автореферат диссертации по энергетическому, металлургическому и химическому машиностроению, 05.04.02, диссертация на тему:Совершенствование процесса смесеобразования в автомобильном дизеле с цилиндрической камерой сгорания

РГ6 од

' 'КАРЫШЕОШЛ ffiICTÍfOT ИШЕПЕРСО ШШЗНОДОРОЖОГО ТРАНСПОРТА

fía правах рукописи

EQPCRKCB Александр Ишшоевч

СЖВШШССЛТЮВАГОШ ПРОЦЕССА (ЖСВОБРАЗОШШНЯ

в автомобильном дшзлк о щшащричшшк

ШШЕРОЯ СГОРАШ'Л

. (05.04 02- тшшзвкэ дпнгатюу

Автореферат диссертации на сокеканно учезюй степени кандидата технических тар;

Харьков - 1883

РаОота шнолвена на кафедре "Двигатели внутреннего сгорания Харьковского Государственного автомобильно-дорожного технического университета ( ХГАДТУ ).

Научный руководитель - кандидат технических наук,

профессор Тимченко йГи.

Научный консультант - доктор технических наук,

доцент Шлдавский А. А.

Официальные эппоненты - доктор технических наук,

профессор Сахаревич Е Д. - кандидат технических наук Коколев А. А.

Ведущее предприятие - Головно* специалиэироранное

бюро по двигателям средней мощности ( ГСКЕД ) г. Харьков

Ваша состоится " чЮ» ^к-^ 1994 г. в часов

на заседании специализированного совета К 114.04.01 при Харьковском институте инженеров газлевнодорожного транспорта по • адресу:

310050,г. Харьков-50, пл. Фейербаха, 7, •

С диссертацией мояно ознакомится в библиотеке института инженеров тлеанодйрожиого транспорта.

'■ Автореферат разослан ". 1993 Г.

Ученый секретарь специализированного совета, кандидат технических наук

Пелепейченко В. И.

ОЕШДЯ ХДРАКГЕРКСТЙКА РЛБОТП

¿етушмгпеть теш. Проблема экономии топливных рёсурсов приобрела в настоящее время эгромное значение практически для всех индустриально развитых государству том числ^ и для Украины.

Одним из значительных потребителе* нефтяного и газового топлива является автомобильный транспорт,поэтом/ повышению экономичности его работы уделяется постоянное внимание.

Одним из основных направлений развития грузового автомобильного транспорта является его дизелизация. Применение дизелей вместо карбюраторных двигателей позволяет обеспечить знижение расхода топлива при грузовых перевозках до 30 %. Широкая дизелизация автомобильного транспорта,как магистральное направление, получает отражение в разрабатываемых национальных программах "Автомобильный транспорт Украины" и "Автомобилестроение Украины", з которых предусмотрено комплекс мер, по разработка новых типов дизелей с высокими удельными показателями "ля грузовых автомобилей, в том числе средней грузоподьемности.

Опыт транспортного дизелестроения показывает, что для получения высоких удельных показателей во всем диапазоне работы дизеля при требуемом уровне дымности необходимо совершенствовать рабочий процесс. К настоящему времени в мире накоплен значительный опыт в создании эффективных рабочих процессов в автомобильных дизелях. Однако достигнутые результаты, чаще всего , являются следствием значительных по обьеыу расчетно-экеперементальных работ, выполненных для конкретных дизелей и поэтому не позволяют однозначно, без дополнительных углубленных исследований, решать «задачу обеспечения высокоэффективного рабочего процесса в дизелях другой размерности, назначения, имеющих конструктиве отличия и особенности.

Возможность представления результатов исследования дизеля в виде аналитических зависимостей позволяет ставить задачу разработки эффективного рабочего процесса еще на стадии проектирования.

Работа выполнялась в соответствии о постановлениями ГКНТ СССР N 173 от 03.05.1979 и N 375 от 08. 09.1980 года и в рамках межвузовской научно-технической программы "Внсокоэкономиу * двигатели внутреннего сгорания и агрегаты г их базе на, 1986-19Р0 годы",утвермде:1НОй по МинР,7Зу УССР 05. 09. 1986 г.

Цель и вздачи исследования. Путем ош'имальшго сочетания конструктивных параметров камеры сгорания, распылителей форсунок и впускного какала, обеспечить максимальный индикаторный к. п. д. дизеля 6 Ч 10,5/12 при принятых ограничениях уровня температуры основных деталей и допустимой дымности отработавших газов.

