЦНИДИ, 1983. - 19 с.

85. Садовский С.С. Исследования по созданию камеры сгорания форсированного дизеля / С.С. Садовский, С.С. Никифоров // Исследование силовых установок и шасси транспортных и тяговых машин: тем. сб. науч. тр. Челябинск: Изд-во ЧПИ, 1986. - С. 6-8.

86. Свиридов Ю.Б. Смесеобразование и сгорание в дизелях / Ю.Б. Свиридов. Л.: Машиностроение, 1972.-224 с.

87. Свиридов Ю.Б. Базовый эксперимент по природе дизельной струи / Ю.Б. Свиридов, А.И. Кобзев, В.Л. Кукушкин, С.А. Романов // Двигателестроение,- 1992.-№ 1-3.-С. 3-7.

88. Семенов Б.Н. Рабочий процесс высокооборотных дизелей малой мощности / Б.Н. Семенов, Е.П. Павлов, В.П. Копцев. Л.: Машиностроение, 1990.-240 с.

89. Семенов Б.Н. Формы открытых камер сгорания и характеристики рабочих процессов малоразмерных дизелей / Б.II. Семенов, В.Н. Прошкин, В.М. Куров//Двигателестроение, 1991. -№ 10-11.-С. 4-6.

90. Сергеев В.М. Резерв внутрицилиндрового пространства дизеля / В.М. Сергеев // Автомобильная промышленность-1997. № 2. - С. 12-15.

91. Сидоров В.И. Гидродинамическая модель образования периферийной зоны топливной струи / В.И. Сидоров, Р.В. Русинов // Двигателестроение. -1985. -№ 3. С. 10-13.

92. Скрипник A.A. Влияние интенсивности вихревого движения заряда на локальные параметры рабочего процесса в двигателях с непосредственным впрыскиванием топлива: автореферат дис. .канд. техн. паук / A.A. Скрипник. -М.: МГТУ, 2004,- 18 с.

93. Соколов С.С., Власов Л.И. Зависимость экономичности дизеля от размеров горящего топливного факела / Соколов С.С., Власов Л.И.// Совершенствование и создание форсированных двигателей. Труды ЦНИДИ. Л., 1982. -С. 26-40.

94. Соколов С.С. Методическое обеспечение автоматизированного конструирования камеры сгорания в днище поршня дизеля / С.С. Соколов, Л.И. Власов, A.A. Лазурко // Совершенствование и создание форсированных двигателей: труды ЦНИДИ. Л., 1986. - С. 48-56.

95. Соколов С.С. Повышение надежности дизеля путем оптимизации камеры сгорания / С.С. Соколов, Н.И. Демидова, В.К. Сафонов // Энергомашиностроение. 1973.-№ 12.-С. 12-14.

96. Coy С. Гидродинамика многофазных систем / С. Coy. М.: Изд-во Мир, 1971.- 536 с.

97. Ставров А.П. Автомобильные эксплуатационные материалы: учеб. пособие / А.П. Ставров. Челябинск: ЮУрГУ, 2001.-124 с.

98. Сухарев Н.О. Экспериментальная отработка конструкции камеры сгорания дизеля 8ЧН26/26 маневрового тепловоза / Н.О. Сухарев, A.B. Касьянов, Ю.Н. Желнов // Двигателестроеиие, 1988. № 4. - С. 12-13.

99. Теория турбулентных струй / под ред. Г.П. Абрамовича. 2-е изд., перераб. и доп. -М.: Наука, 1984.-716 с.

100. Файнлейб Б.Н. Топливная аппаратура автотракторных дизелей: справочник/Б.II. Файнлейб.-Л.: Машиностроение, 1990.- 351 с.

101. Фарафонтов М.Ф. Анализ рабочего цикла двигателя по индикаторной диаграмме с использованием ЭЦВМ: учеб. пособие / М.Ф. Фарафонтов. -Челябинск: Изд-во ЧПИ, 1985. 67 с.

102. Физические величины: справочник / под ред. И.С. Григорьева, Е.З. Мейлихова. М.: Энергоатомиздат, 1991- 1232 с.

103. Хачиян A.C. Особенности рабочего процесса дизеля при различных диаметрах камеры сгорания в поршне / A.C. Хачиян, Д.В. Кривенков // Двига-телестроепие, 1980. — ЛЪ 12.-С. 10-13.

