автореферат диссертации по энергетическому, металлургическому и химическому машиностроению, 05.04.02, диссертация на тему:Совершенствование системных технических решений в базовых дизелях при формировании модельного ряда

На правах рукописи 4859гзз

Мурзин Владимир Станиславович

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ СИСТЕМНЫХ ТЕХНИЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ В БАЗОВЫХ ДИЗЕЛЯХ ПРИ ФОРМИРОВАНИИ МОДЕЛЬНОГО РЯДА

05.04.02 - Тепловые двигатели

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

1 О НОЯ 2011

Челябинск-2011

4859233

Работа выполнена в ФГБОУ ВПО «Южно-Уральский государственный университет» (Национальный исследовательский университет) и ООО «ГСКБ «Трансдизель».

Научный руководитель - доктор технических наук, профессор

Рождественский Юрий Владимирович.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Еникеев Рустэм Далилович;

доктор технических наук, профессор Суркин Вячеслав Иванович.

Ведущая организация -

ОАО «НИИД», г. Москва.

Защита состоится 30 ноября 2011 г., в 13 часов, на заседании диссертационного совета Д 212.298.09 при Южно-Уральском государственном университете по адресу: 454080, г. Челябинск, пр. им. В.И. Ленина, 76, ауд. 1001 гл. корп. E-mail: D212.298.09@mail.ru, тел/факс (351)267-91-23.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «ЮжноУральский государственный университет» (Национальный исследовательский университет).

Отзывы на автореферат, заверенные печатью Вашего учреждения, просим направлять в двух экземплярах по указанному адресу на имя ученого секретаря диссертационного совета.

Автореферат разослан «_» октября 2011 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

доктор технических наук, профессор

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Оценка состояния развития современных двигателей внутреннего сгорания показывает, что рост удельной мощности следует рассматривать как объективную закономерность, следуя которой необходимо сосредоточить усилия на совершенствовании рабочего процесса, конструкции и эксплуатационных материалов. Повышение технического уровня дизелей включает несколько аспектов: проектирование и производство с использованием современных передовых технологий, воплощение и развитие в конкретных конструкциях новых и известных апробированных технических решений, использование эксплуатационных материалов повышенного качества.

Достигнутые уровни удельной мощности и топливной экономичности отечественных дизелей несколько уступают аналогичным показателям лучших зарубежных образцов. Это относится и к уровням надежности, ресурса, выбросов вредных веществ, шума и вибрации дизелей. В России ощущается дефицит в отечественных дизелях практически всех типов и назначений, отвечающих требованиям мирового технического уровня. Интегрирование России в мировое экономическое сообщество неминуемо приведет к обострению конкурентной ситуации для современных отечественных дизелей с позиций обеспечения высоких технико-экономических показателей во многих важнейших отраслях народного хозяйства. С учетом многообразия областей применения дизелей задача выхода отечественного дизелестроения на мировой уровень является актуальной и сложной в реализации. Однако резервы в этой области далеко не исчерпаны.

Использование современных методов проектирования, развитие известных и разработка новых системных технических решений с применением прогрессивных технологий и новых материалов при совершенствовании рабочего цикла, основных механизмов и обслуживающих систем, корпусных деталей, микропроцессорного управления - необходимые условия повышения конкурентоспособности дизелей. Важнейшей проблемой является реализация в условиях отечественного производства передового опыта фирм США, Европы и Японии.

Аналогичными задачами в России и за рубежом занимаются ведущие компании ЯМЗ, АМЗ, КамАЗ, ММЗ, СМД, Caterpillar, MAN, Deutz, AVL, Ricardo, Cammins, Mitsubishi и др.

Решающим условием решения этих задач является использование достижений отечественной науки, при создании дизелей с повышенными потребительскими свойствами. Для выполнения этого условия требуется научно-обоснованный анализ и отбор эффективных технологий, технических средств и решений на основе выполненных экспериментальных исследований и отечественного опыта по достижению следующих показателей технического уровня: удельный эффективный расход топлива не более 200 г/кВт-ч, содержание вредных компонентов в отработавших газах и дымность ОГ на уровне требований Гост Р41.96-2005 для внутреннего рынка и Tier 4 (Stage IV) для экспорта. Достижение этих показателей представляет собой актуальную теоретическую и экспериментальную задачу.

Цель работы. Повышение технического уровня базовых дизелей при создании модельного ряда с широким диапазоном мощностей за счет совершенствования системных технических решений.

Для достижения поставленной цели предусматривается решение следующих задач:

1. Разработать концепцию базового дизеля жидкостного охлаждения для модельного ряда.

2. Обосновать параметры камеры сгорания, процессов топливоподачи, воз-духоснабжения и смесеобразования в рабочем цикле при использовании их для создания модельного ряда дизелей.

3. Оценить тепломеханическую нагруженность деталей цилиндропоршневой группы, подшипников, блок-картера и других узлов и обосновать изменение и совершенствование их конструкции в базовом дизеле.

4. Экспериментально установить эффективность расчетно-теоретического обоснования системных технических решений в базовых дизелях.

Объект исследования. Процессы рабочего цикла и тепломеханической на-груженности узлов и деталей.

Предмет исследования. Закономерные связи процессов рабочего цикла дизеля с тепломеханической нагруженностью узлов и деталей.

Методы исследования. Математическое моделирование внутрицилиндро-вых процессов рабочего цикла, теплообмена и теплопередачи в цилиндре, гидродинамических процессов в трибосопряжениях, а также теплового и напряженно-деформированного состояния деталей и узлов базового дизеля с использованием методов конечных элементов. Экспериментальные исследования дизеля и элементов его систем с использованием стандартных и оригинальных образцов измерительной аппаратуры и методов испытаний.

Научная новизна

¡.Теоретически обоснованы и определены показатели эффективности и экономичности базового дизеля новой размерности с открытой камерой сгорания при комплексном изменении: относительного объема, доли объемного смесеобразования, вихревого отношения воздушного заряда в камере сгорания и запальной порции при разделенном впрыскивании топлива. Выявлены закономерности влияния и предложены соотношения между этими параметрами, позволившие, в конечном итоге, существенно улучшить рабочий цикл двигателя.

2. Разработана оригинальная модель системы «корпус - головки цилиндров -поршень - систем охлаждения и газообмена» на основе использования технологии FSI (Fluid-Structure Interaction analysis), объединяющей современные методы механики жидкости и газа, теплофизики и механики деформируемого твердого тела, позволившая комплексно оценить тепломеханическую напряженность базовых узлов дизеля.

Практическая ценность

1. Для формирования модельного ряда обоснованы системные положения концепции создания базовых дизелей жидкостного охлаждения новой размерности с заданным диапазоном мощности и метод их осуществления с учетом общности схемных, функциональных и конструктивных решений.

