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

* ч

алтаискии государственный техническим университет ч им. и.и.п0лзун0ва

На правах рукописи УДК 621-43:055, 056, 013.6, 016.4, 068(043.3)

бургсдорф эрнест иосифович

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ СИСТЕМ СМЕСЕОбРАЗОВАНИЯ И СГОРАНИЯ БЫСТРОХОДНЫХ ДИЗЕЛЕМ

Специальность 05.04.02 - Тепловые двигатели

Диссертация

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

Барнаул - 1993г

Работа выполнена на АО Барйаултрансмат и кафедре ДЕС АлтГТУ им.И.И.Ползунова

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

к.т.н. Толотов.В.Т.

ВЕДУЩАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ: АО Алтайдизе ль.

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

Защита состоится 8 октября 1933 года

на заседании специализированного совета К064.29.04 при Алтайской Государственном техническом университете им.И.И.Ползунова по адресу:656099,г.Барнаул,пр.Ленина,46, АлтГТУ, конференцзал.

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

Отзыв на диссертацию в двух екзоыплярах, заверенные печать«), просим направлять по адресу: 656099,г.Барнаул,пр.Лвнина 46, ученому секретарю совета к.т.н.доценту Синицыну В.А.

Ученый секретарь

специализированного совета К064.Й9.04

к.т.н. доцент В.А.Синицын

1.Общая характеристика работы

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

- устранение случаев эрозионного повреждения поверхностей камер сгорания;

- расширение номенклатуры используемых тошшв (многотоплив-ность);

- улучшение мощностных и экономических параметров;

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

Актуальность работ.

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

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

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

Цель работ.

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

2. Разработка и введение в производство решений, позволяющих использовать в дизелях Ч 15/15 резервные топлива

(авиационные керосины и автомобильные бензины);

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

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

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

Научная новизна«

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

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

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

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

3 С

Практическая ценность работ.

1.По результатам работ внедрены в опытное и серийное производства способы обеспечения работы дизелей Ч 15/15 на резервных топливах с использованием химических, регуляторов гороштя, новые микрокаморы сгорания.

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

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

4.При испытаниях дизелей и их проектировании используются разработанные Иетс5дик:--й'\',прогнозирования параметров и оценки результатов испытаний с учетом цилиндровой неравномерности работы и изменяющихся внешних условий.

5. Автор настоящего доклада руководил и принимал непосредственное участие:

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

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

в исследовании причин и разработке мероприятий, снижающих вероятность эрозионного повреждения головок цилиндров в экстремальных условиях;

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

Апробация и публикации.

Основные результаты робот изложены п технических отчетах АО Барнаултрансмаш. Оформлено более £3 тохнмчоских отче тов и методик исследований и испытаний, включая 12 работ, выполненных автором. Остальные - по методическим разработкам и при участии автора.

Новизна технических решений подтверждена 20 авторскими сьидетельстьами, из которых 10 - непосредственно гю вопросам, освещенным в докладе.

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

Автор выражает искреннюю признательность специалистам, сотрудникам ЦКБ и экспериментального цеха АО Барнаултрансмаш, кафедры ДВС АГТУ, сиьместнаи работа и творческое общение с которыми способствовали выполнению поставленных задач.

2.Основное содержание работ

2.1 Исследование фяктороп, определяпцих эрозионное повреждение поверхностей: камор сгорания головок цилиндров.

2.1.1 Состояние проблемы и обоснование целей работ.

В ходе отряботетт вопросов многотоплявности дизелей Ч 15/15, при ..члптэлыпга. стендовых испытаниях па дизельном топливе с цетановыми числами 40, а также испытаниях с имитацией условий высокогорья и низких отрицательных температур воздуха на впуске отмечались случаи эрозионного повреждения (ЭП) центральной части поверхности камеры сгорания (КС) головок цилиндров. Длительная работа на определенных режимах приводила к развитию ЭП вглубь КС, что могло привести к выходу дизеля из строя.В связи с этим, разработка мероприятий, направленных на устранение ЭП являлось весьма актуальной.

Ко времени появления проблемы и до настоящего момента в дизелестроении подобных явлений не отмечалось, сообщений об исследованиях ЭП в дизелях _ практически не публиковалось. Работа по исследованию ЭП и факторов его вызывающих являлись пионерными.

Целями работ являлись:

а) Идентификация факторов, вызывающих ЭП.

б) Определение зависимости этих факторов от конструктивных, регулировочных параметров дизеля и условий эксплуатации.

в) Поиск и отработка мероприятий, направленных на устранение явления.

2.1.2 Идентификация факторов.