104. Чаинов Н.Д. Проблемы и перспектив!,i поршневого двигателестрое-ния в России / Н.Д.Чайпов // Двигателестроение, 2001. № 4. - С. 46-47.

105. Чесноков С.А. Модели смесеобразования и горения в ДВС с непосредственным впрыском / С.А. Чеспоков, H.H. Фролов, В.А. Дунаев, И.В. Кузьмина // Двигателестроение, 2005. № 1- С. 3-5.

106. Чирков С.Н. Основные элементы комплексной математической модели процессов смесеобразования в ДВС / С.Н. Чирков //Пробл. внутр. вод. путей Сибири и Якутии. Новосибирск: Изд-во Новосиб. гос. акад. вод. трансп., 1997. - С.64-71, 86.

107. Шароглазов Б.А. Двигатели внутреннего сгорания: теория, моделирование и расчет процессов / Б.А. Шароглазов, М.Ф. Фарафонтов, 13.В. Клементьев, под ред. Б.А. Шароглазова. Челябинск: Изд-во ЮУрГУ, 2004-Электрон. док. (ED).

108. Шлихтинг Г. Теория пограничного слоя / Г. Шлихтипг. М.: Наука, 1969.-742 с.

109. Щукин П.А. Комплексная математическая модель рабочего процесса дизеля с объемным смесеобразованием: автореферат дис. .канд. техн. наук / П.А. Щукин.-С-Пб.: ЦНИДИ, 1999.-22 с.186

110. Юдаев Б.11. Теплообмен при взаимодействии струй с преградами / Б.Н. Юдаев, М.С. Михайлов, В.К. Савин. М.: Машиностроение, 1977.-247 с.

111. Arcoumanis С. Transient characteristics of multi-hole diescl sprays / С. Arcoumanis, E. Cossali, G. Paal, J. I I. Whitclaw // SAE Tech. Pap. Ser., 1990. № 900480.-P. 1-15.

112. Baritaud T.A. Planar liquid and gas fuel and droplet size visualization in a DI diesel engine / T.A. Baritaud, T.A. Heinze T.A. // SAE Tech. Pap. Ser., 1991. № 910726.-P. 1-19.

113. Baumgarten С. Modeling of primary and secondary break-up processes in high pressure diesel sprays / C. Baumgarten, IT Lettmann, G.P. Merker// Schiff und Hafen, 2004. 56. - № 4. - P. 34.

114. Beck J.С. The simulation of the fuel sprays using the moments of the drop number size distribution / J.C. Beck J. C., A.P. Watkins // Int. J. Engine Res., 2004. -5. -№ l.-P. 1-21.

115. Behrouz Chehroudi. Preliminary drop size and velocity measurements in a dense diesel-type spray / C. Behrouz // SAE Tech. Pap. Ser, 1990. № 901673. - P. 1-12.

116. Bürgermeister Michael. Berechnung von Einspitzvorgangen / M. Bürgermeister //MTZ: Motortechn. Z, 1994. -55. -№ 10.-P. 605-608.

117. Cao Zhao-Min, Nishino Koichi, Mizuno Shigehiro, Torii Kahoru // Nihon kikai gakkai ronbunshu. B=Trans. Jap. Soc. Mech. Eng. B. 2001. 67. - № 653. - P. 241-248.

118. Cho I.Y. Simularity law of entrainment into diesel spray and steady spray / I.Y. Cho, 1-1. Fujimoto, 11. Kuniyoshi, J.Y. На, II. Tanabe, G.T. Sato // SAE Tech. Pap. Ser, 1990. № 900447. - P. 1-16.

119. Desantes J. Fuel spray studies / J. Desantes, J. Arregle, J.V. Pastor// SAF Trans. 1997. - № 970797. - P. 231.

120. Ebara Takumi, Arai Masataka // Nihon kikai gakkai ronbunshu. В = Trans. Jap. Soc. Mech. Eng. B. 1998. 64. - № 626. - P. 370-376.

121. Gong Yunyi. Droplet velocities of diesel fuel spray at high injection pressure before and after wall impingement / Gong Yunyi, Peng Zhijun // Progr. Nat. Sei., 1995. 5. -№6. - P. 710-717.