2. Разработана методика расчета показателей эффективности и экономичности дизеля с открытой камерой сгорания с учетом влияния относительного объема, доли объемного смесеобразования, вихревого отношения воздушного заряда камеры сгорания и запальной порции при разделенном впрыскивании топлива.

3. Развита методика оценки тепломеханических параметров дизеля на основе использования конечно-элементных твердотельных и газожидкостных CFD моделей, позволившая учесть особенности течения газожидкостных потоков для оценки теплового и напряженно-деформированного состояния картера, цилинд-ропоршневой группы, головки цилиндров, подшипников и в конечном итоге повысить их надежность.

4. Уточнена методика расчета подшипников коленчатого вала, учитывающая отклонения форм поверхностей трения подшипника не только в окружном (не-круглость), но и в осевом (нецилиндричность) направлениях, что позволило обосновать технологические отклонения опор и шеек коленчатого вала базового дизеля.

Реализация результатов. Результаты работы использованы ООО «ЧТЗ-Уралтрак» при создании конкурентоспособных базовых дизелей жидкостного охлаждения серии Т. В базовых дизелях реализованы системные технические решения по обеспечению основных показателей рабочего цикла, корпусным деталям, основным механизмам и устройствам.

На основе базовых дизелей разработан модельный ряд дизелей жидкостного охлаждения с диапазоном мощностей от 44 до 550 кВт, показатели технического уровня которого отвечают современным требованиям.

Результаты диссертационной работы использованы при проектировании основных систем новых дизелей в ОАО «Научно-исследовательский институт двигателей», при сертификационной оценке тракторных дизелей в ОАО «Научно-исследовательский институт автотракторной техники», в учебном процессе кафедр «Двигатели внутреннего сгорания» и «Автомобильный транспорт и сервис автомобилей» ФГБОУ ВПО «Южно-Уральский государственный университет» (Национальный исследовательский университет).

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы обсуждены и одобрены на региональных, межрегиональных и международных научно-технических конференциях: в Челябинском государственном агроинженерном университете (ЧГАУ, 2008 г.); Московском государственном автодорожном техническом университете (МАДИ (ГТУ), 2009 г.); МГТУ им. Баумана (2010 г.), Южно-Уральском государственном университете (Челябинск: ЮУрГУ, 20082011 гг.); Санкт-Петербург: БИТУ, 2009 г., Самарском государственном аэрокосмическом университете (Самара: СГАУ, 2011 г.).

Диссертационная работа одобрена на научных семинарах кафедры «Двигатели внутреннего сгорания» ЮУрГУ и кафедры «Тракторы и автомобили» ЧГАА.

Публикации. Основные научные и практические результаты диссертационной работы изложены в 12 работах, в том числе 10 - в изданиях, рекомендованных ВАК, 2 - в материалах международных конференций.

Личный вклад автора. Основные научные результаты теоретических и экспериментальных исследований получены лично и с участием автора при выполнении научно-исследовательских работ по созданию модельного ряда дизельных двигателей жидкостного охлаждения мощностью от 45 до 550 кВт в соответствии с государственным контрактом № 8411.0816900.10.002 от 18.04.2008 между ООО «ЧТЗ-Уралтрак» и министерством промышленности и энергетики РФ.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения, библиографического списка (129 источников) и приложения. Диссертация содержит 187 страниц, 32 таблицы, 75 иллюстраций.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении отмечается, что в ряд актуальных экономических и экологических проблем развития дизелей выдвигаются: снижение выбросов вредных веществ с отработавшими газами (ОГ), расхода топлива, шумности, вибрации и повышение ресурса. Решение этих проблем достигается совершенствованием рабочего цикла, агрегатов и узлов дизеля на основе прогрессивных технических решений и современных технологий.

В первой главе выполнен анализ задач совершенствования рабочего цикла и конструктивных особенностей современных транспортных дизелей. Отмечаются основные тенденции развития процессов, составляющих рабочий цикл, требования к экологическим показателям, топливной экономичности, мощности, тепломеханической нагруженности дизелей. Рассматриваются основные направления повышения технического уровня базовых дизелей и на основе краткого обзора работ формулируются цель и задачи настоящего исследования.

Во второй главе рассматриваются базовые дизели как элементы структуры модельного ряда. Определяются основные параметры их технического уровня. Анализируются принципы организации малотоксичного рабочего цикла и особенности механизмов и систем базовых дизелей.

Приведены методы теоретического обоснования анализируемых технических решений на стадии проектирования и на этапе испытаний макетных образцов. Моделирование основных процессов и рабочего цикла дизеля в диссертационной работе осуществляется с использованием зависимостей термодинамики и химической кинетики. Свойства топлива описываются его элементарным химическим составом (содержание углерода С, водорода Н и кислорода О), определяющим количество воздуха L0, теоретически необходимое для сгорания, и низшей теплотой сгорания Ни.

При выполнении теоретических исследований использована методика синтеза рабочего цикла дизеля, разработанная на кафедре ДВС ЮУрГУ. В математическую модель рабочего цикла отдельными блоками входят математические модели следующих процессов: впуска, сжатия, сгорания и расширения, а также

синтез индикаторных показателей рабочего цикла. Математическое моделирование кинетики процесса сгорания выполнялось с использованием развитого Е. А. Лазаревым уравнения выгорания И. И. Вибе для характеристик выгорания сложного типа в виде

х = 1 - ехр[-6,908(ф / фн)ш"_то(ф/ cpz)m° + 1], приф>фн,шн = т0, (1)

где ш„, т0 - показатели характера сгорания начального и основного периода;

Ф„, фг - продолжительности начального периода и процесса сгорания.

Приведенная зависимость учитывает наличие двух максимумов скорости тепловыделения в процессе сгорания.

Для учета изменения состава рабочего тела в процессе сгорания использовано уравнение динамики (давление в конце элементарного участка) процесса сгорания, предложенное А. Н. Лаврнком и развитое Д. К. Алексеевым

Pj = {fa* (kj'cp - 1) Hj,cP /(v¡-i nR Tj-i)] Дх + 1} [y(a j_,) /y(a j)]k'" (P¡/D), (2)

где D = Vj Pj _i /(vj _i Pj); qz - общая удельная использованная теплота сгорания; kj.cp - среднее отношение теплоемкостей рабочего тела; (х,ср - молекулярная масса рабочего тела; vj _i - коэффициент изменения массы; R - универсальная газовая постоянная; i|/(aj_i) - функция изменения объема; Pj_, Т j - давление и температура рабочего тела; Pj - коэффициент молекулярного изменения; j, j-1 -границы элементарЕюго участка; Ах - доля выгоревшего топлива на элементарном участке.