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

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

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

Отмечено, что частота ВЧ колебаний составляет 5___7Кгц,

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

Было установлено, что максимальная амплитуда ВЧ колебаний и характеристики биений (разница амплитуд в "горбах" и "талиях" би5ний) закономерно изменяются в функции цетанового числа топлива, угла опережения подачи топлива, разрежения на впуске и др. При этом, указанный параметр биений хорошо коррелирует с величиной амплитуда ВЧ колебаний. Зависимость параметров биений (А) от МАР^, приведена на рис.2. На рис.З-вероятность биений (А) в функции МЛР,,.

Результаты обработки массивов осциллограмм и их сопоставление с объемом унесенного »розией металла головки впервые показали,что появление ЭП и скорость его нарастания хорошо коррелирует со среднестатистической величиной относительной

АГй ----

амплитуды ВЧ колебаний - - или МЛРа. В дальнейшем

Ря

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

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

АР™,,,, и ЛР„. Аналогичное рассеивание

.LillklA. ¿jIMiiX ¿J

теплодинамических параметров сгорания характерно для всех типов поршневых ДВС независимо от способа смесеобразования и сгорания. Процессы стохастического сгорания в двигателях с воспламенением от искры исследованы достаточно всесторонне, а что касается дизелей - исследования носят единичный характер. В работах И.В.Болдырева, Т.Н.Смирновой по исследованию дизеля Ч 15/15 на бензине А-72 подтверждено, что распределение цикловых значений Р^щах подчинится нормальному закону рассеивания. Отмечено существенное увеличение рассеивания ^„„.^ гири переходе на бензин.

В связи с зависимостью ЭП от величины APZ нами было проведено дополнительное исследование параметров распределения ДГ„, Р„_,„_ от 114 топлива и регулировок дизеля.

¿1 ¿Л1к1Л

Исследованиями установлено:

- величина А Р„ подчиняется нормальному закону распределения и характеризуется среднецикловым значением мл р_

¿1

и среднеквадратичным отклонением SAP„;

и

■ Статистические характеристики распределения зависят от IH топлива.При отом, изменение ЦЧ от 54 до 41 приводит к небольшому росту МР_, SF„, МАР_ и SAP„.Переход на

/j о о ¿j

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

Пикловое рассеивание р„ и др„ определяется изменением

¿J о

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

В связи с изложенным, в наших исследованиях мы пользовались интегральной характеристикой - периодом задержки сг мовоспламенения - Тр Обработка статистического материала по: волила получить эмпирические зависимости:

где:

Кр2 = 0.95*1 СГ4*е0-8*104*г( (3)

'кЛр2=0.54^10-4^0-872*1°4"( и,

Графическая зависимость К от 1^ приведена на рис.5.

В связи с тем, что индикаторный период задержки самовоспламенения является функцией частоты вращения, параметров воздуха на впуске, угла начала подачи теплина и др., полученные зависимости позволила прогнозировать изменения теплодинамических параметров сгорания в зависимости от конструктивах, регулировочных факторов, условий оксплуата ции.

Наши работы показали, что граничным значением МДГ2, при котором появляются первые очаги ЭП является МДРг;--0.4 на частоте вращешш П - ЙСОО I мин. На Оилве низких частотах граничная величина критерия возрастает.

Зависимость времени работы дизеля на данном режиме до появления [)П определяется величиной МАрс и напоминает кривую усталостной прочности Беллера. ( Гис.П)

Влияния ЗДР2 на появление и • развитие ЭП не выявлено.

2.1.3 Физика явлении.

Акустический анализ камеры сгорания дизеля Ч 1Ь/15 с допущением, что она заполнена однородным газом с постоям-

ними гто объему параметрам^ что мало отклоняется от действительной картины перед впрыском топлива и в его начальной фазе, показывает:

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

/.. длина ьолны).

б) Колебания возбуждаются локальным подводом тепловой энергии 1гри самовоспламенении топлива.

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

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

о

г2 ^ о.5 Т = С- (--+ - ) (5)

2 2 (2Ьк) (2Ик)

Где: С-постояннай;

Е-порядок г армоники; а^-эмпирический коэффициент; Ь^-длина камеры сгорания; П^-радиус камеры сгорания.

Для средней температуры газов в цилиндре 1700...2300

д

град.К собственные частоты колебаний соствляют для радиальных и тангенциальных колебаний -5...7Кгц, для осевых-

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

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

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

б) после начала впрыскивания вершины факелов тошшва проникают в объем КС, а в их оболочках формируются очаги самовоспламенения . Согласно исследованиям ИТГШ СО All часть топлива образует торообразный объем вблизи распылителя. В связи с температурной неоднородностью воздушного заряда в КС, градиентами температур поверхностей и др. скорость образования промежуточных продуктов в локальных объемах

.факелов различна. Также могут существенно отличаться периоды задержки самовоспламенения в отих объемах. По видимому в "горячих" зонах объема КС период зад о ржи самовоспламенения (ПЗВ) меньше, чем в "холодных". Следствием отого являются большая скорость сгорания в холодных зонах, большие градиенты давления и локальные давления в отих зонах. Фоторегистрация возникновения и развития воспламенния в КС дизелей показывает, что очаги первоначального воспламенения образуются вблизи сопел распылителя.

