автореферат диссертации по энергетическому, металлургическому и химическому машиностроению, 05.04.02, диссертация на тему:Снижение расхода масла в двигателе внутреннего сгорания путем совершенствования системы вентиляции картера

На правах рукописи

РГ8 од

- 2 И.0,1 2300

СВЕЩИНСКИИ Владислав Октябревич

СНИЖЕНИЕ РАСХОДА МАСЛА В ДВИГАТЕЛЕ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ ПУТЕМ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ СИСТЕМЫ ВЕНТИЛЯЦИИ КАРТЕРА

Специальность 05.04.02 - Тепловые двигатели

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Барнаул 2000

Работа выполнена в Центре технического развития ОАО ХК «Барнаултрансмаш» и на кафедрах «Высшая математика» и «Двигатели внутреннего сгорания» Алтайского государственного технического университета им. И.И. Ползунова.

Научный руководитель: д.т.н, профессор Л,М. Жмудяк

Научный консультант: к.т.н. Э.И. Бургсдорф

Официальные оппоненты: д.т.н. профессор

О.Н. Лебедев, к.т.н. Н.Ф. Камнев

Ведущее предприятие: АО "Алтайдизель"

Защита диссертации состоится « 19 » мая 2000 года в 12 часов на заседании Диссертационного Совета Д 064.29.01 при Алтайском государственном техническом университете в конференц-зале (656099, г. Барнаул, пр. Ленина, 46).

С диссертацией можно ознакомится в библиотеке АлтГТУ. Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью Вашего учреждения, просим направлять по указанному адресу на имя ученого секретаря Диссертационного Совета.

Автореферат разослан «_»_2000 г.

Ученый секретарь Совета Д 064.29.01

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность исследования. Эффективные показатели двигателей внутреннего сгорания во многом зависят от газодинамических процессов, протекающих в системах впуска, выпуска, камере сгорания и т.д. Изучение этих процессов дает информацию для совершенствования конструкций газовых трасс и других систем мотора. Исследования условий существования и передачи момента количества движения по системе впуска свидетельствует о сильной зависимости момента от конструктивных и иных факторов. Некоторые из них, относящиеся, прежде всего к системным, конструктивные особенности газопроводов, каналов и пр могут быть учтены при математическом моделировании движения воздуха по трассе впуска. Другие, которые можно обозначить как случайные, поддаются учету весьма сложно. Такими факторами являются, например, отложения на внутренней поверхности коллекторов, каналов и других деталей. Анализ движения воздуха по системе впуска показал, что в двигателях большинства конструкций внутри впускного тракта существует значительное количество масла. В зависимости от конструкции и типа двигателя в системе впуска скапливается до нескольких литров жидкости, содержащей моторное масло, продукты неполного сгорания топлива, износа и пр., как в жидкой, так и в твердой фазе. При изучении этого явления было обнаружены источники и причины попадания масла в систему впуска. Одним из основных источников является система вентиляции картера. В мотор-генераторных установках к ней добавляется система вентиляции объектового масляного бака, подключаемая также к впускным трубопроводам.

Масло, попавшее в систему впуска, способствует уменьшению коэффициента наполнения цилиндров, изменению момента количества движения заряда на впуске и в цилиндре, наблюдается зарастание коллекторов смолообразными веществами, образование на направляющей втулке, штоке и грибке клапана коксовых сталагмитов. В ряде случаев масло может быть заброшено в цилиндр в количестве, вызывающем гидроудар в дизелях. Реально воздушный заряд движется в загрязненном маслом тракте. Изменение режима течения воздуха по впускному тракту из-за наличия там масла в общем случае происходит непредсказуемо. Исходя из этого, был сделан вывод о том, что перед моделированием течения газов необходимо максимально очистить впускной тракг от посторонних включений.

Целью настоящей работы явилось снижение расхода масла в двигателе внутреннего сгорания путем совершенствования системы вентиляции картера.

Метод исследования включал теоретический анализ процессов в системах вентиляции картера двигателей внутреннего сгорания и экспериментальную проверку принятых решений, предложение, многовариантные расчеты и проектирование маслоотделителя системы вентиляции новой конструкции.

Были использованы результаты предварительных физических экспериментов, выполненных как автором, так и без его участия в отделе газовых двигателей и мини-ТЭЦ на двигателях 1Г6, отделе дизелей малых размерностей на двигателях ВАЗ-3411 и ВАЗ-343, испытательных станциях ОАО ХК "Барнаултрансмаш" Заключительные физические эксперименты по определению расхода масла в установке АП100 с опытной системой вентиляции картера были про-

ведены на специализированном стенде ОАО ХК "Барнаултранс-маш".

Научная новизна состоит в следующем:

1. Исследована целесообразность применения метода принудительного центрифугирования для выделения масла из аэрозолей внутрикартерного пространства.

2. Подтверждена применимость теории препятствий для расчета систем вентиляции картера двигателей внутреннего сгорания.

3. Рассмотрена феноменология аэрозолей внутрикартерного пространства, как образования, зависимого от конструктивных, эксплуатационных и режимных параметров двигателя.

4. Исследована эффективность маслоотделителя системы вентиляции картера при работе двигателя по нагрузочной и внешней скоростной характеристикам.

Практическая ценность работы.

Созданы конструкция эффективного маслоотделителя системы вентиляции картера, методика и компьютерная программа его расчета, которые позволяют сократить продолжительность и повысить эффективность проектирования.