Для оценки изменения коэффициента эффективности процесса сгорания в зависимости от продолжительности процесса сгорания, коэффициента избытка воздуха a и частоты вращения коленчатого вала п дизеля использовалось уравнение, предложенное Е.А. Лазаревым

£=1-2,38фж/(па). (3)

В целях теоретического обоснования ниже оценивалось влияние на показатели рабочего цикла базовых дизелей:

- относительного объема Vk/Vc и доли объемного смесеобразования 5 с учетом рекомендаций М. С. Гитиса по изменению параметров процесса сгорания,

- вихревого отношения воздушного заряда П в камере сгорания и относительной величины запальной порции a при разделенном впрыскивании топлива по предложенных автором изменениям параметров процесса сгорания.

Математическое моделирование рабочего цикла дизеля производилось с использованием программы SYNG, составленной Д. К. Алексеевым.

Обзор литературных источников и опыт проектирования дизелей различной размерности позволил выявить определенные закономерности и сформировать соотношения между параметрами процесса сгорания, влияющими на топливную экономичность и экологию дизеля. Для принятой размерности 13/15, неизменных значений мощности (P¡ = const) и частоты вращения коленчатого вала (п = const) дизеля предложены эмпирические связи и определено влияние следующих факторов на показатели рабочего цикла:

- влияние относительного объема VkA/c камеры сгорания определялось с учетом уравнения (3) и выражений, полученных М.С. Гитисом при условиях т„/ти0 = 1,0 и Vk/Vc = var:

a/oto = 0,45 + 0,55(Vk/Vko), £/ç0 = 0,70 + 0,30(Vk/Vko), (4)

Шо/Шоо = 5,81 - 4,81(VW/Vk0), e/00 = 2,28 - l,28(Vk/Vk0).

Здесь и далее индекс «о» - для исходных значений в дизеле 4Т371.

- влияние доли объемного смесеобразования 5 в камере сгорания определялось с учетом уравнения (3) и выражений, полученных М.С. Гитисом при условии 5 = var:

a/oto = 0,93 + 0,07(0/5 0), Що = 0,98 + 0,02(5/0 0), (5)

m„/m„o = -14,0 + 15,0(5/5 0), nio/nv, = 1,50 - 0,50(5/5 0), 9/80 = 0,70 + 0,30(5/5 0).

- влияние вихревого отношения fi воздушного заряда в камере сгорания определялось с учетом уравнения (3) и выражений, полученных автором, при условиях а/ао = 1,0 и Q = var:

Ç/Ço = 1 - 0,24-Q, mH/m„o = 1 + 140Q, (6)

mo/moo = 1 + 10Q, G/Go = 1 + 4Q.

- влияние относительной величины запачъной порции а при управляемом (разделенном)впрыскивании топлива определялось с учетом уравнения (3) и выражений, полученных автором, при условиях а/а0 = 1,0 и а= var):

Ща = 1 - 0,24-а, mH/m„o = 1 + 140'а, (7)

Шо/Шоо = 1 + 10-0, 0/00 = 1 + 4-СТ.

Предложенные соотношения использованы при расчете рабочего цикла и экспериментально подтверждены при совершенствовании системных технических решений: камеры сгорания, элементов систем топливоподачи и газообмена.

Тепловое состояние поршня. Характеризуется теплоотдачей от рабочих газов к его днищу, от внутренней поверхности к маслу и контактным теплообменом с поршневыми кольцами, поршневым пальцем и гильзой цилиндра.

Теплообмен рабочих газов с днищем поршня определялся с учетом граничных условий третьего рода. По текущим значениям коэффициента теплоотдачи а и температуры Т газов рассчитывались эквивалентные значения а, и Тэ. Определение Т выполнялось термодинамическим анализом индикаторной диаграммы давления Р, для оценки а использовалась известная зависимость G. Woschni

a =Cq- P°'s ■ Г-0'53 • £)"0'2 -W0,s, (8)

где Cq - постоянный коэффициент; W - скорость газов, D - диаметр цилиндра

Следуя рекомендациям А. К. Костина, Р. М. Петриченко и А. В. Николаенко, учитывалась теплоотдача по поверхности днища на диаметре D цилиндра и в зазоре между юбкой поршня и гильзой цилиндра.

Тепловое и напряженно-деформированное состояние картера. Тепловое и напряженно-деформированное состояние различных конструктивных решений картера оценивалось на установившемся тепловом режиме в сравнительной постановке на основе предположения о стационарности теплового поля. Это обусловлено незначительной долей в нагруженности картера нестационарной составляющей термодинамических процессов по причине достаточной жесткости и теплоемкости гильз и головок, воспринимающих воздействие рабочих газов непосредственно. Тепловые напряжения, связанные с градиентами стационарной составляющей температур, для основного объема картера существенно выше тепловых напряжений от ее переменной составляющей.

Анализ достоинств и недостатков конструктивного исполнения картера выполнен в междисциплинарной постановке методом конечного элемента на основании сравнения решений стационарной тепловой и квазистатической силовой задач. При оценке теплового состояния картера использовалось решение задачи механики жидкости и газа на основе CFD (Computational Fluid Dynamics) моделирования. Оригинальная модель базовых деталей и узлов дизеля 4Т371, разработанная совместно с В. А. Романовым, включала несколько областей потоков газа с локализацией источников тепловыделения, охлаждающей жидкости и твердотельные области картера, головок и гильз цилиндров.

При сравнительном анализе различных конструктивных решений картера, его напряженно-деформированного состояния, в качестве основных причин возникновения напряжений рассматривались: неравномерность распределения по объему картера независящей от времени температуры, квазистатическое воздействие коленчатого вала, поршней, головок, а также давления газа в цилиндрах.

Оценка работоспособности подшипников кривошипно-шатунного механизма. Трибосопряжения дизеля во многом определяют его ресурс. В то же время, ресурс шатунных и коренных подшипников коленчатых валов зависит не только от конструктивных решений, но и от технологических допусков. Оценка работоспособности подшипников производилась сопоставлением гидромеханических характеристик (ГМХ) подшипников, полученных на основе расчета траекторий центров шеек: наименьшей inf/г,^ и средней h*mm толщинами, наибольшим supPmax и средним гидродинамическими давлениями в смазочном слое; максимальной /шах и средней удельными нагрузками; относительными протяженностями областей, где /;Ш1Г1 меньше допустимых hdon - ahd ; сред-

неинтегральными потерями на трение N*, расходами смазки в торцы подшипника Q и температурами Т в смазочном слое; углами ah и аР, при которых Кin = inf Km , -Ртах = sup />тах •

В качестве критериев работоспособности подшипников использовались наименьшая допустимая толщина смазочного слоя hdon и наибольшее допустимое гидродинамическое давление Рдоп.