Поставленная в работе цель достигалась путем решения следующих задач:

- выбора типа камеры сгорания и варьируемых параметров, оказывающих наибольшее влияние на процессы смесеобразования и сгорания опытного дизеля; определения, области их варьирования для проведения исследование;

- проведения многофакторного эксперемента по определению влияния варьируемых параметров на удельный индикаторный расход топлива и получение многопараметровых зависимостей для решения оптимизационной задачи;

- выбора и уточнения математических моделей, описывавших про-"екание процесса смесеобразования, распределение Топлива в обьеме камеры сгорания для анализа полученных эксперементальных данных и определения путей дальнейшего совершенствования рабочего процесса дизеля;

- разработки практических рекомендаций и проверки их эффективности на дизеле б Ч 10,5/12 .

Шучмая навязла. В результате экспериментально-расчетных исследований доказана возможность организации эффективного рабочего процесса в дизеле б Ч 10,5/12 с цилиндрической камерой сгорания в поршне,унифицированной с камерой сгорания для модификации с наддувом.

На основании обобщений современных положений теории двигателей внутреннего сгорания разработана математическая модель процесса смесеобразования, включавшая в себя как известные положения, так и новые методики, в частности:

- аналитическое описание поверхности и площади факела при взаимодействии с воздушным зарядом;

- зависимости,описывающие взаимодействие топливного факела с поверхностью камеры сгорания , координаты и плопедь пятна контакта факела со стенкой камеры сгорания;

-- расчетные зависимости для условия перехода от обьемного к пленочному испарению.

Сравнительный анализ экспериментальных и расчетных дачннх

озволяет устг новить связь между показателями процесса смесеоб--азования и индикаторным процессом дизеля.

Получена многофакторная регрессионная зависимость, позволя-щая оценить влияние на индикаторные показатели быстроходного втомобильного дизеля воздушного охлаждения с цилидрической ка-;ерой сгорания в поршне, диаметра камеры сгорания, высоты кон-акта' топливных струй со стенкой камеры сгорания, аффективного роходного сечения распыливаквдис отверстий и вихревого отношёния пускных каналов.

Щздтнеская ценность. Разработана методика и пакет программ :а ЭВМ расчета "процесса смесеобразования, позволяющие на стадии [роектирования производить оценку влияния конструктивных пара-етров дизеля на индикаторные показатели,используя коэффициенты месеобразования,сокращающие затраты времени и средств при проектировании и доводки дизелей.

Разработан для автомобильного дизеля б Ч 10,5/12 эффективней рабочий процесс со смещенной цилиндрической камерой сгорания i поршне, для 0суп5ествления которого предложено рациональное со-[етание констуктивных параметров камеры сгорания, проходных се-юний и направлений отверстий распылителя, вихревого отношения ¡пускных каналов головок цилиндров. Экспериментально доказано, по ..а дизеле б Ч 10,5/12, при рекомендуемой комплектации,обес-ючивается при Ре-92 кВт и n-2800 мин"' удельный эффективный рас-сод топлива b¡.- 239 ./(кВтч).что на 3-4 г/(кВтч) ниже ,чем предусмотрено техническим заданием на проектирование дизеля. Толучено снижение расхода топлива по сравнению с базовой моделью ta 2-4 г/(кВтч), и снижение дымности отработавших газов до 7 % зо всем диапазоне рабочих режимов,

Реализация результатов работ Предложенные в работе практические рекомендации по комплектации двигателя б Ч 10,5/12 приняты- К внедрению на ПО "Горьковскии автомобильный завод". Годовой' экономический эффект от внедрения предлагаемых разработок соста-зил в ценах 1985 года 494 тыс. рублей. Экономический эффект от знедрения программы "Факел" составил в ценах 1991 года 71,28 гыс. р^олей.

Кроме того, результаты работы, опытный отсек автомобильного цизеля 1 Ч 10,5/12 и развернутый стенд б Ч 10,5/12 применяются в учебном процессе в ХГАДТУ.

Апробация работы. Результаты работы докладывались на Всесо-

юэной' научно-технической конференции ''Повышение эффективное! исполнения автомобильного транспорта и автомобильных дорог в ус ловиях жаркого климата и высокогорных районах" (г. Ташкент 1982), на Всесоюзной научно-технической конференции "СоЕершенс твование тракторных конструкций" (г.Москва, 1985), на Всесоюзно научно-технической конференции "Перспективы развития комбинирс ванных двигателей внутреннего сгорания и двигателей новых схем на новых топливах" (г.Москва, 1987), на пятнадцатой научно-тех нической конференции молодых ученых и специалистов НАШ (г. Мэск ва, 1987), на научно-технических конференциях Харьковского не титута инженерез железнодорожного транспорта и Харьковског Государстве шого автомобильно-дорожного технического университе та ( 1983-1989 гг.),на Республиканской научно-технической конфе рендаи УЕНГО Машиностроителей (г.Харьков, 1991).

Публикации. Основные положения диссертации опубликованы 14 печатных и приравниваемых к ним работах.