122. Gosman A.D. Description of subprogramme A—fuel spray research / A.D. Gosman // ATA: Ing. automot., 1991. 44.-№ 3. - P. 120-123.

123. Guerrassi N. Mesure de la taille et de la vitesse des gouttes dans un jet diesel / N. Guerrassi, J.C. Champoussin // Entropie, 1995. 31. - № 190. - P. 35-42.

124. Ilao Lijun. Study of diesel spray particle velocity field using a particle image velocimctry setup / Ilao Lijun, Liu Fushui, Liu Yulin, Sun Jimei // J. Beijing Inst. Technol., 1999. 8. -№ 2. - P. 201-206.

125. Ishikawa Naoya, Komori Masanori, Tsujimura Kinji // Nihon kikai gakkai ronbunshu. 13 = Trans. Jap. Soc. Mech. Eng. B. 1996. 62. - № 598. - P. 2528-2533.

126. Katsura Naohito, Saito Masahiro, Senda Jiro, Fujimoto Hajime // Nihon kikai gakkai ronbunshu. B = Trans. Jap. Soc. Mech. Eng. B. 1990. 56. - № 521. -P. 227-233.

127. Knowles K. Ground vortex formed by impinging jets in crossflow / K. Knowles, D. Brai // J. Aircraft. 1993. - 30. - № 6. - P. 872-878.

128. Ko Kyungnam, Momiyama Tomohiro, Arai Masataka // Nihon kikai gakkai ronbunshu. B = Trans. Jap. Soc. Mech. Eng. B. 2001. 67. - № 662. - P. 26042610.

129. Kosaka Hidenori, Kobayashi Haruki, Kamimoto Isyuki // Nihon kikai gakkai ronbunshu. B=Trans. Jap. Soc. Mech. Eng. B. 1989. 55. - № 519. - P. 3587-3592.

130. Liu Yumin, Ishiyama Takuji, Miwa Kei // Nihon kikai gakkai ronbunshu. B=Trans. Jap. Soc. Mech. Eng. B. 1995. 61. 565. - P. 1948-1954.

131. Long Yongsheng, Hiroyasu // Kinki daigaku kogakubu kenkyu hokoku=Res. Repts Fac. Eng. Kinki Univ., 1999. -№ 33. P. 111-116.

132. Makino Toshiaki, Tanabe Hideaki, Fujita Kenshi, Kato Satoshi, Onishi Shigeru // Nihon kikai gakkai ronbunshu. B=Trans. Jap. Soc. Mech. Eng. B. 2003. -69.-№ 685.-P. 2160-2166.

133. Maly Rudolf R. Optical diagnostic for diescl-sprays with //s-time resolution / Maly Rudolf R., Mayer Gunther W., Keck Bernhard, Schaudt Rainer // SAE Tech. Pap.Scr., 1990. -№ 910727. P. 1-17.

134. Masanori Shimizu. Measurement if break up length in high speed jet / Masanori Shimizu, Masataka Arai, Hiroyuki Hiroyasu // JSME. 1984. -27. - № 230,- P. 1709-1715.

135. Minami T. Analisis of fuel spray characteristics and combustion phenomena under high pressure fuel injection / Minami T., Yamaguchi I., Shintani M., Tsu-jimuraK., Suzuki T.// SAE Tech. Pap. Ser, 1990.-№ 900438.-P. 1-12.

136. Mohammadi Ali, Abe Makoto, Miwa Kei // Nihon kikai gakkai ronbunshu. B-frans. Jap. Soc. Mech. Eng. B. 1998.-64.-№ 625. P. 3106-3112.

137. Montajir Rahman Md., Tsunemoto Hideyuki, Ishitani Hiromi, Minami Toshitaka // Nihon kikai gakkai ronbunshu. B = Trans. Jap. Soc. Mech. Eng. B. 2000. 66. - № 646.-P. 1586-1592.

138. Naber J.D. Modeling engine spray wall impringement / J.D. Naber, R.D. Reitz//SAE Tech. Pap. Ser, 1988. №880107. - P. 1-23.

139. Qiao Xin-qi, Song Yong-chen, Gao Xi-yan, Chen Jjia-luia, Huang Zhen // Shanghai jiaotong daxue xuebao=J. Shanghai Jiaotong Univ., 1999. 33. - № 8. -P. 959-973.