Определение ГМХ основывалось на решении трех взаимосвязанных задач: динамики шипа на смазочном слое под действием нестационарных внешних на-

грузок и реакций смазочного слоя; гидродинамической теории смазки для определения распределения давлений в слое смазочной жидкости с учетом конструктивных особенностей трибосопряжения (ширина, диаметр, зазор, положение источников подачи смазки и ее вязкость); определения теплового состояния подшипника для корректирования вязкости смазочного материала.

Для моделирования отклонений формы шипа и подшипника при решении уравнения Рейнольдса использована аналитическая функция зазора, разработанная совместно с А.К. Бояршиновой, учитывающая отклонения форм поверхностей трения подшипника не только в окружном (некруглость), но и в осевом (нецилиндричность) направлениях. При оценке работоспособности коренных подшипников дополнительно учтено влияние упругих свойств коленчатого вала и картера дизеля, а также технологических допусков на соосность подшипников и шеек коленчатого вала.

В третьей главе выполнено расчетное обоснование факторов, определяющих показатели рабочего цикла и процессов его составляющих (рис. 1). Обозначения на рисунках представлены в соответствии с ГОСТ 18509-88.

Результаты расчетного анализа рабочего цикла позволили выявить наиболее приемлемые значения рассматриваемых факторов: У^/Ус > 0,75; 8 > 0,95; С1 = 1,5...2,0; ст= 0,14...0,18. Расчетные исследования использованы для совершенствования камеры сгорания, систем топливоподачи и газообмена.

Для достижения параметров по требуемому вихревому отношению и расходу воздушного потока выполнено изменение конфигурации впускных и выпускных каналов в головке цилиндров в соответствии с рекомендациями (рис. 2).

Преимущественно объемный способ смесеобразования в открытой камере сгорания реализуется при высоком газотурбинном наддуве (рк = 0, 24...0,25 МПа) с промежуточным охлаждением наддувочного воздуха (М = 65...70 °С).

При разработке системы газообмена по результатам анализа экспериментальных исследований и теплового расчета рабочего цикла дизеля выполнено согласование параметров базового дизеля, турбокомпрессора ТКР 80-1А и подсистемы рециркуляции отработавших газов (ЕСТ1) (рис. 3).

Ресурс дизеля во многом определяется тепловым состоянием поршня. Выполненные исследования теплового состояния штатного и опытных вариантов поршней свидетельствуют о существовании резервов по снижению тепловой на-груженности поршня (рис. 4). Анализ температурных полей исследуемых поршней показал, что наименее напряженным в тепловом отношении является поршень с галерейным масляным охлаждением. Максимальная температура поршня при этом не превышает 265 °С, а температура поршня в области верхнего компрессионного кольца составляет 215 °С. Для высокофорсированного дизеля перспективной является конструкция составного поршня.

В процессе совершенствования технических решений конструкции картера осуществлено перераспределение потоков жидкости с интенсификацией ее движения для обеспечения равномерности охлаждения цилиндров и головок.

Рта*. МПа

15,5

14,5

МПа'гр 0.80

1 Рта*

Ч

✓

\

1

\

Г

МПа

к 14.0

1850 13.0

1750

МПа-'гр

а 0.70

г-'кВтч

0,60

170

150

0.65 0.68 0.71 0.74 0,77 0.80 \4Л/,

а)

Ргаи. МПа

14,0 13.0

^'опш.

МПа'гр . Г 0.80 -

/

«

р 1

\

-

& — 1 1

:

т™.

!

Ч______

\

о

1

Т„» К

1800 1700

г.'кВтч

190

170

0.50 0.60 0.70 0.80 0.90 1.00 § б)

МПа

т.....

к 14.0

1900 13.0

1800

МПа. гр 0.60

г.'кВтч 0.40

190

170

П

1 Р,«:

-

, 1

Т„

ч

Т™.

к 1800 1700

г кВ т ч

190

ПО

В)

0.10 0.15 0.20 0.25 Г)

Рис. 1. Влияние относительного объема камеры сгорания У|,./Ус (а), доли объемного смесеобразования б (б), вихревого отношения воздушного заряда П (в) и доли запальной порции при управляемой топливоподаче о (г) на показатели рабочего цикла базового дизеля 4Т371

Рис. 2. Изменение профиля впускного и выпускного каналов головки цилиндров для удовлетворения требований к параметрам воздушного потока: а) вид сверху с разрезом; б) продольный разрез

Изменение образующей стенки впускного канала б)

Изменение ооразующнх стенки выпускного канала

*

Щ- -'

аг Щ

»-Яй

№

-ш

а)

(РЯРР

т I # *

Устройство образования смеси свежего заряда с отработавшими газами '•

Подача смеси свежего заряда с отработавшими газами в дизель

Клапан ЕвЯ

Отработавшие газы Ц

Датчик температуры /давления

ф *

Подача охлаждающей жидкости

б)

Рис. 3. Установка турбокомпрессора ТКР 80-1А (а) и основные элементы подсистемы ЕвЯ (б) в базовом дизеле 4Т371

аш

а)

б)

в)

Рис. 4. Тепловое состояние штатного (а), с галерейным масляным охлаждением (б) и составного (в) поршней базового дизеля 4Т371 В результате снижены температурные градиенты, уменьшен уровень температур (рис. 5) и тепловых напряжений (рис. 6) в картере.

Напряжения от совместного действия температуры и силовых факторов в сечении картера штатной и усовершенствованной конструкций представлены на рис. 7. Усовершенствование конструкции картера совместно с перераспределением потоков охлаждающей жидкости в полостях охлаждения головки цилиндров и картера позволяет снизить максимальные тепловые и силовые напряжения в 1.85...2 раза. Изменение конструкции картера включает: устранение окна в перегородках между цилиндрами под «рубашкой» охлаждения (рис. 8, а) или замена перемычкой с толщиной основной переборки (рис. 8, б); усиление ребром жесткости перегородки между цилиндрами (рис. 8, в) и изменение формы ребер жесткости со стороны, противоположной входному отверстию для охлаждающей жидкости (рис. 8, г); изменение формы одного из окон, для движения через перегородку охлаждающей жидкости, на «арочную» и формы наружной стенки картера (рис. 8, д и 8, е); продление приливов резьбовых отверстий для болтов крепления крышек коренных подшипников коленчатого вала (рис. 8, ж).

а) б)

Рис. 5. Тепловое состояние картера со штатной (а) и усовершенствованной (б) конструкцией полостей охлаждения базового дизеля 4Т371

Рис. 6. Тепловые напряжения в картере со штатной (а) и усовершенствованной (б) конструкцией полостей охлаждения базового дизеля 4Т371

А

Рис. 7. Напряженное состояние сечения штатного (а) и усовершенствованного (б) картера базового дизеля 4Т371

*

1

1КЯ

Н

дя |Й>

а)

Жр

-

б)

3)

¡р ;1Г

Г)

1

;

I I

Д)

е)

ж)

Рис. 8. Изменения в конструкции картера базового дизеля 4Т371 Анализ работоспособности подшипников коленчатого вала позволил определить тенденции изменения и оптимальные геометрические параметры сопряжений, предельные значения допусков на форму поверхностей трения и расположение шеек и подшипников коленчатого вала, оценить целесообразность изменений схемы подачи смазки в подшипники, а также определить классы вязкости масел для использования в базовых дизелях.