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

в) Последующее сгорание топлива в факелах проходит при

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

Анализ показывает, что сами по себе ВЧ колебания не

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

сплава происходит при воздействии ударных волн с давлением

2

во фронте >80 Мпа (800 кгс см ). Моделирование разрушения поверхностей ЦПГ при детонации также подтвердило этот уровень (П.чплсп™ T.Lee и др).

Сравнение ЭП поверхностей КС в дизелях Ч 15/15, детонационных повреждений ЦПГ бензиновых двигателей

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

Возможность появления сильных микровзрывов в дизелях Ч 15/15 с объемным смесеобразованием подтверждается работами А.Л.Борисова и Б.Е.Гельфанда, которые установили наличие комбинированной детонации в распылах углеводородных топлив (газовой и гетерогенной).

2.1.4 Критерии появления микровзрывов и ЭП.

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

Как показано, выше на АО Варнаултрансмаш в качество критерия появления ЭП принята величина МДР,, по результатам

¿4

статистической обработки массива осциллограмм давления газов в цилиндре 1 дизеля.

2.1.5 Исследование зависимостей МДР„ от конструктивных и эксплуатационных факторов.

Как было указано ОП появляется независимо от воздействующего фактора и определяется только величиной МДР^. При МДР2>=0.4 появляются начальные очаги ОП, а при Ц£Рг,>0.5 процесс повреждения бистро развивается и дости-

¿и

гает критических значений за 3___4 часа работы дизеля на

опасном режиме.

Анализ данных исследований показал, что величина критерия хорошо коррелирует с видимым (замеренным по осциллограммам) периодом задержи воспламенения (Г13В). Экспериментальная зависимость приведена ва Рис.8.

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

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

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

Т Е*СП~1

т{ - М*(1—1 -б*п*10 4)*Cm*(— )т*С 8>3UT (в)

•• ■ Рвх' "" вх

где :

N - постоянней коэфициент. п - частота вращения кол.вала

С - критерий, зависящий от степени сжатия,углов

начала подачи топлива, закрытия клапана впуска ТДХ,Р£(Х - температура и давление воздуха на впуске

Р. дизель, т.- эмпирический коофициент. П - показатель политропы сжатия.

Величина т^, вычисленная по уравнению с точностью до Г.™, совпадает с результатами испытаний при нормальных условиях на впуске в кизоль. При наложении разряжения на впу-ско и изменении расхода топлива через дизель, зависимость от приведенных параметров, включая раз-

реженно па впуске, хорошо совпадает с результатами обработки осциллограмм с введением дополнительного комплекса:

Ti = Tt0*t п.0626+0.21 *ДРВГ1)-(0.0в26+0.2Т*ДР )*- ) (7)

^Цо

где: АРВП - разрежение на впуске,

- цикловая подача топлива на данном режиме, 0ЦО - цикловая подача на номинальном режиме.

Зависимость От этих величин описывается уравнением регрессии, полученным но результатам обработки экспериментальных осциллограмм:

V

МДР = (0.0725+0.647*ДР )*- +

ù ВП г\

+ 304.(337*Т{0,08+1.а37*1:£'"0Л2 (<3)

Обобщенная эмпирическая зависимость МДР2 от отдельных регулировочных, эксплуатационных факторов и внешних условий при отклонении от номинала описывается уравнением: КДР2 = МДР2о+0.0255*(ФнпГФнпо) + 0.019* (Чц^ц0) +

+0.00164*(фзвп1+фдвп0)+0.2028*(ДРвх1+ДРВХ0)+

+0.00204*(Т_-Т .)+ 0.001921*(40-ЙМТ16-П). (9)

и Вл с

В уравнении знаком "0" обозначают параметры ь нормаль-' ных условиях и оптимальных регулировках., а знаком "I" -в нестандартных условиях и при неоптимальных регулировках.

На рис.9 приведены частные зависимости МЛР,, от приведенных в уравнении факторов.

2.1.5 Мероприятия, направленные на устранение ЭП.

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

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

<■ Специальная камера сгорания малого огл ема разработана исходя из описанной картины возбуждения БЧ колебаний мюсроьарш.ами большой интенсивности.