140. Saito Akinori, Kawamura Kiyomi, Watanabe Satoshi, Takahashi Takeshi, Tuzuki Naoyuki // Nihon kikai gakkai ronbunshu. B=Trans. Jap. Soc. Mech. Eng. B. 1993. 59. - № 566. - P. 3290-3295.

141. Senda Jiro. Modelling of diesel spray impinging of Hat wall / Senda Jiro, Kobayashi Masaaki, Iwashita Seiji, Fujimoto Hajime // JSME Int. J.B, 1996. 39. -№ 4. - P. 859-866.

142. Stanton Donald W. Multi-dimensional modeling of thin liquid films and spray-wall interactions resulting from impinging sprays / Stanton Donald W., Rutland Christopher J. // Int. J. Heat and Mass Transfer, 1998. 41. - №20. - P. 30373054.

143. Tabata Michihiko, Arai Masataka, Hiroyasu Hiroyuki // Nihon kikai gak-kai ronbunshu. B=Trans. Jap. Soc. Mech. Eng. B. 1989. 55. - № 518. - P. 32393245.

144. Tanabe Hideaki. Experimental study on unsteady wall impinging jet / Ta-nabe Hideaki, Sato G. Takeshi // SAE Tech. Pap. Ser., 1990. -№ 900605. P. 1-8.

145. Tomita Eiji, Hamamoto Yoshisuke, Yoshiama Sadami, Tsutsumi Hiroyuki, Watanabe Toru // Nihon kikai gakkai ronbunshu. B-Prans. Jap. Soc. Mech. Eng. B. 1997.-63.-№ 609.-P. 1850-1826.

146. Wakashimo Yuichiro. Linear stability analysis of axisymmctric fuel jet issued into supercritical ambient / Wakashimo Yuichiro, Umemura Akira // JSME Int. J. B., 1999.-42.-№3.-P. 539-546.

147. Wang De-zhong, Huang Zhen, Tong Cheng-jiao, Jiang Gao-zhi, Daisho Yasuhiro // Shanghai jiaotong daxue xuebao=J. Shanghai Jiaotong Univ., 2000. 34. -№ 4.-P. 453-457.

148. Watanabe Takashi. Visual study of iniluence of combustion chamber configuration on fuel-air mixing proccss in D. I. diesel engine using liquid- liquid injection technique / Watanabe Takashi // SAE Tech. Pap. Ser., 1990. № 901575. - P. 1-12.

149. Wiester Bruno. Simulation modell zur Berechnung der Strahlausbreitung unter dieselmotorischen Bedingungen / Wiester Bruno, Wigley Graham, Winnlhofer Erust // MTZ: Motortechn. Z., 1991. 52. - № 2. - P. 66-68, 70-75.

150. Yang H.C. Evaporating spray simulation in a direct injection model engine / Yang H.C., Choi Y.K., Ryou M.S. // Heat Transfer, 1994. 7. - P. 36-38.190

151. Yatsufusa Tomoaki, Nishida Keya, Yoshizaki Takio, Miroyasu Miroyuki // Nihon kikai gakkai ronbunshu. B = Trans. Jap. Soc. Mech. Eng. B. 2000. 66. - № 643.-P. 279-285.

152. Yeom Jung-Kuk, Ashida Koichi, Tanaka Tomoyuki, Senda Jiro, Fujimoto Hajime // Doshisha daigaki rikodaku kenkyu hokoku = Sei. and ling. Rev. Doshisha Univ. 2000. 41. - № 2. - P. 109-115.

153. Yuile A.J. On the break-up times and lengths of diesel sprays / Yuile A.J., Filipovic I. // Int. J. Heat and Fluid Flow, 1992. -13.- № 2. P. 197-206.

154. Yule A.J. Correlation for diesel spray penetration including the effect of the break-up zone / Yule A.J., Mizza M.R., Filipovic I. // NIST Spec. Publ. 1991. -№813. -P. 267-274.

155. Zhang Fu Rong, Terashima Hiroaki, Tokuoka Naochika // Nihon kikai gakkai ronbunshu. B=Trans. Jap. Soc. Mech. Eng. B. 1994. 60. - № 577. - P. 3185-3191.1.P ИЛОЖЕПИЯ