Изменения конструкции коренных и шатунных подшипников включает увеличение диаметров соответствующих шеек коленчатого вала на 10 мм; максимизацию ширины подшипников для достижения соотношения В/D ~ 0,4 (В - ширина, D - диаметр подшипника) при соблюдении требований к прочности коленчатого вала; диапазон изменения номинального значения радиального зазора 41,5... 56,5 мкм; диапазон изменения угла расположения маслоподводящего отверстия в шатунной шейке 30...80 град относительно оси цилиндра. При увеличении угла расположения отверстия выше 40 град снижается ограничение на его диаметр. Соблюдение этих требований позволило улучшить значения ГМХ подшипников коленчатого вала в среднем на 20 %.

Предпочтительным является использование масел с классом вязкости SAE 10W-40. Например, использование масла Shell Rimula с более пологой, чем для масла М-10ДМ вязкостно-температурной зависимостью, улучшает ГМХ примерно на 11%.

Анализ допусков на форму поверхностей трения подшипников позволил установить, что любое отклонение от цилиндричности коренных и шатунных шеек коленчатого вала в осевом направлении резко ухудшает ГМХ подшипников. При значениях максимальных отклонений поверхности шейки от идеальной, равных установленным допускам (0,005 мм), inf hmm во всех рассмотренных вариантах шатунного подшипника много меньше hdtm= 1,9 мкм при недопустимо больших значениях ah . Для шатунной шейки уменьшение величины отклонения до 0,0025 мм способствует повышению inf hmm в несколько раз, но при этом значения параметра ah существенно превышает 20 %. Для коренной шейки

уменьшение значений допуска с 0,005 мм до 0,0025 мм для всех рассмотренных видов нецилиндричностей обеспечило выполнение условия работоспособности подшипников по минимальной толщине смазочного слоя и другим ГМХ.

Анализ влияния отклонений формы в радиальном направлении показывает, что минимальная толщина смазочного слоя, определяется не только величиной отклонения формы от круглой, но и направлением больших осей эллипсов, описывающих формы поверхностей шейки и подшипника.

Для обеспечения работоспособности шатунных подшипников рассматриваемого дизеля следует устанавливать технологически минимально возможные допуски на цилиндричность шатунных шеек. Для коренных шеек рекомендованы допуски на конусность, бочкообразность и седлообразность не более 0,0025 мм. Показано, что при назначениях допусков на отклонения форм необходимо учитывать не только величину овальностей, но и их расположение.

Анализ работоспособности коренных подшипников с точки зрения влияния допусков на соосное расположение подшипников и шеек коленчатого вала позволил установить, что их совместные смещения существенно ухудшают значения гидромеханических характеристик коренных подшипников двигателя 4Т371. Для третьего коренного подшипника значения inf на режиме максимальной мощности снижаются более чем на 70 %, а на режиме максимального крутящего момента - на 94 % и становится практически равными минимально

допустимым значениям; для первого коренного подшипника снижение составляет 38 % и 42 % соответственно.

Необходимо отметить, что одновременное влияние несоосностей опор и шеек коленчатого вала для дизелей модельного ряда с большим количеством цилиндров будет сказываться еще существеннее, что требует ужесточения допусков на соосность расположения опор и шеек коленчатого вала. Для шестицилиндрового рядного дизеля при существующих допусках минимальная толщина смазочных слоев 1-го, 3-го и 5-го коренных подшипников существенно ниже

минимально допустимой величины. При изменении допусков с ^П- на тол-

И6 А5

щина смазочного слоя увеличивается в среднем на 35 %.

В четвертой главе приведено описание методики экспериментального исследования, экспериментальной установки, измерительной и регистрирующей аппаратуры с указанием погрешностей измерений.

В пятой главе приведены результаты экспериментальных исследований.

Индикаторная диаграмма давления Р и температуры Т газов, характеристики выгорания топлива х = /\{а) и = /2(н) представлены на рис. 9. Индикаторные показатели и параметры процесса сгорания составляют: максимальное давление газов 12,8 МПа, максимальная скорость нарастания давления 0,56 МПа/град ПКВ, максимальная температура цикла 1631 К, угол опережения начала сгорания 6 град ПКВ до ВМТ, продолжительность процесса сгорания 115 град ПКВ, максимальная скорость выгорания луф топлива 0,028 град"1, среднее индикаторное давление 1,47 МПа, удельный индикаторный расход топлива 194,5 г/кВгч.

Дифференциальная характеристика выгорания топлива имеет два экстремума, что свидетельствует об отсутствии монотонного сгорания и сложном характере выгорания топлива, обусловленном концентрационной и температурной неоднородностью смеси.

Характеристики дизеля 4Т371, полученные в результате анализа эффективности реализованных мероприятий по совершенствованию рабочего процесса, представлены на рис. 10, а и 10, б.

К реализованным мероприятиям относятся: оптимизация отношения \4Л/С, доли объемного смесеобразования, вихревого отношения воздушного заряда за счет изменения профиля впускного канала, угла опережения впрыскивания топлива, параметров наддувочного воздуха и др. При этом удается добиться повышения топливной экономичности при заданной мощности дизеля. Для обеспечения повышенных требований к выполнению экологических норм необходимо дальнейшее совершенствование рабочего цикла.

Рис. 9. Индикаторная диаграмма давления и температуры газов, характеристики выгорания топлива в дизеле 4Т371 (Ре= 1,05 МПа, п = 2100 мин"1)

________ до модернизации; _ после модернизации

Рис. 10. Внешняя скоростная (а) и нагрузочная при п = 2100 мин-1 (б) характеристики дизеля 4Т371

Предварительные испытания, проведенные фирмой Ricardo с участием автора, показали, что дизель 4Т371 в настоящее время обеспечивает выполнение требований к экологическим параметрам по ГОСТ Р41.96-2005 (Tier 2). В развитие диссертационной работы для обеспечения норм Tier 4 необходимо:

- оборудовать базовый дизель топливной аппаратурой аккумулирующего типа (Common Rail) с давлением впрыскивания более 160 МПа;

- откорректировать систему воздухоснабжения и очистки отработавших газов совершенствованием компрессора, турбины, применением регулируемого турбокомпрессора и алгоритма электронного управления, обеспечивающего оптимальный состав топливовоздушной смеси для достижения требуемых экологических показателей в диапазоне основных рабочих режимов дизеля.