Микрокамера сгорания, различные варианты которой показаны на Рис.II позволила локализовать микровзрывы внутри обьема ( внутренний диаметр камеры ч,хьатш>а-.-т зоны факелов, где происходит первоначальное самовоспламенение). Ударные волны, образующиеся под воздействием микровзрывов, проходят через отверстия в стенках каморы с существенно уменьшенной амплитудой.Микровзривы локализованы в камере, стенки которой выполнены из каьйтациопностойкой жаропрочной стали, ЭП поверхностей КС не наблюдается.

Высокие температуры стенок МК при работе на бензине

обоспачипиют уотойчивоо вооплпмононив бвнажюв А—7Э и

A-7G при степени сжатия e=I4..5..I5. Внешняя характеристика дизеля Ч 15/15 при работе на бензинах приведена на Рис.15 Термометрирование стенок Ж зарегистрировало температуру донышка - 750° С, температуру стенок выше отверстий - 400°С.

При роботе на дизельном топливе отмечено смещение угла начала подъема давления в надпоршневом пространстве на Э — II ПКВ п сравнении со штатной комплектацией при одинаковом угле начала впрыскивания топлива, что потребовало для восстановления параметров соответствующего увеличения Фдад- При атом MAPZ не превышало 0.2 против- 0.38 в штатной комплектации.

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

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

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

Испытания позволили сделать выводы:

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

- внутрешшй диаметр МК не должен быть менее 26 мм и

о

объем>3.5 см для дизеля исследованной размерности;

- кроме отверстий в боковых стенках необходимо отверстие

в донышке МК, соосное форсунке. Соотношение размеров отвер-г стий определяется экспериментальным .путем.

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

Отмеченная выше зависимость МДР^ от периода задержки самовоспламенения позволила сделать вывод о возможности устранения ЭП использованием химических регуляторов горения.. Так в ходе испытаний ОД Ч 15/15 с имитацией ВГУ путем создания разрежения на впуске установлено, что добавка к дизельному топливу присадки ЦГК ' или моторного масла МТ-16п позволяет стабилизировать МДР„ на необходимом уровне. В эмпирическом уравнении, связывающем MAPZ, эксплуатационные и регулировочные факторы, введен член, учитывающий % масла добавляемый к дизельному топливу. Используя это уравнение, можно опредеолить количество добавляемого масла, необходимое для оптимизации БЧ колебаний давления. На Рис.1С приведено влияние добавки присадки ЦГН к дизельному топливу на параметры при имитации .высоты над уровнем моря-3000 м. Этот способ введен в документацию на дизели Ч 15/15.

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

2.2 Расширение номенклатуры топлив, используемых в быстроходных транспортных дизелях.

2.2.1 Состояние проблемы и обоснование целей работ.

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

требованием о недопустимости ухудшения экономичности на основном

диаольном топливо.

■ Базовый дизель Д20 к этому " времени находился в серийном производстве.Для него была отработана система смесеобразования с непосредственным впрыском топлива и плоской камерой сгорания ,из которой в поршне располагалось - 0.3V .В нормальных условиях при работе на дизельном топливе с ЦЧ=40-45 система смесеобразования и сгоришя обеспечивала Т] 00.46 при коэффициенте избытка воздуха а< 1.65. Сгорание сопровождалось высокочастотными колебаниями давления газов значительной амплитуды. При этом закон тепловыделения имел один максимум.

Согласно исследованиям дизельных топлив самовоспламеняемость может характеризоваться его цетановым числом.Для рассматриваемых топлив, включая бензины, цетановые числа составляют 50-2.5.

Исследования ненаддувных дизелей ведущими фирмами и НИИ показали, что устойчивое самовоспламенение бензинов типа АИ-93 (ЦЧ-2___3) обеспечивается при геометрической степени сжатия е>23.

Фирма MAN использовала в своих многотопливных двигателях специальный процесс смесеобразования (т.н.М-прбцесс),в котором воспламенение осуществлялось электрическим разрядом, а необходимый состав смеси в зоне разряда обеспечивался системой впрыскивания топлива на стенку шарообразной КС, интенсивным вихревым движением воздушного заряда и конструкцией электрода свечи.Степень сжатия е>18.

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

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

- обеспечение работы на низкооктановых бензинах типа А-72;

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

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

'2.2.2 Методическое обеспечение.

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

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

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

2.2.3 Оптимизация геометрической степени сжатия.

Исследования установили, что заданные параметры на дизельном топливе (gl.-0.I7G г квч, Р„<9Мпа) обеспечиваются при £<=17.