Объем работ Диссертационная работа состоит из введения пяти глав,заключения,списка литературы,приложений;содержит 11 страниц основного текста, 49-рисушюв, 15-таблиц. Библиографи включает 174 наименованкл.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

' Во введшим обосновывается актуальность работы.

В нервов главе на Основании анализа работ, опубликованных отечественных ц зарубежных изданиях, патентной информации, опи сыващих особенности протекания рабочих процессов в автотрактор ных дизелях, близких по размерности к исследуемому, обосновыва ется создание высокоэффективного рабочего процесса с камера сгорания в'"поршне дизеля 8 Ч 10,5/12, за счет выбора ее рацио наяьных параметров в сочетании с подобранными к ней наилучшим параметрами впускного канала и распылителей форсунки топливно системы.

В базовом варианте дизеля 6 Ч 10,5/1Я без наддува применен камера сгорания типа "Пишингер", которая, обеспечивая ряд прей ■ муществ (достаточно низкий расход топлива, низкую жесткость ра боты дизеля. , низкий уровень шума и др.), имеет и существенны недостатки. Основным из них является невозможность форсировани дизеля наддувом по мощности более, чем. на 20 Z из-sa значитель

иого роста теишрш'ур цилиндре-шршнеяой группы, что ивлиетси серьезным препятствием на пути унификации камер сгорания, а, следовательно, и реализуемого в них рабочего процесса.

Возможность организации рабочего процесса в цилиндрической смещенной по отношению к оси' цилиндра камере сгорания, однотипной с принятой для наддувного варианта позволила бы унифицировать не толькл способы осуществления рабочих процессов в дизелях семейства 6 Ч 10,5/12 и 6 ЧН 10,5/12, что само по себе экономически целесообразно, но и ряд систем двигателя , что з сумме даст значительный экономический эффект в условиях крупносерийного производства.

Наибольшее распространение в автотракторных дизелях полу- -чили цилиндрические камеры сгорания в поршне. • " .

Поэтому для исследования принята цилиндрическая камера сгорания в поршне с отношением <1кс / р «0,4-0,? и плоским днищем, смещенная из-за эксцентрично расположенной форсунки.

Анализ показал, что для обеспечения эффективного смесеобразования в дизелях с цилиндрической камерой сгорания в поршне требуется обеспечить, направленное движение воздушного заряда определенной интенсивности.

Учитывая отмеченное, 'в работе к исследованию принят винтовой .санал, обеспечивающий изменение вихревого отношения в диапазоне л -0,6-1,0 (методика ГАЗ) или £2 -3,3-5,1 (методика ЯМЗ-МАДИ).

. Для принятого типа камеры сгорания я впускного канала обычно используются многоднрчатые распылители закрытого типа. По результатам анализа литературных данных и предварительных испытаний, для исследования приняты четырехдырчатые распылители с . различными значениями эффективных проходных сечений ( ^¿у =0,14-0,22 мм* ), оси которых в плане делят камеру сгорания на 'равные части. ' Но положению условного контакта факела распыленного топлива оо стенкой камеры сгорания принятые к исследованию варианты перекрывали практически всю высоту камеры сгорания в поршне.

Во второй главе приводится описание экспериментальных установок п методик,принятых при эксперим1 нтальных исследованиях, выбор и обоснование для экспериментальных исследований,варьируемых конструктивных параметров.

Экспериментальные исследования проводились на одноцилиндровом отсеке 14 10,5/12, оборудованном автономными системами авто-

магического регулирования температуры масла и воздуха. Отсек был оснащен контрольно-измерительной аппаратурой согласно ГОСТ 14846 -81. Индицирование двигателя осуществлялось электропневматичес-кйм. стробоскопическим индикатором . Для регистрации одиночных индикаторных диаграмм, процессов топливоподачи и подъема иглы форсунки применялась осциллографическая аппаратура,включавшая тенэодатчики давлений и индуктивные датчики подъема иглы форсунки. Для измерения температур деталей цилиндро -поршневой группы двигателя использовались хромель-копелевые и хромель-алюминиевые термопары. Дымность отработавших газов измерялась дымомером "БОШ".

Эксг.ер"ментальные исследования включала в себя проведение дополнительных исследований на безмоторных стендах и установках: стенде для испытаний ТНВД; стенде^ для определения величины эффективного проходного сёчения распылителей; стенде для лроливки топливпроьодов высокого давления; установке для* определения направления осей распиливающих отверстий; стенде для проверки давления подьема иглы форсунки; стенде для- статической продувки головок цилиндров.

Оценка механических потерь производилась по данным прокручивания дизеля от постороннего источника. При этом определялось среднее давление механических потерь и среднее давление насосных ходов. Кроме того, определялось среднее давление насосных ходов на работающем дизеле. Полученные величины являлись исходными для определения среднего индикаторного давления.