Совместно с отделом газовых двигателей и мини-ТЭЦ Центра технического развития ОАО ХК "Барнаултрансмаш" разработана схема системы вентиляции мотор-генераторной установки АП100 и двигателя 1Г6 (64 15/18) и конструкция маслоотделителя этой системы.

Достигнуто уменьшение расхода масла в установке АП100 от 11% до 20% при использовании опытной системы вентиляции.

Переданные ОАО ХК "Барнаултрансмаш" материалы и рекомендации были одобрены и использованы в производстве. В настоящее время рассматривается вопрос об адаптации базовой конструкции маслоотделителя на дизельный двигатель 12ЧН 15/18.

Реализация результатов работы. Результаты работы были использованы при проектировании систем вентиляции двигателя 1Г6 (64 15/18) и мотор-генераторной установки АП100 на его базе.

Апробация работы. Основное содержание диссертационной работы было представлено и одобрено на заседании технического совета ОАО ХК "Барнаултрансмаш" в октябре 1999 года, заседании технического совета АО "Алтайдизель" в ноябре 1999 года и международной научно-технической конференции "Совершенствования быстроходных ДВС", в декабре 1999 года в Алтайском государственном техническом университете имени И.И. Ползунова.

Публикации. Содержание диссертационной работы было опубликовано в 14 печатных трудах и 2-х научно-технических отчетах. Получен 1 патент Российской Федерации на изобретение.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Введение.

Актуальность выбранной темы диссертационной работы подтверждается, с одной стороны, проблемой наличия масла в газовоздушных трактах ДВС, что способствует повышенному расходу масла, и, с другой стороны, отсутствием методик обоснованного проектирования систем вентиляции и маслоотделителей. Расход масла в двигателе может быть снижен за счет совершенствования системы вентиляции картера не менее, чем на 10-15%. Одновременно улучшаются экологические и ресурсные показатели мотора, условия его обслу-

живания. В большинстве случаев проектирование и доводка систем вентиляции картера обходится дешевле, чем оптимизация профиля поршня, гильзы цилиндров, поршневых колец и т.д.

Первая глава.

В результате анализа вопроса можно определить расход масла в двигателе как совокупность потерь двух видов. Первые, необратимые, связаны с химическими превращениями, при сгорании. Второй вид потерь - обратимые или эмиссионные. Это - то масло, которое уносится из пар трения, из двигателя, и которое может и должно быть возвращено обратно. Потери в виде уноса через систему вентиляции картера можно классифицировать как обратимые. Принимая во внимание условия образования и существования атмосферы в картерах ее корректнее обозначать не как "картерные газы", а как "аэрозоли". Такое уточнение позволяет использовать научные данные об известных свойствах аэрозолей - коагуляции, термо-, фотофорезе и пр для решения проблемы выделения масла из них. Анализ различных методов разделения сред с точки зрения их эффективности и освоенности в современном двигателестроении показывает, что наиболее приемлемым является выделение тяжелой фазы в центробежном поле - центрифугирование. Изучение методологии создания систем вентиляции картера и маслоотделителей, в частности, позволяет констатировать отсутствие методов проектной оценки совершенства систем с точки зрения выделения масла из аэрозолей в этой системе.

Можно сделать следующие выводы:

1. Эмиссионные потери являются важной составляющей общего баланса расхода масла в ДВС. Уменьшение эмиссионных

потерь требует, кроме прочего, совершенствования системы вентиляции картера.

2. Свойства атмосферы в картерах существенно влияют на эффективность систем вентиляции. Конструкция маслоотделителей должна быть ориентирована на использование свойств атмосферы в картерах.

3. Известные отечественные системы вентиляции не обеспечивают достаточно полное выделение масла из аэрозолей системы вентиляции картера и его возврат в картер двигателя.

4. Иностранные системы вентиляции отличаются повышенной сложностью, ухудшенными массо-габаритными характеристиками.

5. Не обнаружено методик расчета параметров маслоотделителей систем вентиляции ДВС.

В соответствии со сделанными выводами, сформулированы цели и задачи намечаемых исследований. Они состоят в следующем:

1. Предложение и разработка системы вентиляции картера ДВС на примере двигателя 1Г6 (64 15/18), обеспечивающей снижение общего расхода масла не менее, чем на 20%, по сравнению с базовым двигателем.

2. Разработка методики расчета основных параметров маслоотделителя системы вентиляции картера.

3. Моделирование процесса выделения тяжелой фазы из аэрозолей системы вентиляции на различных режимах работы двигателя.

4. Проведение экспериментальной проверки расхода масла в двигателе 1Г6 со штатной и опытной системами вентиляции картера.

Вторая глава.

Описана конструкция предложенного, спроектированного и рассчитанного центробежного (вихревого) маслоотделителя картера двигателя внутреннего сгорания. По договоренности с Центром технического развития ОАО ХК "Барнаултрансмаш", эта конструкция адаптирована для мотор-генераторной установки АП100 на базе двигателя 1Г6 (64 15/18). Выбор оптимальной схемы работы маслоотделителя выполнен с привлечением аппарата теории операций. Одним из важных отличий вновь предлагаемой системы вентиляции установки АП100 было объединение вентиляции объектового масляного бака и картера двигателя. В процессе работы были использованы экспертные оценки, высказанные высококвалифицированными сотрудниками Центра технического развития ОАО ХК "Барнаултрансмаш".