¿-I

С увеличением £ до 21 отмечалось прогрессирующее- ухудшение удельного расхода топлива, усиление дымления.(Рис Л 4) Таким образов требовалось стабилизировать степень сжатия на уровне 17-0.2. В реальном производстве рассеивание степени сжатия в связи с допускными отклонениями сопрягаемых деталей превышало 1.5. Использование дифференцированных по размерам поршней, головок-цилиндров, индивидуальной размерной обработки головок не допускалось.

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

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

1 Оригинальность решения подтверждена авторским сввдельством.

. N 43367. '

Исследования рабочего процесса с регулирующими вставками на на дизельном топливе и бензине А-72 подтвердили целесообразность использования вставок с дифференциальной конфигурацией. Термометрирование вставок показало, что температура их поверхности со стороны камеры сгорания составляет -600..800°С, а со стороны головки цилиндров-250°..300°С. Повышенная температура поверхностей КС привела к незначительному снижению расхода воздуха через дизель. При установке вставки максимального объема отмечено снижение скорости тепловыделения и ухудшение параметров дизеля на дизельном топливе. При установке вставки минимального объема отмечено увеличение скорости тепловыделения и некоторое улучшение параметров. Наблюдалось улучшение пусковых " свойств дизеля со вставками. В частности, было отмечено, что устойчивое воспламенение бензина отмечено при степени сжатия -14.В.

2.2.3 Управление свойствами топлива.

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

. На устройство для озонирования получено авторское свидетельство N 544758.

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

дополнения схемы устройствами для осушения воздуха. Применение для дизеля высоковольтной системы вызывал возражения.

б) Известным способом повышения цетаиового числа топлие является добавка к нему ишщиаторов самовоспламенения ю химических регуляторов горения(Рг). Б период проведения работ ЛО Бпршшлтрансиаш использовать химических регуляторе горения не выходило за пределы немногочисленных исследован] и публикаций. Позже появились монографии М.О.Лернера В.Л.Сомова и Ю.Г.Ищука, описывающие свойства ряда химичесга регуляторов горения моторных топлив.

АО проводилось исследование трех видов РГ: дизельного топлива с цетановым числом >50; - моторного масла типа МТ-1СП, которое использовалось в системе смазки дизеля;

циклогексилнитрата (ЦГН).

При использовании в качестве присадки дизельного топлива отмечено устойчивое самовоспламенение бензина а-7 при €>15,2 во всем диапазоне скоростных и нагрузочных режимов При концентрации дизельного топлива >25-30%.Для у( тоЯчивой работы на бензине АИ-ЭЗ потребовалось добавить 95% дизельного топлива.

В связи с изложенным, смеси бензинов с дизельным топливом не были рекомендованы для использования в оксплуата ции.

Нт первых этапах исследования не имелось экспериментально теоретических данных, позволяющих заранее рекомендовать необходимые концентрации моторного масла в смесях с бензинами. В связи с изложенным, концентрация подбиралась

I

экспериментально по двум критериям:

- обеспечение устойчивого самовоспламенения во всем диапазоне скоростных и нагрузочных режимов, включая пуск обеспечение заданного уровня газодинамических, нагрузок на поверхности камеры сгорания головки цилиндров по величине

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

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

Для бензина А-72 рекомендована добаБка 5% масла по объему. Ялл бензина АИ-93 - 35% масла МТ-16П по объему. Свойства бензина А-76 могут приближаться к свойствам А-72 с одной стороны и к АИ-93 - с другой. Для обеспечения надежной работы на этом бензине рекомендовано добавлять 30% масла. Зависимость цетанового числа - смесей бензинов с маслом от доли последнего в смеси приведена на Рис.16.

Указанный способ управления свойствами бензинов использован в документацию выпускаемых дизелей типа 415/15, защищен авторским свидетельством N.265949."

Изучение моторных свойств смесей бензинов с

ггриоадкой ЦП! проводилось совместно с исследовательскими организациями отрасли.Мегодика подбора концентрации присадки была аналогичной приведенной выше.

Оптимальная концентрация присадки в смеси с бензином

А-72 составила 0,5___0,7%, с бензином АИ-93 - 2,5%. Изменение

цетанового числа смесей бензинов с .присадкой ЦГН показано на Рис.3 .

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

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

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

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

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

2.3.1 Состояние проблемы и постановка целей работы.

Испытания образцов дизеля 10 Ч 15/15 выявили существенное рассеивание величин теплоотдачи в охлаждающую жидкость (02), при этом максимальные значения превышали величины оговоренные КД. В связи с а тип необходимо было определить причины рассеивания« установить факторы наиболее существенно влияющие на 0ОЖ и, воздействуя на них, стабилизировать параметр на заданном уровне.

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

Таким образом целью исследований являлось:

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

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

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

2.3.2 Выявление основных слагаемых, определяющих величину 0ОЖ, проведено с использованием принципов системного анализа с построением функциональных структур воздействующих факторов.