Для проверки адекватности применяемых* математических моделей смесеобразования дополнительно были проведены эксперименты по качественной-оценке картины движения воздуха-в опытных камерах сгррания и взаимодействию с ним топливных факелов. Применялись методы, основанные на использовании красящего вещества. Для получения картины движения, воздуха краситель,наносился на днище поршня и камеры сгорания и после прокрутки производилось фотографирование отцечатког. Для изучения взаимодействия топливного факела с воздушным потоком-и со стенкой кьмеры сгорания эксперименты проводились путем введения в топливо красящего вещества к работы дизеля с этой смесью на исследуемом режиме. Оценка производилась путем обработки подученных фотоотпечатков.

Обработка опытных результатов проводилась по стандартные методикам, с оценкой, погрешностей измерения. (

При аналиое параметров рабочего процесса.,включая определе-ше кривых тепловыделения, использовал&сь иетодика проф. Маца 3. Э.

На основании анализа целесообразных пределов варьирования циаыетра камер сгорания с учетом требований методов ШЭ для эксперимента были приняты три варианта этого параметра ( dKC / D - ■ 3,51;0,56;0,61 ) со смещением их оси относительно оси цилиндра соответственно на 9,5',7>0;4,6 мм. Глубина камер сгорания устанавливалась из условия обеспечения.постоянства степени сжатия В -16,5.

Для каждой камеры сгорания были спроектированы и изготовлены четырехдырчатые распылители, которые обеспечивали равномерное распределение струй в плане галйой камеры.сгорания. Их диаметры были, равны' dp -0,25;0,3;0,35 мм, что соответствовало изменению эффективных проходных сечений jnfp -0,14, 0,18, 0,22 мм2, а высота условного контакта оси. факела соответствовала с 8, 12 и 16 мм, отсчитанной по высоте стенки камеры сгорания,

' Для исследований были приняты три барианта значений вихревого отношения впускных каналов головок цилиндров SI.-0, б"; 0,8; 1,0, что обеспечивало требуемый диапазон изменения скорости воздушного потока. .

В'качестве, функции отклика был принят удельный индикаторный расход топлива- bt , Для исследования бил выбран план, обеспечи-вахвдий достаточную точность аппроксимации принятых'показателей. Эффективности • плана по D -критерию составила -0,96. План составлялся на ткех уровнях для четырех факторов. Для проверки достоверности получаемых результатов для каждого сочетания- факторов снимались нагрузочные характеристики.

В качестве ограничительных параметров принималась температура головки цилиндров ttl4 -300° С.

.Результаты экспериментального- исследования обрабатывались . при постоянном значении среднего индикаторного давления которое не включалось в-число варьируемых, параметров.

Применение методов математического планирования эксперимента позволили обработать полученные экспериментальные данные в виде полиномов второй степени, например, д !Я индикаторного расхода ■ топлиБа: . .

Ь.= 203,2 +25,56d«c +22,7352 +12,77 jnfp -17,S4hp+0,979dKc<a2 + + -l,673d^chP+ 8.485Л^-5,45652 h?.-'•

, - 1, ЗбЗр\Гр Ьр+23,95dKC -1,983 Çl +6,517jn(p +i 83hp

Модель проверена.на адекватность и воспризводимость,

В третьей главе описана математическая модель и методика сравнительной'оценки влияния эффективности процесса смесеобразования на показатели работы дизеля с цилиндрической смещенной камерой сгорания в поршне, основанные на расчете процеса испарения и макрораспределения паров топлива в обьеме камеры сгорания. В качестве оценочных приняты показатели смесеобразования, предложенные Майе ром Я. М., Копыловым М. Л., Тимченко И. И. Для момента окончания второй (взрывной) фазы сгорания -принят местный коэффициент избытка воздуха оГч . характеризующий жесткость работы чизеля; для момента завершения сгорания,коэффициент использования объема камеры сгорания с¿V , позволяющий оценить экономичность рабочего процесса: i х

,■•_■ Gt.tri' _ fc-Xi-.faL , ■ £_\U

где: Gb. cr^.Gß. нб.; - количество возд:*ха, пошедшего ц необходимого для сгорания паров топлива в рассматриваемый момент времени;

Vijji.Vm- суммарный обьем факелов распыленного топлива и его паров , и обьем цилиндра в рассматриваемый момент времени.

Для оценки эффективности протекания,РП значения и aCv оценивались в двух характерных точках: в конце взрывного сгорания (о£ну и oCvy ) .по их значениям оценивалась жесткость работ! дизелями при tp » 50вп. к.в. после БШ1 («¿лла и ). По данньв ряда исследований окончание сгорания топлива к этому моменту ■ близкое к оптимальному значению, а d*so линейно связано с , устанавливаемого по кривым тепловыделения.