Выбор конструктивных размеров основных деталей осуществлен по результатам расчетов эффективности и сопротивления устройства. Выбор габаритных размеров лимитировался компоновочными условиями двигателя 1Г6. На рис. 1 показан установленный на двигатель 1Г6 предложенный маслоотделитель в разрезе. Цифрами обозначено:

1 - картер двигателя 1Г6;

2 - ведущий валик, связанный с коленчатым валом двигателя;

3 - стакан подшипника, в котором размещаются валик и ротор маслоотделителя;

4 - прокладки;

5 - ротор маслоотделителя;

6 - корпус;

7 - крышка;

8 - подпружиненный золотник в сборе с мембраной;

9 - пружина золотника;

10- шланг системы вентиляции, объединяющий маслоотделитель с системой впуска.

По принципу действия, предложенный маслоотделитель может быть определен как роторный центробежный (вихревой).

Рис. 1 Вид маслоотделителя на двигателе 1Г6

Третья глава.

Описана методика проектного расчета маслоотделителя системы вентиляции картера ДВС. Назначение методики состоит в обосновании выбора параметров конструкции в процессе ее проектирования. Основой методики послужил математический аппарат, разработанный В.И. Соколовым, А.Я. Миловичем и др.

Приняты некоторые допущения, упрощающие реальный процесс движения аэрозолей и выделения из них масла. Основные допущения состоят в следующем:

- движение потока аэрозолей - потенциальное стационарное;

- легкая фаза - воздух, тяжелая - масло нефтяного происхождения;

- температура аэрозолей близка к температуре масла в картере или, если картер - сухой, к средней температуре масла в двигателе;

- расход аэрозолей через систему вентиляции - постоянный для данного режима работы двигателя.

Основными показателями совершенства маслоотделителя будем считать степень очистки аэрозолей от масла и гидравлическое сопротивление устройства.

Степень очистки представляет собой отношение количества выделенного масла к общему количеству масла, изначально содержащегося в аэрозолях. Она может быть охарактеризована таким параметром, как фактор разделения (фактор осветления). Уравнения для расчета величины фактора разделения известны и приводятся в теории центрифуг, в частности, в работах В.И. Соколова и Б.П. Покровского.

Определение гидравлического сопротивления устройства возможно при использовании уравнения Лагранжа-Коши. В настоящей работе оно применялось в следующем виде:

^-J— + P + П = const (1)

2

Первое слагаемое представляет собой скоростной напор, второе - пьезометрический напор и третье - потенциал действия массовых сил.

Полагая, что маслоотделитель размещен в непосредственной близости от картера (как это имеет место в двигателе 1Г6), сопротивлением участка трубопровода от внутрикартерного пространства до маслоотделителя пренебрегаем.

Во время работы двигателя происходит постоянное поступление в картер продуктов сгорания из надпоршневого пространства. Если бы отвода из картера не было, давление в нем скоро превысило бы допустимое. При использовании систем вентиляции, открывающихся в газовоздушный тракт возможна полярная ситуация, когда в картере происходит резкое падение давления ниже атмосферного.

В разработанной системе предусмотрено регулирование давления в картере за счет специального золотника. При расчетах рассматриваются только два положения золотника: "полностью открыто" и полностью закрыто". Таким образом, при решении уравнения (1) давление в картере считается известным и равным давлению открытия золотника, которое принимается как исходное данное.

Первое слагаемое уравнения (1) определяется потенциалом расчетной точки потока. Вычисление потенциала производилось в рамках теории препятствий, разработанной А.Я. Миловичем. В со-

ответствии с этой теорией, тело, омываемое потоком, заменяется системой элементарных силовых трубок, соединяющих точки - вих-реисточники и вихрестоки. При этом уравнение потенциала, наводимого на элемент потока, имеет вид:

¥ = С • 1п

(2)

где С - постоянное напряжение вихрей;

Р12- радиус-векторы вихреисточников и вихрестоков.

В полости маслоотделителя выделяется три зоны с различными напряжениями вихрей. Первая - вертикальная цилиндрическая область в роторе, вторая - радиальные каналы ротора, третья -пространство между ротором и стенками корпуса.

В результате дифференцирования функции Ф, были получены уравнения для скоростей движения легкой фазы, обусловленного вихреобразованиями на линиях срыва ротора. Полные скорости легкой фазы представляют собой векторные суммы скоростей, определяемых расходом аэрозоля и наводимым потенциалом. Сепарирование масла из потока возможно только, если относительная скорость движения масла в потоке будет противоположна по направлению скорости воздуха и, при этом, больше критической скорости, которая зависит от продолжительности движения потока по каналу и местонахождения частицы масла в канале ротора. Величина критерия Рейнольдса для процесса движения частицы масла в потоке составил для принятой конструкции 1,85-2,01. С некоторым приближением такой режим можно считать ламинарным. Определен критический размер частицы, которая может быть отсепарирована в данной конструкции. Он равен 5 мкм.

Варьируя исходные данные, определяя оценочные показатели, можно подобрать оптимальное сочетание конструктивных параметров маслоотделителя. Окончательное принятие решения происходит с учетом компоновочных и специальных требований.

Выполнены две серии расчетов, ориентированные на различную применяемость двигателя 1Г6 - для работы по внешней скоростной и нагрузочной характеристикам. Определено качественное и количественное влияние отдельных конструктивных параметров на показатели работы. Так, например, величина наружного диаметра влияет на гидравлическое сопротивление и продолжительность выделения масла. С увеличением времени пребывания аэрозолей в маслоотделителе степень очистки возрастает. Ограничения размера ротора обусловлены компоновочными соображениями и проблемой прочности. Увеличение количества радиальных каналов положительно влияет на степень очистки, кроме того ротор с большим числом каналов при тех же габаритах имеет меньшую инерционность, что влияет на механические потери. На рисунках 2 и 3 показаны расчетные скоростная и нагрузочные характеристики опытного маслоотделителя. На рис. 3 отмечено экспериментально полученное значение расхода масла. Заштрихованное поле в нагрузочной характеристике показывает значение расхода масла установки, лимитируемое техническими условиями ТУ 24.06УГ01-99.