Основные результаты и выводы

1. Теоретически обоснованы параметры дизеля с открытой камерой сгорания при комплексном изменении: относительного объема, доли объемного смесеобразования, вихревого отношения воздушного заряда в камере сгорания и запальной порции при разделенном впрыскивании топлива. Выявлены закономерности влияния и предложены определенные соотношения между этими параметрами, позволившие, существенно улучшить рабочий цикл двигателя.

2. Поставлена и решена задача тепломеханического расчета системы базовых деталей и узлов с созданием оригинальной комплексной CFD модели на основе использования твердотельных и газожидкостных конечно элементных моделей системы «корпус-головки цилиндров-поршень-системы охлаждения и газообмена», позволившая на стадии доводки разработать эффективные конструктивные мероприятия и увеличить надежность дизеля

3. Обоснованы системные положения концепции создания базовых дизелей жидкостного охлаждения нового модельного ряда с заданным диапазоном мощности и с учетом общности схемных, функциональных и конструктивных решений. Определены показатели эффективности и экономичности базового дизеля

нового модельного ряда для дорожно-строительных и тяговых машин класса 1050 т.

4. Математическим моделированием рабочего цикла дизеля 4Т371 установлено:

- увеличение отношения У)/Ус, до 0,75 (на 15 %) обеспечило повышение топливной экономичности, оцениваемой удельным индикаторным расходом топлива gi, на 3,8 %;

- увеличение доли топлива о, участвующей в объемном смесеобразовании, в открытой камере сгорания до 0,95 (на 18,7 %), повысило топливную экономичность на 2,3 %;

- величина запальной порции при разделенном впрыскивании топлива, обеспечивающая снижение максимальных давления на 5,3 %, скорости нарастания давления на 32 % и температуры на 8 % цикла без ухудшения топливной экономичности составляет 16 ± 2% от общей цикловой подачи.

5. Повышение интенсивности вихревого движения воздушного потока (вихревого отношения до 2,0) в открытой камере сгорания, позволило уменьшить удельный эффективный расход топлива £е на 3,0...3,5 г/кВтч и выбросы вредных веществ ОГ: сажи - на 13... 15 % по шкале Хартриджа и окиси азота-на 7... 9 %.

6. Математическим моделированием теплового и напряженно-деформированного состояния на режиме номинальной мощности установлено:

- применение галерейного масляного охлаждения поршня сопровождается снижением максимальных температур поршня на 18 %;

- изменения конструкции блок-картера, выполненные на основании анализа тепловых полей, позволили улучшить охлаждение гильз крайних цилиндров и головок, снизить температуры огневого днища и выпускных каналов на 18-20%, снизить максимальные тепловые напряжения в 1,85 раза;

- конструктивные решения по снижению максимальных напряжений, возникающих в результате совместного действия теплового и силового нагружений, позволили снизить максимальное по блок-картеру значение первых главных напряжений в 1,7...2 раза.

7. Анализом работоспособности подшипников коленчатого вала определены оптимальные геометрические параметры трибосопряжений, предельные значения допусков на форму поверхностей трения и осевые отклонения шеек и подшипников коленчатого вала, схемы подачи смазки в подшипники, а также определены классы вязкости масел для использования в базовых дизелях. Это позволяет в среднем на 20% улучшить значения важнейших гидромеханических характеристик и обеспечить требуемый ресурс тяжелонагруженных подшипников коленчатого вала.

8. Реализация системных технических решений на дизеле 4Т371 обеспечила на номинальном режиме работы снижение удельного эффективного расхода топлива §е на 5...7 г/кВтч и выбросов вредных веществ ОГ: сажи - на 10... 15 % по шкале Хартриджа и окиси азота - на 7...9 %.

Основные результаты опубликованы в следующих работах:

Ведущие рецензируемые научные журналы и издания

1. Мурзин, B.C. Развитие двигателестроения на ЧТЗ / B.C. Мурзин // Двигате-лестроение. - 2008. - № 2 (232). - С. 9-10.

2. Гидромеханические характеристики коренных подшипников коленчатого вала двигателя 4Т371 / В.Н. Прокопьев, Ю.В. Рождественский, К.В. Гаврилов, B.C. Мурзин // Двигателестроение. - 2008. - № 2 (232). - С. 27-30.

3. Мурзин, B.C. Эффективность разделенного впрыскивания топлива в камеру сгорания дизеля / B.C. Мурзин, А.П. Маслов, Е.А. Лазарев // Двигателестроение. -2008. - № 3 (233). - С. 13-17.

4. Мурзин, B.C. Модельный ряд двигателей двойного применения/ B.C. Мурзин, Б.А. Мурдасов, В.И. Скориков // Двигателестроение. - 2008 - № 2 (232).-

5. Маслов, А.П. Профилирование и результаты исследований работы поршней с трибологическим профилем / А.П. Маслов, B.C. Мурзин // Двигателестроение. - 2008. - № 3 (233). - С. 9-12.

6. Температурное состояние поршней различных конструкций в дизеле с неразделенной камерой сгорания / B.C. Мурзин, А.П. Маслов, Е.А. Лазарев,

B.Н. Прокопьев // Двигателестроение. - 2009. - № 1 (235). - С. 6-9.

7. Создание федерального научно-технического центра развития двигателестроения / В.И. Захаров, B.C. Мурзин, Ю.В. Рождественский, А.П. Маслов // Транспорт и связь Российской Федерации. - 2010. - № 1. - С. 13-17.

8. Бояршинова, А. К. Обоснование предельных значений допусков для шатунных и коренных подшипников коленчатых валов дизельных двигателей // А.К. Бояршинова, B.C. Мурзин, Д.С. Бобин / Тракторы и сельхозмашины. -2010.-№ 11.-С. 30-33.

9. Рождественский, Ю.В. Совершенствование конструкции поршня тракторного дизеля // Ю.В. Рождественский, А.А Дойкин, B.C. Мурзин / Вестник Самарского государственного аэрокосмического университета. - 2009. - № 3(19). -

C. 338-341.

10. Мурзин, B.C. Совершенствование рабочего процесса дизелей серии Т для достижения параметров мирового технического уровня / B.C. Мурзин // Двигателестроение. - 2011. - № 2 (244). - С. 17-21.

Материалы международных, всероссийских и региональных конференций

11. Мурзин, B.C. Создание нового перспективного семейства двигателей с турбонаддувом на Челябинском тракторном заводе / B.C. Мурзин // Материалы международной научно-технической конференции «Турбонаддув автомобильных и тракторных двигателей» Протвино, 24-25 июня 2009. - С. 26-29.

12. Расчетная оценка нагруженности картера дизельного двигателя промышленного трактора // B.C. Мурзин, В.А. Романов, С.Б. Сапожников, H.A. Хозе-нюк / Сборник научных трудов международной конференции Двигатель - 2010, посвященной 180-летию МВТУ им. Н.Э. Баумана. - М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана,

С. 14-17.