В частности, была использована гипотеза о существенном влиянии на уровень теплоотдачи ВЧ колебаний давления при сгорании, атмосферных условие, цилиндрового рассеивания характера и закономерностей сгорания,

Алроксямация экспериментальных зависимостей от

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

О = 0.545+0.455*--(10)

гднп0

а£

0ожа = 1.9-0.9«— (II)

ао

где: фдцц^» Фдщхо ~ соответственно действительные углы начала подачи топлива на рассматриваемой и номинальной регулировке;

а£, а0 - ко эф.избытка воздуха при рассматриваемых и нормальных условиях.

В связи с цилиндровым рассеиванием фдвд и раоходов топлива, происходит изменение закономерностей сгорания, меняется амплитуда ВЧ колебаний давления при огорании МАР2 и, следовательно, величина коэф. теплопередачи от газов к стенке цилиндра. Апроксимированием экспериментальных зависимостей с использованием известных зависимостей массообмена получены уравнения:

— Р2 £ *МЛР2 £ (-0.08+0.0053*ЦЧ)

олР Р„„*ЫАР„„ ъо го

% 0.592

= < Г" > («>

а(

По программе-методике автора было проведано обследо-дование параметров сгорания, действительных углов начала подачи топлива, расходов топлива по цилиндрам дизеля 10 Ч 15/15 со статистической обработкой, результаты которой показали, что на исследуемом дизеле цилиндровое рассеивание Фддд составляет - 3.5°ПКВ, коэф.избытка воздуха - 0.4 с учетом цилиндровой неравномерности наполнения. Отклонение величины 6QX составило 10%.По результатам исследований влияния различных факторов на цилиндровую неравномерность рабочего процесса были внедрены в производство рекомендации по уменьшению угловых зазоров в передаче к топливному насосу, регулировке насосных секций и др.

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

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

2.5 Отработка системы завихривания воздушного заряда на впуске для нового семейства дизелей ЩЦ.

2.5.1 В соответствии с прогнозными оценками дизели

Б11Д должны иметь на первой стадии отработки удельные рас-

кг

хода топлива не более 0.185-

КЬЧ

при минимальных выбросах токсичных составляющих в выпускных газах.

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

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

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

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

Y = К^Х® (14)

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

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

Оптимизация параметров ЛЗ проведена по разработанной методике:

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

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

- продувка на этом же стенде вариантов ЛЗ, профилирование которых проведено по методике, разработанной на АО Барнаултраисмаш с использование'-: опыта дизеле- и турбостроения.

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

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

Испытания опытных образцов ЛЗ на дизелях БМД подтвердили правильность концепции конструкции ЛЗ я его установки в головку цилиндров. В ходе испытаний получено снижение удельного расхода топлива на 4...6% во всем диапазоне скоростных и нагрузочных режимов дизеля. Внешняя и нагрузочные характеристики дизеля о йс: бяз него приведены на Рис. 18.

В целях повышенж; .;ф£ек'хйвности ЛЗ разработан впускной коллектор с организованным входом воздуха в ЛЗ, что позволило повысить его еф$ективность без изменения конструкции и уменьшить удельный расход топлива дизеля

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

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

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

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

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

2.5. Увеличение и стабилизация ковфтциента наполнения в дизелях

через дизель.При исследовании факторов, определяющих качество наполнения отдельных цилиндров дополнительно использовалось индицирование низких давлений во впускных коллекторах в районе впускных патрубков каждого цилиндра, индицирование ' давлений в цилиндре в период газообмена.

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

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

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

2

0В= -0.0059*£ + 0.0229*{ + 0.902 (15)

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

В результата проведенных исследований ж конструкторских разработок, внедренных в производство коэффициент наполнения дизелей Ч 15 15 доведен до величины 0.92 . .0.94 в иоди£и- ■ кациях без турбонаддува.

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

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

ВЫВОДЫ

I.Построена физическая модель сгорания в быстроходном дизеле Ч 15/15 о высокочастотными (ВЧ) колебаниями давления большой амплитуды, в соответствии а которой вти колебания являются собственными колебаниями камеры огорання. Амплитуда ВЧ колебаний пропорциональна интенсивности и количеству микровзрывов в очагах самовоспламенения.

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

Граничное верхнее значение. МАР^ ниже которого не проявляется Ш поверхностей камер сгорания составляет 0.4 • для частоты вращения 11=2600 мин-1 и 0.45 для 11=1600 мин-.1

Регрессионные зависимости МЛР2 от периода задержки самовоспламенения и отдельных воздействующих факторов ( угла начала подачи топлива, ЦЧ, давления и температуры воздуха на впуске и др.) позволили разработать и ввести в конструкции и КД дизелей типа Ч 15/15 рекомендации:

- по регулировкам высотного корректора топливоподачи;

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

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

Рекомендовано:

Для бензина Л-72 0.7% присадки ЦШ, ' -пела.