Рис. 2. Нагрузочная характеристика мотор-генераторной установки АП100

Конструкция маслоотделителя, предложенного, спроектированного и рассчитанного для двигателя 1Г6, характеризуется следующими основными параметрами:

1) наружный диаметр ротора - 70 мм;

2) диаметр центрального отверстия ротора - 16 мм;

3) количество радиальных каналов ротора - 6 шт;

4) диаметр радиального канала ротора - 6 мм;

5) внутренний диаметр корпуса - 76 мм.

Четвертая глава.

Физические эксперименты были условно разделены на предварительные и заключительные. В ходе первых произведено общее изучение проблемы попадания масла во впускной тракт двигателей, а так же вопросов, связанных с сепарацией масла, которое рассматривалось, как одно из назначений системы вентиляции картера.

Были выполнены наблюдения аэрозолей в системах вентиляции дизельных двигателей, что позволило классифицировать их по известным рекомендациям. Заключительные эксперименты состояли в определении расхода масла в мотор-генераторной установке АП100 на базе двигателя 1Г6, оснащенной разработанной системой вентиляции картера и маслобака.

Испытания по определению расхода масла выполнены по принятой заводской методике. Испытуемая установка, прошедшая приемо-сдаточные испытания, а также испытания в течении не менее 20 моточасов для приработки цилиндро-поршневой группы, прогревалась на нескольких режимах, включая эксплуатационный до достижения эксплуатационного значения температуры масла. После чего двигатель глушили. По прошествии времени, достаточного для успокоения уровня масла в баке, бак доливали, отмечая полученный уровень на стеклянной трубке, подключаемой к сливному штуцеру. Двигатель снова запускали и работали в течение двух часов на режиме номинальной мощности, после чего снова глушили. Расход масла определялся по объему масла, который доливался до уровня, предшествующего испытаниям. Для уменьшения погрешностей испытания проводили трижды. Оцененная погрешность замеров составила ±0,1 г/кВтч для измерений расхода масла.

Полученное значение расхода масла сравнивалось со значениями, характерными для установок АП100 со штатными системами вентиляции. По данным сотрудников отдела газовых двигателей и мини-ТЭЦ Центра технического развития ОАО ХК "Барнаултранс-маш", расход масла в установках АП100 со штатными системами вентиляции составляет от 1,7 гкВтч до 2 г/кВтч. При испытаниях ус-

тановки с опытной системой вентиляции расход масла составил 1,6 г/кВтч (см. рис. 3).

Рис. 3 Скоростная характеристика установки АП100 Пятая глава.

Рассмотрены результаты работы. Одним из основных можно считать обоснование возможности существенного снижения расхода масла в двигателе внутреннего сгорания и мотор-генераторной установке за счет совершенствования системы вентиляции картера и маслобака. Важным является также достигнутое сокращение общего периода создания системы вентиляции, обусловленное уменьшением доли физических экспериментов при доводке, переносом большого объема работы на численные эксперименты.

Использование роторных маслоотделителей наиболее выгодно в двигателях, имеющих места подключения к системам передач. Такими моторами являются, в частности, многие газовые двигатели, конвертируемые из дизелей. При этом у них освобождается привод топливного насоса высокого давления. Использование отдельного привода или самостоятельного приводного двигателя может быть также оправдано в конкретных случаях. Вероятно, одним из перспективных направлений может считаться объединение роторных устройств для разделения многофазных сред в двигателях в едином агрегате. Примером может быть объединение, блокирование, масляной центрифуги и маслоотделителя системы вентиляции. Преимущества состоят в обеспечении высокоскоростного привода ротора маслоотделителя при плотной компоновке на двигателе. В настоящее время прорабатывается вопрос об адаптации конструкции маслоотделителя предложенной системы к другим двигателям, в частности, типа 12ЧН 15/18. Результаты настоящей диссертации могут рассматриваться как основа для проектных работ в данном направлении. Остается актуальной проблема улавливания масляной пленки на внутренних поверхностях проточных частей систем впуска двигателей. При разработке устройств для ее сбора можно ориентироваться, в частности, на работы О.Д. Черепова и Е.Г. Головни.

В дальнейшем предполагается перейти к моделированию движения воздуха в газовых трактах двигателей внутреннего сгорания с учетом наличия там посторонних продуктов - масла, шламов на основе масла и топлива, несгоревших топлива и масла, кокса. Кроме того, представляется важным обеспечение чистоты выхлопа двигателей, с точки зрения, наличия в нем вышеперечисленных

продуктов. Это может быть достигнуто не только организацией рабочего процесса, но и разработкой соответствующих систем очистки атмосферы в выпускных каналах двигателей.

Основное содержание диссертации было опубликовано в следующих работах:

1. Эмиссионные потери масла в дизелях. Анализ способов экспериментального определения источников и причин: Отчет о НИР // АлтГТУ им. И И. Ползунова. Инв. N 0299007450. - Барнаул; 1996.-13 с.

2. Некоторые тенденции проектирования впускных систем двигателей европейских автомобилей. 1985-1995 гг.: Отчет о НИР // АлтГТУ им. И.И. Ползунова. Инв. N 02970001771. Барнаул; 1996. -18 с.