В связи с тем, что для вычисления показателей смесеобразования необходимо знать количество паров топлива, содержащегося : камере сгорания и количество воздуха,. находящегося в облает размещения паров в соответствующие моменты времени, общая рас четная модель должна включать в себя частные методики, описываю щие динамику впрыскивания топлива и его распиливание; движени воздуха,. формирование факела распыленного топлива, движение ег в поле переменной, скорости; нагрев и испарение жидкого топлива макрораспределение паров топлива в обьеме камеры сгорания.

В основу частных методик были положены результаты исследс ваний отмеченных -процессов и явлений, изложенные в работах Ль шевекого А. С. , Вырубова Д. И. , Свиридова Ю. Б. , РазлейцеЕа Е Ф. Temple-Pediar>i .Tamyra,ElWotb И Др.

Il -

Каждый из перечисленных вышз процессов описывается акалити-' ческими зависимостями, в которые входят в том числе конструктивные параметры дизеля, топливной аппаратуры (размеры и- форма камеры сгорания, степень сжатия и надпоршневой зазор, размеры.и положение впускного канала, углов распиливающих отверстий и их количество, Давление и продолжительность впрыскивания топлива и ДР.). . •

Для расчетного исследования факела распыленного топлива, применена фиэико-математическая модель, описанная в работах . Свиридова Ю. Б., Разлейцела И. Ф. и. др., как наиболее согласующаяся с результатами опытных исследований. В модели принято, что. дальнобойность факела распыленного топлива определяется осевой частью струи, внутри которой капли чоплива' движутся по прямолинейным траекториям. При выходе капель топлива в головную, часть факела они тормозятся и оттесняются на перефярию. Для оценки параметров топливного факела (дальнобойности, мелкости распыли- • вания) приняты зависимости, предложенные Лышевским А. С. ,с уточнениями сделанными в работах Тимченко И. И. показателями при симплексах и комплексах, для двигателей и условий, близких к исследуемым.

На первом этапе расчет процесса испарения капель топлива ведется для двух качественно различных стадий: вынужденной конвекции и диффузионного горения, наличие каждой из которых оценивалось по величине относительной скорости движения капель топлива. По принятой методике определялась доля испарившегося топлива за любой промежуток времени в условиях обьемного смесеобразования..

Для исследования принята пространственная модель движения воздушного заряда в камере сгорания.

Для описания поверхности топливного факела при перемещении его в обьеме камеры сгорания автором получена следующая зависимость:

R(t)-r(t)+jj (t)(n cos у + fisiny), где: r(t) - вектор, берущий начало в центре срезд сопла распылителя и идущий к i -ой- точке, лежащей на траектории топливного факёла; j> (t) - вектор, берущий начало в i-ой- точке,лежащей на траектории топливного факела и описывающий окружность в плоскости, нормальной к траектории; п - вектор нормали; - вектор бинормали; (р - угол'изменения вектора j5(t) в нор-

мальной плоскости.

При выводе зависимости принято,что на расстоянии £ от сопла распылителя диаметр основания конуса факела в нормальной (по отношению к траектории) плоскости равен диаметру основания прямого кругового конуса с высотой I ;. при равенстве векторов скоростей топлива и воздуха капли топлива увлекаются воздухом в направлении и со скоростью его движения, а поверхность топливного факела определяется как для бесконечного цилиндра.

Второй этап расчета начинается по достижении топливным факелом стенки камеры сгорания. Расчет продолжается для условий пленочного смесеобразования" и ведется по эквивалентному слою топливной пленки или капле как в условиях вынужденной конвенции, так и диффузионного горения. Количество топлива, попавшего на стенку, определяется с учетом количества топлива, испарившегося в обьеме. - ьот,

фи соударении конуса распылу с поверхностью

камеры ■ сгорания образуется пятно контакта. Размерь^ площадь и координаты топливного отпечатка в работе определяется с использованием I? -функции: ' V , Ротп - 6(илркс, где: отп - площадь пятна котакта; {?( Ь)' -поверхность топливного факела; : Т кс - поверхность 1<амеры сгорания.

КоныЬкция поверхностей камеры сгорания и топливного факела определяет размеры пятна.контакта •

. Поверхность цилиндрической камеры сгорания записывается как кояьюкцяя диаьюнкций двух бесконечных цилиндров и двух перпендикулярных плоскостей, секущих эти цилиндры: - ((Ркс-х'-уЪи^ту'-рц IV цнйе -х*-у2)л Л £2 (1жс-г)3>л [(х^^-йЬ ) л гг 3 - О, где:- х, у, г-координаты точек, лежащих на поверхности камеры сгорания; Нц -радиус цилиндра; Икс -радиус камеры сгорания; 1жс-высотг камеры сгорания.