Для' бензина А И-03 2.Ей присадки 1[ГН. или ЗМ-маола.

3.Разработаны конструкции и ¡гроведпны испытания новых микрокамор сгорания, расположенных но ^си каморы сжатия вокруг распылителя форсунки объемом 3 - '¿X Чс и с внутренним диаметром не менос- мм. Ь стенках выполнены отверстия соосные соплам распылителя и одно отверстие в донышке микрокимери.

Использование микрокамер сгорают устраняет эрозионное повреждения стенок головки цилиндров, улучшает на 4-0% экономичность на частичных нагрузках, обеспечивает устойчивую работу дизеля на бензинах А-72 и Л -76 при степени сжатия <=1С.

4.С использованием разработанных методик системного подхода и исследований сгорания с ВЧ колебаниями давления, указанных выше, проьеден комплекс работ по стабилизации теплоотдачи в охлаждающую жидкость, ь результате которого: - получены зависимости относительной теплоотдачи от значений МДР2, температуры окружающего воздуха, расхода топлива с учетом цилиндровой неравномерности топлнволодачи.

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

( не более 28°ПКВ до 8МТ), оптимизации параметров распылителя и др.

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

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

5.Разработан и введен в конструкцию дизелей БЦД новый способ завихривания воздуха в цилиндрах лопаотными шнековыми заверителями с переменным шагом, имяпцотпг малое гидравлическое сопротивление (<= 0.002Мпа) и стабильные в условиях производства гидродинамические характеристики.

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

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

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

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

- улучшенная трасса впуска для дизеля 104 15/15, обеспечившая коэффициент наполнения 0.92.

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

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

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

2. Бургсдорф В.VI. "Некоторые особенности сгорания в быстроходном двигателе о самовоспламенением от сжатия".Тр.АлтПИ, •Барнаул. 1975.С.6-9.

3. Бургсдорф 8.И. Ануфриев В.В. Сопов В.В "Повышение индикаторного кпд быстроходного двигателя о самовоспламенением от сжатия". НШИНФОРМТЯтаШП, аер.ДВС, 4-69-44, 11.1969.0.9-19.

4. Бургсдорф Э.И. Евсеев В.Н. "Вероятностные характеристики сгорания в быстроходном дизеле". Исследование И' совершенствование быстроходных дизелей". Барнаул, 1978..С.8-13. Б. "Исследование параметров рабочего процесса и надежности ЦПГ двигателя 6 Ч 15/15 при работе на. бензине АИ-93 с присадкой ЦГЯ." Б.Г.Егоров, Э.И.Бургсдорф ,Г.В.Кириченко, И.В.Козьменко, О.А.Назаров, В.И.Решетов. Циклогексилнитрат-присадка к топливам для дизельных двигателей". Ченоголов-ка, 1979. С.39-44.

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

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

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

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

10.A.C.N 265949.Бургсдорф Э.И. Болдырев И.В.Рыбинский С.В.Осадчий 0.Л. Назаров O.A. Рубаненко В.С.Решетов В.И.

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

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

13.Бургсдорф Э.И. Валанов Н.К."Система питания многотопливного дизеля". A.C. N I028I36.

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

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

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

17.Вургсдорф Э.И. "Головка цилиндров многотошшвного дизеля" A.C. N 1361360.

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

/ Э.И.Вургсдорф I

МПа 9

7 5 3

- к r Чг

о? <1 1

J ■

г

/ 71

\

"4.

J U, v- 1»ч >

- 1

дМЬ

GO i.О 20 0 20 ¿0 60 *ПКЬ

Рио.1. Осциллограмма давления газов в цилиндре дизеля Ч 1Б/1Б.

3.0 2.0 4.0

0.1 ОД 03 Of* 0.5 МлРг

Рис.2. Зависимость параметра биений А высокочастотны* колебаний давления от MAP,,.

z

Р

0.7 0.6

OA <*3 о,а o.i

7

Г

J

/

J

/

/

¥

03 OA o.S ИлР2

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

колебаний давления от МЛР^.

Рис.4. Изменение Ы1'2. БДРа, МАР2 и БР2 в зависимости от цетанового числа (ЦЧ) топлива.

ки самовоспламенения ).

мга

45 ОМ о.г

ч. \

V.

\ < ^ V «ММ»- М V-- — V п=1&Д>РХ»»>«

- О о О

40

20

30 АО 50 €0 ЧАС

Ркс.6. Завяоююмть граничного значения МЛРЕ от времени работы на режиме.