3. Жмудяк Л.М., Свещинский В.О. Схемы подвода заряда на впуске и момент количества движения газа в цилиндре II АлтГТУ им. И.И. Ползунова. - Барнаул, 1997. - 26 с. - Деп. в ВИНИТИ 17.09.97, N 2861-В97.

4. Свещинский В.О. О двух особенностях современного этапа моделирования рабочих процессов двигателей внутреннего сгорания // АлтГТУ им. И.И. Ползунова. - Барнаул, 1997. - 12 с. -Деп. в ВИНИТИ 15.10.97, N 3057-В97.

5. Патент N 2131055 России. Устройство для регулирования вихреообразования в цилиндре двигателя внутреннего сгорания. Опубл. 27.05.99. Бюл. N15.

6. Свещинский В.О. К вопросу об экспериментальном моделировании газодинамических процессов в двигателях внутреннего сгорания //Двигателестроение, 1998, N4. - С. 30-32.

7. Свещинский В.О. Технологии экспериментального моделирования газодинамических процессов в двигателях внутреннего сгорания//Автомобильная промышленность, 1998, N8. - С. 25-26.

8. Свещинский В.О. Расчет осесимметричного течения газа с учетом теории препятствий / АлтГТУ им. И.И. Ползунова. - Барнаул, 1998. - 6 с. - Деп. в ВИНИТИ 29.03.99, N 953-В99.

9. Свещинский В.О. Исследование течения газа в устьевых сечениях вихревой камеры сгорания // АлтГТУ им. И.И. Ползунова. -Барнаул, 1998. - 17 с. - Деп. в ВИНИТИ 29.03.99, №54-В99.

10. Многотопливный двигатель внутреннего сгорания с подавлением детонации // Информлисток N57-99 Алтайского ЦНТИ.

11. Двигатель со стабилизированным режимом смазки. Информлисток N58-99 Алтайского ЦНТИ.

12. Свещинский В.О. К вопросу об экспериментальном моделировании газодинамических процессов в двигателях внутреннего сгорания. //Вестник машиностроения, 1999, N4. - С. 50-52.

13. Свещинский В.О. Общие проблемы изучения и использования вихревых потоков жидкостей и газов в ДВС. /ОАО ХК «Барна-ултрансмаш». - Барнаул, 1999. - 41 с. - Деп. в ВИНИТИ 24.06.99, N2013-899.

14. Свещинский В.О. Влияние вязкости на затухание знергоизо-лированных вихрей в ДВС//Двигателестроение, 1999, N2. С. 14-15.

15. Свещинский В.О. Программа расчета центробежного разделителя аэрозолей картера // ОАО ХК "Барнаултрансмаш". Барнаул, 1999. 16 с. Деп. в ВИНИТИ 31.08.99, N2757-699.

16. Свещинский В.О. Снижение расхода масла в газовом двигателе // Международная научно-техническая конференция. Совершенствование быстроходных ДВС. Барнаул, 1999 г

Одной из общих 1£н£-анций развития энер(вгической. гранъоортной и специальной техники на базе двигателей внутреннего сгорания является повышение ее масляной экономичности, Успешное решение прсбпе^ы предусадэтпмвает комплексный анализ всех факторов, и^еющи** влияние на расход толпива ы месле наемная от особенностей рабочего про-цеооз {степени Форсирован, вида топлива и г.п ) и до конструктивного исполнения конкретных узлов м систем, включительно

- I Ь И йКТуаг'ЬНООТЬ вопроса позволяют шдепить ряд зад ' являясь инвариантными дли совокупности гюрешеиьо. данное, описывающих, например, назначение д&игет^ля, режимы его раооть, и т.д., дают еозможнооть получения. до известной стэ!!ене; зощих решений.

Призером те?с>й задача можег служить разработка еанвекщии *зртеоа деиготклей внутреннее:' сгогеиеоо р* 1 и 'О - ' ' ' '"О *" ' ^ 'г ><"" "1 -1 С' с ^ I * 4 > * > > ^ ' , ^ ~ "< I , ,,,> Г ! I , | , - - > . . * раоое направленных на снижение расхода маспа. Системе еент-яцеи к2рТер5 . один о:; оеесе.ные пет^некое оаднеспонн:-,1/-г *♦• - ^ =>"" геля>-.

Ч,1Р' ! масла его аидеееоое и;; пул?,сиру!01циу., ? - - ' - з неньен считать- ре!,,ен!1Сй приопе^еР о двиоие)л:о внутреннего сгг ренис. Омасти это связено с отсутствие?;; мео;у:ек прееегное. рсо-е'е, мо/ооое"депи'гепои с:ет-^ еоео /онши распространенными интуитивным и аналоговым епо~оолг/н 5 проектирования и, как следствие, отсутствием эффективных 1 конструкций.

Целью настоящей работы явилось исследование возможности снижения расхода масла в двигателе внутреннего сгорания за счет применения вихревого маслоотделителя в системе вентиляции картера.

Научная новизна состоит в том. что была подтверждена применимость теории препятствий для расчета систем вентиляций картеров двигателей внутреннего сгорания/

Рассмотрена феноменология аэрозолей внутрикартерного пространства, как образования, зависимого от конструктивных, эксплуатационных и режимных параметров двигателя.

Исследована эффективность работы вихревого маслоотделителя системы вентиляции картера при работе двигателя по нагрузочной и внешней скоростной характеристикам.