Для опеределения количества топлива, ос<. лдего на стенки камеры сгорания, введен критерий плотности:

Кор- ё* Ркп / Ротп, где: Ркп - площадь единичной капли после соударения со стен кой.

При Кор > 1 возникает сплошная пленка,при Кор < 1 возникают отдельные группы капель. В зависимости от скорости соударения,

температур капли и стенки камеры сгорания, температуры и дав-4 яения газов в цилиндре наблюдаются различные механизмы взаимодействия топлива со стенкой; на стенке ¡«амеры сгорания образуется сплошная пленка или оседают отдельные капли, .либо капли топлива отражаются от стенки и испаряются в объеме.

Снос паров топлива, испарившегося со стенки рассчитывается по траекториям движущегося воздуха до момента воспламенения. После воспламенения принимается, что пары сгорают в месте их образования. Полный обьем горючей смеси до начала горения в каждый момент времени состоит из обьема распыленного топлива и обьема снесенных, паров.

Предлагаемая модель процесса смесеобразования и составленная по ней программа расчета на ЭВМ позволяют -решать следующие задачи; оценить макрораспределение топлива в обьеме камеры сгорания за период смесеобразования, оценить концентрационную неоднородность паров топлива.па обьему камеры сгорания, оценить количество топлива, испаряющегося в обьеме и со стенки камеры сгорания," время, испарения впрыснутой порции топлива,а так же увязать изменение конструктивных параметров дизеля с изменением физической картины процесса смесеобразования при помощи показателей смесеобразования.

В четвертой главе анализируются результаты исследования рабочего процесса опытного дизеля, которые включают в себя анализ полученных на одноцилиндровой установке экспериментальных данных и данных расчетного исследования величин Хс , с(м,сС* и др и их связей с показателями' работы дизеля.

Результаты экспериментального исследования показали, что в рассматриваемом дизеле возможно организовать эффективный рабочий процесс в цилиндрической смененной камере сгорания с плоским днищем в поршне, не уступающий по экономичности и экологическим показателям рабочему процессу в базовой камере типа "Пйшингер"и техническому, заданию- завода на проектирование .дизеля.

Опытные данные были представлены в виде полиномов второй степени, которые исследовались на экстремум. Минимизация функции проводилась методом "перебора" по имеющимся стандартным программам. ■ • ■

Проведенная 'оптимизация позволила получить. зависимости как для оценки взаимного влияния факторов на фунздию отклика, так и. ■для оценки влияния каждого из них.

Лучшие показатели! по Экономичности получены для камеры сгорания с .с^- для всех комплектаций остальных.варьируемых параметров.

Абсолютно лучшие результаты для этой камеры сгорания достигнуты в комплектации с головкой цилиндров, винтовой канал ко-; торой обеспечивал 52 -0,6 и с'распылителем с эффективным проходным сечением мм1(с)рлпР-0,3 мм* 4) и - 11 мм.

Распылители со значением в диапазоне 0,18-0,22 мм2

обеспечивали близкие показатели по экономичности.

Анализ результатов оптимизации показа \ что при всех исследованных направлениях осей топливных факелов оптимально? вначе-ние соответствует условному контакту со стенкой камеры сгорания в Диапазоне (0,45-0,48) Ир при положении порция в ВМТ.

' Анализ кривых тепловыделения в целом подтверждает правильность установления оптимальной комплектации варьируемых конструктивных параметров дизеля для исследуемой области варьирования.' Для этого случая кривая X; -Г( ) имеет крутой передний фронт и минимальную продолжительность по 1р*.г.

Результаты анализа макрораспределения топлива по камере сгорания подтверждают,что наилучшей комплектации варьируемых параметров отвечает более полное вовлечение воздуха камеры сгорания в процессы смесеобразования и сгорания.

Объяснение механизма формирования этих результатов и пути их улучшения стало возможным при анализе установленная связей -принятых показателей смесеобразования ( сСп и<£« ) с конструктивными параметрами дизеля с одной стороны и показателями рабочего процесса (дР /лц), , Ь;. ) с другой.

Результаты полученные а. работе подтверждают линейную связь между окончанием сгорания ф*.<- и показателем об*», что подчеркивает информативность этого показателя.

В связи с тем,что лимитирующее влияние на смесеобразование в этот период оказывает испарение топлива в условиях диффузионно го сгорания,можно использовать суш,ествовующу1и связь мекду и показателем экономичности дизеля 6- .установленную ранее в рабо тах Майера Я М., Тимченко К. И.

Зависимость АрмД,- £ (</>/ъо /Л\иащ,п) .которая подтверждает линейную взаимосвязь этих показателей и свидетельствует о возможности оценки процесса сгорания по принятым показателя»! смесеобразования {c/Cиso шХупо).