2010.-С. 71-75.

Мурзин Владимир Станиславович

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ СИСТЕМНЫХ ТЕХНИЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ В БАЗОВЫХ ДИЗЕЛЯХ ПРИ ФОРМИРОВАНИИ МОДЕЛЬНОГО РЯДА

05.04.02 - Тепловые двигатели

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Издательский центр Южно-Уральского государственного университета

Подписано в печать 20.10.2011. Формат 60x84 1/16. Печать цифровая. Усл. печ. л. 0,93.Уч.-изд. л. 1. Тираж 110 экз. Заказ 346/616.

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

Основные обозначения.

ВВЕДЕНИЕ.

Глава 1. ПРОБЛЕМЫ ПОВЫШЕНИЯ ТЕХНИЧЕСКОГО УРОВНЯ

ДИЗЕЛЕЙ.

1.1. Особенности рабочего цикла и тенденции развития дизелей.

1.2. Разработка и производство дизелей за рубежом.

1.3. Принципы повышения технического уровня дизелей.

1.4. Цель и задачи исследования.

Глава 2. ОБОСНОВАНИЕ КОНЦЕПЦИИ И ТЕХНИЧЕСКИХ

РЕШЕНИЙ БАЗОВЫХ ДИЗЕЛЕЙ.

2.1. Основные положения концепции базовых дизелей.

2.2. Базовые дизели как элементы структуры модельного ряда.

2.3. Параметры технического уровня базовых дизелей.

2.4. Принципы организации малотоксичного рабочего цикла в дизелях

2.5. Методы теоретического анализа технических решений.

Глава 3. РАСЧЕТНО - ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ СИСТЕМНЫХ

ТЕХНИЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ.

3.1. Улучшение индикаторных показателей рабочего цикла.

3.2. Разработка системы питания топливом и ее элементов.

3.3. Совершенствование системы газообмена в базовых дизелях.

3.4. Снижение тепловой нагруженности поршня.

3.5. Совершенствование силовой схемы и системы охлаждения картера

3.6. Повышение работоспособности подшипников коленчатого вала.

Глава 4. МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,

СТЕНДОВАЯ УСТАНОВКА И ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ АППАРАТУРА.

4.1. Особенности экспериментальной установки.

4.2. Методика исследования.

4.3. Измерительная аппаратура и оценка погрешности измерений.

Глава 5. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ОЦЕНКА СИСТЕМНЫХ ТЕХНИ

ЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ В БАЗОВОМ ДИЗЕЛЕ.

5.1. Обеспечение заданной мощности базового дизеля.

5.2. Оценка топливной экономичности базового дизеля.

5.3. Удовлетворение требований к экологическим параметрам дизеля

Повышение технического уровня дизелей является важнейшей технико-экономической задачей отечественного двигателестроения. В последнее десятилетие ведущими мировыми производителями в ряд актуальнейших экономических и экологических проблем развития дизелей выдвигаются снижение расхода топлива, выбросов вредных веществ с отработавшими газами (ОГ), шумности и вибрации. Ужесточающиеся обострение мирового энергетического кризиса и экологические нормы по ограничению загрязнения атмосферы активизировали поиск новых технических решений по совершенствованию основных процессов рабочего цикла и устройств их реализации. При этом повышенные требования предъявляются к качеству применяемых топлив. Совершенствование рабочего цикла и процессов его составляющих на основе современных технологий и прогрессивных технических решений позволит обеспечить высокий технический уровень дизелей [1]. Повышение степени автоматизации конструкторско-технологических и производственных процессов на основе математического моделирования позволит обеспечить пониженную удельную стоимость производства дизелей.

Актуальность темы

Оценка технического уровня показывает, что рост удельной мощности следует рассматривать как объективную закономерность, следуя которой необходимо сосредоточить усилия на решении проблем рабочего цикла и его процессов, конструкции и эксплуатационных материалов. Повышение технического уровня включает несколько аспектов: проектирование и производство дизелей с использованием современных передовых технологий, воплощение и развитие в конкретных конструкциях новых и известных апробированных технических решений, использование эксплуатационных материалов повышенного качества.

Достигнутые уровни удельной мощности и топливной экономичности отечественных дизелей несколько уступают аналогичным показателям лучших зарубежных образцов. Это относится и к уровням надежности, ресурса, выбросов вредных веществ, шума и вибрации дизелей. В России ощущается дефицит в отечественных дизелях практически всех типов и назначений, отвечающих требованиям мирового технического уровня. Обилие импортной техники на российском рынке является красноречивым тому подтверждением. Интегрирование России в мировое экономическое сообщество неминуемо приведет к обострению конкурентной ситуации для современных отечественных дизелей с позиций обеспечения высоких технико-экономических показателей во многих важнейших отраслях народного хозяйства и обороноспособности страны. С учетом многообразия областей применения дизелей проблема выхода отечественного дизелестроения на мировой уровень является актуальной и сложной в реализации. Однако резервы в этой области далеко не исчерпаны.

Для этого необходимо использование современных схемных, развитие известных и разработка новых системных технических решений с применением прогрессивных технологий и новых материалов при совершенствовании рабочего цикла, создании корпусных деталей и основных систем, обслуживающих дизель, а также микропроцессорного управления важнейшими процессами высокоэффективного малотоксичного рабочего цикла дизеля с диагностикой его состояния.

Важнейшей проблемой является реализация в условиях отечественного производства передового опыта фирм США, Европы и Японии. Решающим условием решения этой проблемы является использование достижений отечественной науки, существующих и новых технологий и технических решений при создании дизелей с повышенными потребительскими свойствами, характеризуемыми надежностью, расходом топлива, токсичностью ОГ, шум-ностью и вибрацией. Для выполнения этого условия требуется научно-обоснованный анализ и выбор наиболее эффективных технологий, технических средств и решений на основе выполненных экспериментальных исследований и прежде всего отечественного опыта по достижению следующих показателей технического уровня отечественных дизелей: ресурс не менее 15

ООО моточасов; удельный эффективный расход топлива не более 200 г/(кВт-ч); расход масла на угар 0,05.0,1% от расхода топлива; содержание вредных компонентов в отработавших газах и дымность ОГ дизеля должны соответствовать требованиям ГОСТ Р41.96-2005 для внутреннего рынка и Tier 4 (STAGE IV) для экспорта. Достижение этих показателей представляет собой сложную теоретическую и экспериментальную задачу.

Цель работы заключается в повышении технического уровня базовых дизелей при создании модельного ряда с широким диапазоном мощностей за счет совершенствования системных технических решений.

Объектом исследования является система «базовый дизель - механизмы и устройства, его обслуживающие», обеспечивающая соответствие показателей технического уровня современным мировым требованиям.