Метод исследования включал теоретический анализ явлений, имеющих место в системах вентиляции картера двигателей внутреннего сгорания. Были использованы результаты предварительных физических экспериментов, выполненных как автором, так и без его участия в отделе газовых двигателей и мини-ТЭЦ Центра технического развития ОАО ХК "Барнаултрансмаш". Заключительные физические эксперименты были проведены для сравнения расходов масла в двигателях 64 15/18 (1Г6), оснащенных штатной и опытной системами вентиляции.

Практическая ценность работы состоит в подтверждении целесообразности применения вихревого маслоотделителя для деструкции аэрозолей систем вентиляции картеров двигателей внутреннего сгорания. 8

Разработана методика, компьютерная программа расчета и I конструкция вихревого маслоотделителя, которые позволяют сократить продолжительность процесса проектирования систем вентиляции и повысить его эффективность.

Совместно с отделом газовых двигателей и мини-ТЭЦ Центра технического развития ОАО ХК "Барнаултрансмаш" разработана схема системы вентиляции мотор-генераторной установки АП100 и двигателя 1Г6 (64 15/18).

Результаты физических экспериментов показали уменьшение расхода масла установкой АП100 от 11% до 20% при использовании опытной системы вентиляции.

Переданные ОАО ХК "Барнаултрансмаш" материалы и рекомендации получили положительную оценку.

Апробация работы:

Основное содержание диссертационной работы было представлено на заседании технического совета ОАО ХК "Барнаултрансмаш" в октябре 1999 года и использовалось в приложении к двигателям 1Г6 производства ОАО ХК "Барнаултрансмаш".

Основное содержание работы докладывалось также на заседании технического совета АО "Алтайдизель" в ноябре 1999 года и международной научно-технической конференции "Совершенствования быстроходных ДВС" в декабре 1999 года в Алтайском государственном техническом университете имени И.И. Ползу нова.

Публикации:

Общие положения и результаты диссертационной работы были опубликованы в 14 печатных трудах и 2-х научно-технических отчетах. Получен 1 патент Российской Федерации на изобретение. Объем работы:

Диссертация состоит из введения. 5 глав, заключения, приложения, списка использованной литературы. Содержит 122 страницы машинописного текста, 18 иллюстраций, 12 таблиц. Библиография включает в себя 61 наименование.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ И ВЫВОДЫ.

1. Анализ условий образования и свойств атмосферы в картерах работающих двигателей внутреннего сгорания показал, что эту атмосферу, называемую обычно "картерными газами", точнее называть "аэрозолями картера" и описывать (моделировать), пользуясь теорией аэрозолей.

2. Анализ основных методов и конструкций устройств для выделения тяжелой фазы из азрозолей дает основание считать методом, наиболее выгодным для промышленного применения в настоящее время, центрифугирование.

3. На основании работ А.Я. Миловича, В.И. Соколова, Грина-Лейна, разработана методика проектного расчета маслоотделителя системы вентиляции картера двигателя внутреннего сгорания.

4. Разработаны схема системы вентиляции и конструкция маслоотделителя двигателя внутреннего сгорания. Опытная система реализована для двигателя 1Г6 и мотор-генераторной установки АП100 производства ОАО ХК "Барнаултрансмаш".

5. Для маслоотделителя, предназначенного для мотор-генераторной установки АП100, рассчитаны варианты конструкции с различными диаметром ротора, количеством отверстий в роторе, диаметром радиальных каналов ротора и пр. Показано, что увеличение наружного диаметра и количества каналов при прочих постоянных параметрах способствует улучшению очистки аэрозолей от масла. Выявлены рациональные варианты сочетаний конструктивных параметров.

114

••И Р:Х7 J ?О0

1 Анализ течений втрооникове^ соединениях ¡(теооРоее,,доР

БПуОКНРЫ СИС'П.-М. ДОЖ ВЛНОУр! ДВНГЗТОЛИ ЫТРГрОнНеГР ОГОрРНИТК .

PjPP . М;е!р 00 РО.

2 ьубнев В.А. О возникновении и диффузии вихря С * « « j * 1*41 h t р г , ' 1/ 1 ' д рорр Pe'P F< s « » ' « i , л \ . 1,

3 Буршгеин ЛОО Кобяков С.В,. Твердохлеб В.И. Определение расхода мзела но угар при выборе зазора i поршень. Щзигатепрртроерие, - 1000 N10. - С. 40-00.

4. Венцель 0,8. Смазка дыоателей энугреннего сгорания. - 00, Киев: Уашгиз: 1963, - 182 с.

5. Вентцоль Е С., Osчарой Л.А. ПриРпадные задами теории вероятности. - Ш.: Радио и связь 1983. -416 с.

6. Вычисчмгельныа методы и профаммированиб. (Численные методы в газовой динамике; Озорник работ вычислительного центре МГУ. Pli, - Mr Изд-во ООО 1967.

7, Григорьев Г,А., Бориосьз Г.В, Очистка топлива е двигателях внутреннего огтранмя. - РО Машиностроение. 1091 »

PCS о о. Грин X. Л«йн В, Аэрозоли - пыли, дымы м туманы. - Л.: Химия 1969. -428 с.

9. Двигатель В-14. Особенности конструкции. //Челябинск, Турбомоторный завод. 1970

10, Двигатель 8A3-3<4i Руководство по околлуатации В.АЯ-341РЭ. РОеоноргр ОАО о1-' "'--р "о и ,ч иР ;i909

OP ДиЗОПЬНЬ!е prw^OC« Г ~ ; К .^Г.П Т 4ИЧОСКОё ОПИОЗНИб И инструкция по эксплуатамии 50-Т0. - Минск, Ураждай. - 1975ю - 64 с,

115

12 Дмитрие-нко О.С. Исследование гутеи раС-ХиДа Ж,'4 ОрИЫХ ¡UciOe/ï Ь аеночшOOTsXui де^ГаТ&ГЫХ! I руД?