Существование такой устойчивой обобщающей зависимости для дизелей данного класса позволяет не только оценить наибольшее значение показателя oCvso,k которому нужно стремиться для обеспечения эффективного процесса сгорания, но и косвенно оценить достижимый уровень индикаторных показателей дизеля.

В пятой главе приводятся результаты проверки рекомендаций, данных на основании комплексного исследования одноцилиндрового дизеля, на полноразмерном дизеле 64 10,5/12.

Оценка производилась по нагрузочным характеристикам при п- 2800, 2400, 1600 и 12п0 мин*1.

Комплектация полноразмерного дизеля соответствовала данным оптимизации. При испытании дизеля б Ч 10,5/12 был обеспечен на номинальном режиме работы (Ре - 92 кЗт при'п «2800 мин"' ) удельный эффективный расход топлива é; -239 г/(кВтч)- при дымность 38 %.

Расход топлива на номинальном режиме был снижен на 3-4 г/СкВгч) по сравнению с заданным по техническому заданию. Дымность снижена на 7 %.

На частичных режимах при п -1200, 1600 мин"' был достигнут минимальный эффективный расход топлива 6;-220-222 г/(кЕтч), что на 2-4 г/(кВгч) меньше, чем у базового дизеля и чем предусмотрено техническим заданием.

Результаты исследования на развернутом дизеле подтверждает' результаты, полученные, на одноцилиндровой установке дизеля 14 10,5/12.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДИ

1. Разработана и апробирована"для автомобильного дизеля 6 Ч 10,5/12 открытая цилиндрическая камера сгорания в поршне, унифицированная с камерой сгорания для модификации дизеля с газотурбинным наддувом, которая обеспечивает более высокие технико-зко-номические и экологические (по дымности ОГ) показатели работы по сравнению с базовым вариантом камеры сгорания типа"Пишингер". На режиме номинальной мощности Ре-92 кВт при п=2800 мин" обеспечивается : удельный эффективный расход топлива Ь;.--239 г/(кВтч) и дымность ОГ К-38 X, что соответственно на 3-4 г/(кВгч) и на 7 %

ниже,чем у базового варианта дизеля. Получено снижение расхода топлива по сгазнению с базовой моделью на'2-4 г/(кВтч), и снижение дымности отработавших газов до 7 % во всем диапазоне рабочих , режимов.

2. Для обеспечения этих показателей работы по результатам проведенной оптимизации для дизеля 6 Ч 10,5/12 заводу, рекомендованы следующие величины варьируемых параметров: dKC -О,'54 мм,Sí -0,6, jní¡> -0,2 ш1, hf-11 ш.

3. Ib результатам расчетно-экспериментального исследования с применением методов КШЭ и последующей оптимизацией многопара-метрових зависимостей,связывающих удельный индикаторный расход топлива с варьируемыми параметрами,установлено, что высота условного контакта оси топливного факела с образующей камеры сгорания (0,45-0,48) )> и четырехдырчатый распылитель с jnff-0,2мм* оптимальны для всех диаметров, варьируемых камер сгорания. Ясполь-вование ТНВД с dn»/tw -8,5/10 обеспечивает-лучшие индикаторные показатели с камерой сгорания d«.-54 мм. Дальнейшее уменьшение диаметра камеры сгорания приводит к повышению теплонапряженности поршня.' С увеличением диаметра камеры сгорания,при неизменном

. количестве распиливающих отверстий, требуется повышенное значение вихревого отношения впускных каналов. Применение методов ШЭ позволило установить закономерности между варьируемыми конструк-■ тивными параметрами и удельным индикаторным расходом ■ топлива, и оценить влияние каждого параметра на эту функцию.

. 4. На основании общих теоретических положений и проведенных ранее экспериментов уточнена и дополнена математическая модель смесеобразования,позволяющая оценить макрораопределение топлива-в объеме цилиндрической камеры сгорания и связать показатели, принятые для оценки смесеобразования, с конструктивными параметрами дизеля с одной стороны и индикаторными показателями рабоче-• го' процесса с другой. В частности вперые в модель введены:

- аналитическде описание поверхности и площади факела при взаимодействии с воздушным зарядом;

- зависимости,описывающие взаимодействие топливного факела. с поверхностью камеры сгорания , координаты и площадь пятна контакта факела со стеккой камеры сгорания;

- расчетные зависимости для условия перехода от объемного к . пленочному испарению.

5. Оценка макрораспределения топлива в объеме камеры сгора-

шя и уровня техкико-экономических показателей работы дизеля по методике проф. Маца 3.3. показали, что путем дальнейшего совер-иенотвования рабочего процесса возможно существенное их повышение; намечены направления такой оптимизации.