Тангенциальные колебания

Рис,7. Форш собстиешшх ВЧ колебаний давления в камере огорания дизеля Ч 15/15.

j

i M¿V

as. о.?

OA Q*

о,a

20 22 24 26 á» 30 92

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

гмвоок^ии-' ▼__ JB

• О

• - 4 а

< >

Í

M¿g 0.6 Û.5 OA as

27о

Н>днп=24' / * — — m,, ~ «

30

35

40

A5

50

44

Mapz 0.6 0.?

0.3

MäP, 46 0.S OA 03

' ■ vg

♦

TV-**" i

Moo

0.87S

2Uoo

35oo

4800 Aß

en

мм »«Л.С1

l.l£5

Gr

Pua.9. Зависимости ЫДР„ от ЦЧ топлива, разрежения

'а

на ьамскл íap t t

пассивная 3AIHTA. . присядка к тошшвз лошмзаци» очагов воспламенения . активация воздушного заряда вправление моментом впрыска

а Б в Г д

1 массивный зкрая 1 I центра камер* I сгорание моторное масло центральная закрытая микрокамера озонирование воздуха на впуске MOB с детерминированной многоперам, регулировкой

пспломно» акраниро-2 пвание поверхности Пкамерм сгорания ц Г н центральная открытая миирокамера озонирование воздуха в цилиндре MOB с электронным управлением по величине Pz

8 металлические 3 8 тонко-пленочные 1 покрытия иэопропилнытрат полуразделеняая камера в пормне с уменмением угла жатра факелов перепуск ОГ на впуск комплексное управление топливной аппарат, от эвм

8 напыляемые метал-4 1 лические и кердм. I покрытия .1

Рис. 10 Фрагмент морфологической таблиц» устранения ЭП

а.

= 0,025; d-6; 70 '

6.

<¿34

Рис .11. Вариантные кикрокаыеры сгорания дизеля Ч 16/16.

ftWfiar

С jQO

Аой

30

го

5«

37 - 59

гг

'1

i

—-—i --i L j

"" . -j

4

"V"---í r—

160О 1800 гсоо 220D 2А00 2660 wh' ►—«АЛ и—А-72 А——бА-7б

Ргс.12. Параметры дизеля Ч 15/15 по внешней характеристике при работе с микрокамерой варианта В.

9а

г/ /*ЪЧ

. fir? fas

175 165

>

i \

\ С ' V

V \

ао GrT%

20 ¿0 60 — A2Q

.¿20 с микрокамерой

Pie.13. Нагрузочная характеристика дизеля Ч 15/15 на 11=2600 мин"1 без микрокамеры в с ып-крокаморой варианта В.

г

Рис.14. Зависимости удельных расходов топлива, тем- |

пературы сжатия (Тс) и потребной теплоты оа- ;

моаоспламенения (Ощ,) от Е,

Г

'ест

Рис.15. Вставки регуляторы е для дизеля Ч 1Б/1Б.

S)

Рис.17. a. Развертка Соковой поверхности ЛЗ. б. Схема лопасти завихрителя.

)

--/ -- \—

1 ^___ ** к

.'С 4>

- -

✓

/у

"■о— -— л Û

. .. .

г

кет 185

180

175

I7D

QMS

D.22

за

<32

г

г ч\ Г = iî оо

/ -

1 \ i

¿Ni \ >

ч ч ■—i

а S

0=1500 /

176 А/кг

№DD IS00 1600 1700 18DÛ I9C0 МКу»"1

о--о cei Заьихрителя

a-ас заверителем

а. внешняя *АрАктерист*ка Ç. нагрузочная хАрлктериетпкл

Рис.18. Внешняя и нагрузочная характеристики дизеля ШД-4 с лопастным завихрите-лом и без него.'

РиоЛБ. Зависимость ЦЧ смесей бензинов с присадков ЦГН, моторным маслом от % оодержания прв-садкя.

ftv Mfo

о.»

0.09

0.08

0,07

0.06

0,0? O.OA о.оъ 0.02 oyl

_ 1 i

i 1 1 1 V ■ !

г V \ 1

/ > \ Нк —

/ / ч • ч I f

/ г > \

« / ( V г ; v

1 Piv 7 K.

i i

I

1 1 i 1 ! ^

P*

МП a 0,12

ooa 0.06 Р.0/.

о.ог

-60 -40 -2D

¿0 AO €0 ЛК&

ПЗЕ

выпуск_

выпуск \ лее ► ]'

| ► pnvrfac 1 л<?еГ

г

Рис. 19. Осциллограмма давлений газа в цилиндра и во впускном коллекторе дизеля 104 15/15