1978 -- ¡4172. С е-12

13, Заявка N12ouo5ce Герыанил, fa ПК* rûi M 10/04 Способ вентиляции картера. Опубл. 'î 1.09.37

14 Заявка NC2317233 Великобритания. МПК* FOI M13/00. Узел системы вентиляции картера Онуот». 15,03 98

15. Звонов В.А. Токсичность двигателей внутреннего сгорания.

Машиностроение. Î9f1 - 163 с.

16. Злотин Г И. и др. Нетилорые предварительные результаты исследование гопяиеной пленки ьо впускном .трубопроводе карбюраторного двигателя с помищыо скоростной киносъемки.-Труды. /Под ред. Г.И Зло"?инн. Виогсфам - 19/2.

7 Испытания твердых смазок дли двигателей внутреннего сгорание с керамическими дегшьчми. //РЖ. ВИНИТИ Дыма! а ли внутреннею сгорания. - 1990 209.155

13 Канишев А. В., Шабанов А.Ю. Методика ирогнозирова ни я угара ввела для использования ъ САПР' ДВС. /¿Двигателестроение. -Ю37 - Но. С 44-46.

14 иузяецов ПК. Цу.яко П.П Движение мае ла в комете с"осания поршнееото ден ателе. /УДвигатеяестроение. - 1983 -- Ы4 С 34-26

20. Кутателадзе С.С.' , Огырик.овим УРА, Гидгюдиеамеке гягеоее^еСТНьо - У) Сиротея 1372 - 23о о

21 Ман/оооодее А А еде Иоокре!д>еаемо ; :роцО'"-еоР.

- теплообмена е деетатеелх методами матема>'иг-!еок."-о-> и физического моделирования. - Тбилиси Мецниере^а. 1986 - 0>е с

116

22. Маргыгйок М П. По&ышенич ресурса дыгагель-п зногрогшего его^анп- путем соворш&нгтзозэимя сшзо-о^о ¡.^-.-тс 7Вас,гоок - 1991 •• N1. С. 27 22

22. Шлооич Л.Я !еор---; динамического взаимодействия те.д и жидкости. - 21 . Изд-во л-птаратуры по архитектуре и отроитепьотчу. 1955. ■ 313 с

24. МииокпЗ Е <22 О гурбуяйктиссти с ОСТОЧНЫл фиЯЬ'ф<№. Технический отче"? 2-Ш63. - Е!\/2 Изд-во с И Г 1240 13о.

25, Морозов Г м. О 22 Очи<Л2;а о^осла с дшелнл. -11: Машинии!роение. Лен»--;нгр. ои; . 2521 •• 122

26. МОХНйТКИИ 3,М. ЬеОьДИНЙ Л .1 . УеТОДИЧёсОу'^ ОСНОВЫ оасчега расхода шел« ив угар. //Двигэтелестг зеиие. - 1222. - ЫЪ. С, 1229.

27 Мохнь гкин 2) М. сосодш« ¡72. методические основы расчета масла на -/тар. //Двмгатепестроенме. - 1283. - N2. - 27 1 V 2о

28. Мо^паткинЭ.М Беог-д^и-з Л32 Определение количества масла, выбрасываемого о "гш-гру сгорания. /Щвигатепестро«ни?;. -1986 - Мб. ~ С7 42-45

29. Наоойвляющэя клапана. -/РЖ ВИНИТИ Двигатели внутреннего сгорания - 1996.1 39.43П.

30. Непогодье?? А В. и др. ь- к • - V« *■*< V р « «- д<1 "¿и.» ' окисление ^яю.пя в поршневом двигателе. о21ви гш'вл острое ние. -1ОО0 - N3 О 31.4

31 му^гте X О. и др И^педово.ние ¿.эрсди**<№ики потока в ЗЯКвУЧИ^йК" //ТЪп по^-^тг^ти^Э — 197 В - МИ

32 Пэпоц К СигО^чныв - М. Воону?здао Ш62

33, Палок К.К.; Рагозин И.А. Словарь по топлива«: маслам, ш смазкам, присадкам и специ?.пьныи -¡ууу^/^щ (л^^ютолопоюский словарь). - iVL* Хи»1ия. 1975. - о

34. пат, 402326 Австрия, ООГ F22 Г. 1 /42, Опуол 25,04.9/,

35, Пат 5690084 США OKif Г01 ,3214. Суфлер. Опубл. л ' >> г .

36. Пат. 5515821 США: УПК* F01 У9/10 Опубя, 14 ГООО

30 Dtiiiiwäri А.г.О\ооя1(ов С.Б О по^азотбле роолода масла & ДВС ¡УДйигйГсПсСТроение. - 19Ö6 ~ N5 С. 54- 25.

32. ПпруллОи А.И. OoecnbiHviuGiiiio ¿оздуха. - О.' Строниздаг, 1SS1. - 296 с.

32, Покровский Г.Г1, АвтоиоОлльн^о тра»;торнЬ'>з центрифуги. ■-Ш. ¡30 тш из, 00<?. оЗ о.