6. Предложенные в работе практические рекомендации по комп-аектации двигателя б Ч 10,5/12 с цилиндрической камерой сгорания а поршне приняты к внедрению на ПО . "Горьковский автомобильный завод".Годовой экономический эффект от внедрения предлагаемых разработок составил на 1985 год 404 тыс. рублей. Экономический эф-îieKT от внедрения программы "Факел" составил на 1991 год 71,29 гыс. рублей в год.

Основные положения диссертации опубликованы в работах:

1. Тимченко И. И. .Воронков А,И. № год оптимизации показателей работы быстроходного дизеля с обьемно-пленочным смесеобразованием. //Тезисы докл. ВНТК/ТАДИ. Ташкент. -1982. -С. 34 - 35.

2.. Воронков А. И. .Тимченко И. И. Расчетная модель определения показателей процесса смесеобразования в быстроходных дизелях. // Тезисы докладов ВНТК/НАТИ. -М. -1985; -С. 11-12.

3. Сахаревич С. Е .Жадан П. К .Воронков А. И. .Тимченко И. И. Результаты доводки рабочего процесса высокооборотного дизеля воздушного охлаждения. //Тезисы докл. ВНТК/НАТИ. -М. -1985. -С. 40-41.

4. Тимченко К. It, Жадан П. В,, Воронков А. И. и др. Исследование и оптимизация рабочих процессов транспортных двигателей. /Отчет о госбюджетной научно-исследовательской работе за 1981-1985 годы. N гос. per. 01829053710. Инв, fi 0285. а 076182. ЩИ. -Харьков. -Î935. -227 с.

5. Тимченко И. И. .Харченко А. И. .Воронков А. И. и др. Исследование рабочего процесса ,тешгонапряженности и систем газотурбинного наддува дизеля ГАЗ 542, с целью повышения его мощности, экономичности и надежности при работе о наддувом. /Отчет по НИР, гос. per. N 80023300, инв. N 0285.0.082405.-Харьков.-1985.-276 с.

6. Воронков А. И., Пархоменко Н. Д. /Сахаревич 0. В. Совершенствование рабочего процесса дизеля ГАЗ-542.//Тезисы докладов ВНТК /МВТУ - М.-1987.-С. 90-91.

7. Взронков А. И.■»Сахаревич С. В. .Тимченко И. И. Оценка возможности форсирования дизеля ГАЗ-542. //Тезисы докладов ЕНГК/МВТУ. -М. -1987. -С. 37.

8. Сахаревич C.B. .Тимченко И. И. .Воронков А. И. .Пархоменко Н. Я. , Куракин П. А.. Организация параметров рабочего процесса дизеля

ГАЗ 542, форсированного наддувом. /Харьк. ш-та шт. х д. граней -Харьков, - 1987.- С. 143 -144. Деп. в 1ЩИИТЗИТЯШШ 11.08.87. N 1852. -ТМ 87.

9. Тимченко И. II , Харчэнко А. И., Еоронков А. II и др. Исследование и доводка рабочего процесса,теплонапряженности и систем газотурбинного наддува дизеля ГАЗ 542,с целью повышения его мощности, экономичности, надежности при работе с наддувом./Отчет по НИР,гос. рег. N 01840084038,инв. N 0287. 0.076192.-ХЩ. -Харьков. -1987.-332 с.

10. Воронков А. И., Тимченко И. И., яидак II В., Пархоменко Е Д. Организация рабочего процесса в быстроходном в ^томобильном дизеле без наддува с цилиндрической камерой сгорания. // ХАДИ. -Харьков,1989,N 9.-103 е.. Деп. в ЦНШГГЭИавтопром 24. 02.89. 1834- ап. 89.

11. Воронков А. И. .Тимченко И. И.,Пархоменко Е Д. Исследование рабочего процесса автомобильного дизеля ГАЗ-542 с цилиндрическо* камерой сгорания в поршне. //ХАМ -Харьков, 1989,N 9. -97 с. Деп. I ЩШТЗИавтопром £4.02.89. ,М 1835 -<>ап'89.

12. Воронков А. И. «Жадан Е Е .Седоволосый 0. Е Повышение экономичности быстроходного дизеля 64 10,5/12-путем улучшения организации рабочего процесса. //Тезисы докладов РНГК УВНТО Машиностроителей.- Харьков. -1991. -С. 23-24. -

13. Тимченко И.И.,Муадобаев ЕР. .Воронков А. Е Математическа модель смесеобразования в дизелях с непосредственным впрыском. /. Тезисы докладов РНТК/УВНГО Машиностроителей.-Харьков.-1991.-С. 3 -35.

14. Воронков А. И. , Ямподьский А. Л. Определение поверхности факела распыленного топлива в цилиндре диэеля//Сб. ДВС. -Харьков. Вища школа.-1990. - N 52. -0. 24-28. П

Г