40. Программа моделирования опежных тооьых погико*. 2РЖ ВИНИТИ Двигатели внутреннего огораип;!. - 1995. - № 0.33.12

41. Пучков В.П. и др. Баланс ооошшшкдцих расходи шел а на угар тракторного дизеля "Цеигателестроени*-. iQ91. -- ЫО

2, РинкеъИчюс В,С, диочюотшз клоков. ¿Под ред. S.A. Фабриканта. М. Ияд-eo МЭИ ''ОО' 30;"

ОЗ. Золь матеметичеиюги моделирования в разработке дпооо'влнО. //РЖ ¿иНИТИ Двигатели внутреннего nro?:»* h\*. - 1403 -0030,1

44, Овещинокий З.О. Расчет о~ • ^ и тщания го за с учетом reopv^ преняю^^цй /А «тг ейский гос. техн ун-т оц ИИ, Логунова & г. риз у л, 1440 - 6 с ™ Деп я 4000031 2- О. Oy 0:03о 99.

О Оударев А В. у^чруиунуого f ют ока п копьцавом канала. /гЭ< к :г' машиностроение .ОЗО

•j-Ъ ЗИУЮ^ОНКО ,3 43 . ЛИ^аОТГОО -4 4> ! O'XMOilС-Т !ООШОН'О' на ЭВМ задям газовой динамики. - Киев: Ноу* Дт-^л ол* уу

118

47 Гр->й№;> ц и ( , Р<а;-', КОДУ ТОШтВ И sViaC-ОЛ В г 7 , < Г > п « < , ^ *i Дба УпОпИЯ 00 ОДНОМ * ВОПРОСУ, //оООзНДОО'и-! И 73480770. - 1333. . ¡43 С.

43, Гогюоло»'ически* оесйс-тв* хромовых покрытий. З'РЖ ВИнЗЗ! И-.г¿ли внутреннего сгорания, - 1993 С.39.325.

43 Xdovoe ь.П. Что может конденсатор. //Л^о&обильная .-ipuivi-Oiij. -- 1333, — l-ч/З - С. 2о--2У.

50. Згкиижеоо;; G. eic valve and NvCyf-nder Hovv- Generalo/j by a Holioai 3uri in a rrociucuon Diese? Enqine. // Journal of FIuko 3no., 1987. №4, p. 368.

51. ЬО^ОРГМй^Пп h. vvöf ЛЬЧгГ M Di061 Г1. ' ' ' OM663 inU COfTHi'töibRöH-DkokteiOöpnizung fuer die - ■ ~ Klasse. TeH 1: ivk/iori<on&-irukiion und meohanisber Aufbau. ШТ2 ATZ 3orideraufgaciu - "333. S 72-76.

52. 33ii■?•;< vV. Neuer Siandari //KFZ-Betr. Ашотягй. -1933

- N9. - S, 92-131.

53 Diet-e? IVK3Tö3i D~3o, Ondystrialexpoo, RUKAREST. Riimse-cnsoobe Vbikorooobiik.

54. Зооог H VV. 3aoohek a.D. Die Biow-by-Messung

Anforderungen or;ri fote^r-nn^jpien. ЛШ7 Motorteohniscbe Zeitschrift. 59 {1933«

33 Зклдо 3. Co trained Flo«* s/rzm^ZBilonlHol Wire

Arw;riomevy for thi» oiudy of Ннои'егн »"tows. //Journal of bifido Eng,5 i960, №2. pp IM-'32

03 Оо:>л*оп к.33 оic Asymmetrie Flow In a Motored Red pmnafinrj Enning,. "Зну. \ оЗоз vol. 2, N*6: pp. 133-130.

57 Oos;Hi к; D:: joiioos Кo.H. Development of a Predlci.ive Tool tor uv3;33i3k; З^с. золото L.nOymos. //SAH Teehn. Pap 3er. 1978, 780315, pp 1-12.

119

5ü jäKof- s о "•» »1 * Iii < -г %j<í

Hl s * * ^ ~ if5!? i , ь","— р, 1-0

2л Колот " -лК-отлолт i.^ueíiSuáuer ues ¡Vknors. 2M IZ

Мо!ог1еплмР*слп 2-2x\ nníc 22 f 1991 > 5. S. 2л2

60. VvèHiHHj H.K. Li a 22- п-íüsa Aor'ítzyíifkier-Motcren roi t 2.0 unci -1.2 i Fuer ne лол . л-Ben;. 3--0азле. íiUTZ Mok^íeobnisote ZeiKKmi 52 11991 ! в. S Г; С " 2

01 VVylie 0 2 Sir*-. - , . Muliidimensional Fluid Transiente by b:í Шее work, ajournas о" Блд, Ш80. vus, 1C2 №2. op. 203-210

120 i Г ' У ¿ Í * \

ТРАНСМАШ

Открытое акционерное общество -холдинговая компания «Барнаултрансмаш> ия, 656037, г. Барнаул, пр. Калинина 28, ;графный «ТРАК», телетайп 233147, о внедрении резльтатов диссертационной работы Свещинского В, О, "Снижение расхода масла в двигателе внутреннего его рания путем совершенствования системы вентиляции картера,"

Настоящим актом подтверждается, что результаты диссертационной работы инженера Свещинского В.9. "Снижение расхода масла в двигателе внутреннего сгорания путем совершенствования системы вентиляции картера" используются в Центре технического развития ОАО ХК "Барнаултрансмаш" при проведении конструкторских работ по созданию и доводке газовых моторов 1Г8 и мотор-генераторных установок на их базе.

Работы выполнена в соответствии с планом акционерного общества по созданию газовых двигателей и энергетических установок. фон (3852) 77.20-13, факс (3852) 77-95-22

1С. 99 № 02к/М05 от

АКТ

Зм. 261—5300