Предметом исследования являются процессы рабочего цикла, особенности тепломеханической нагруженности деталей, конструкции механизмов, трибосопряжений, корпуса и функционирования основных систем базовых дизелей. Методы исследования. Математическое моделирование внутрицилинд-ровых процессов рабочего цикла, теплообмена и теплопередачи в цилиндре, гидродинамических процессов в трибосопряжениях базового дизеля, а также теплового и напряженно-деформированного состояния деталей с использованием методов конечных элементов. Экспериментальные исследования дизеля и элементов его систем с использованием стандартных и оригинальных измерительной аппаратуры и методов испытаний.

Научная новизна результатов диссертации заключается в следующем:

1 .Теоретически обоснованы и определены показатели эффективности и экономичности базового дизеля новой размерности с открытой камерой сгорания при комплексном изменении: относительного объема, доли объемного смесеобразования, вихревого отношения воздушного заряда в камере сгорания и запальной порции при разделенном впрыскивании топлива. Выявлены закономерности влияния и предложены соотношения между этими параметрами, позволившие, в конечном итоге, существенно улучшить рабочий цикл двигателя.

2. Разработана оригинальная модель системы «корпус - головки цилиндров — поршень - систем охлаждения и газообмена» на основе использования технологии FSI (Fluid-Structure Interaction analysis), объединяющей современные методы механики жидкости и газа, теплофизики и механики деформируемого твердого тела, позволившая комплексно оценить тепломеханическую напряженность базовых узлов дизеля.

Практическая ценность состоит в следующем:

1. Для формирования модельного ряда обоснованы системные положения концепции создания базовых дизелей жидкостного охлаждения новой размерности с заданным диапазоном мощности и метод их осуществления с учетом общности схемных, функциональных и конструктивных решений;

2. Разработана методика расчета показателей эффективности и экономичности дизеля с открытой камерой сгорания с учетом влияния относительного объема, доли объемного смесеобразования, вихревого отношения воздушного заряда камеры сгорания и запальной порции при разделенном впрыскивании топлива;

3. Разработана методика оценки тепломеханических параметров дизеля на основе использования конечно-элементных твердотельных и газожидкостных моделей, позволившая учесть особенности течения газожидкостных потоков для оценки теплового и напряженно-деформированного состояния картера, цилиндропоршневой группы, головки цилиндров, подшипников и в конечном итоге повысить их надежность.

4. Уточнена методика расчета подшипников коленчатого вала, учитывающая отклонения форм поверхностей трения подшипника не только в окружном (некруглость), но и в осевом (нецилиндричность) направлениях, что позволило обосновать технологические отклонения опор и шеек коленчатого вала базового дизеля.

Реализация результатов работы

Результаты работы использованы ООО «ЧТЗ-Уралтрак» при создании конкурентоспособных базовых дизелей жидкостного охлаждения серии Т. В базовых дизелях реализованы системные технические решения по обеспечению основных показателей рабочего цикла, корпусным деталям, основным механизмам и устройствам.

На основе базовых дизелей разработан модельный ряд дизелей жидкостного охлаждения с диапазоном мощностей от 44 до 550 кВт, показатели технического уровня которого отвечают современным требованиям. Разработанные основные положения концепции позволяют совершенствовать параметры и повысить конкурентоспособность дизелей других модификаций.

Результаты диссертационной работы использованы при проектировании основных систем новых дизелей в ОАО «Научно-исследовательский институт двигателей», при сертификационной оценке тракторных дизелей в ОАО «Научно-исследовательский институт автотракторной техники», в учебном процессе кафедры «Двигатели внутреннего сгорания» Южно-Уральского государственного университета.

Апробация работы

Основные результаты диссертационной работы обсуждены и одобрены на региональных, межрегиональных и международных научно-технических конференциях: в Челябинском государственном агроинженерном университете (ЧГАУ, 2008 г); Московском государственном автодорожном техническом университете (МАДИ (ГТУ), 2009 г); МГТУ им. Баумана (2010), ЮжноУральском государственном университете (Челябинск: ЮУрГУ, 2008-2011 гг).; Санкт-Петербург: ВИТУ, 2009 г, Самарском государственном аэрокосмическом университете (Самара: СГАУ, 2011).

Диссертационная работа одобрена на научных семинарах кафедры «Двигатели внутреннего сгорания» ЮУрГУ и кафедры «Тракторы и автомобили» ЧГАА.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 12 работ, в том числе 10 в изданиях, рекомендованных ВАК и 2 в материалах международных конференций.

Структура и объем диссертации.

Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения, библиографического списка (129 источников) и приложения. Диссертация содержит 187 страниц, 32 таблицы, 75 иллюстраций.

Результаты исследования предполагается использовать для разработки рекомендаций для создания ООО «ЧТЗ-Уралтрак» модельного ряда.

4.1. Особенности экспериментальной установки

Испытания проводились на стенде С-67 СЦ АТТ аттестованном для проведения сертификационных испытаний. Стенд оснащен нагрузочным устройством SCHENCK W-700. Установка и закрепление дизеля на испытательном стенде, оборудованном нагружающим устройством, соединение маховика с нагружающим устройством, условия питания топливом выполнены с учетом требований ГОСТ 18509, ГОСТ 7057 и ГОСТ 23734.

Оценка эффективности системных технических решений проводилась на дизеле 4Т371 с механическим регулятором частоты вращения, укомплектованном в соответствии с рекомендациями главы 3 (рис. 4.1).

Рис. 4.1. Дизель 4Т371 с механическим регулятором частоты вращения на испытательном стенде С-67

В остальном дизель укомплектован согласно техническим условиям. В соответствии с ГОСТ 18509 вместо штатного воздухоочистителя для подвода воздуха установлено стендовое устройство, эквивалентное ему по влиянию на мощность дизеля. Вместо штатных глушителя шума выпуска, выпускной трубы и нейтрализатора отработавших газов при отводе отработавших газов использовалось стендовое устройство, эквивалентное им по влиянию на мощность дизеля. Вместо штатных радиаторов систем охлаждения и смазки дизеля использовались стендовые устройства, эквивалентные им по влиянию на мощность и удельный расход топлива. Испытуемый дизель подключался к внешней системе охлаждения стенда, в которой циркуляция охлаждающей жидкости в контуре системы осуществлялась штатным насосом.

В связи с отсутствием радиатора в систему охлаждения устанавливался расширительный бак. В качестве охлаждающей жидкости использовалась вода. Температура охлаждающей жидкости на выходе из дизеля и температура масла в поддоне поддерживались в пределах 90 ± 5 °С. Температура топлива не регулировалась. Результаты анализа физико-химических свойств топлива и смазочного масла, используемых при испытаниях, приведены в табл. 4.1 и 4.2.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Достижение заданного технического уровня базовых дизелей модельного ряда требует прежде всего удовлетворение экологических требований по выбросам вредных веществ с отработавшими газами, повышение топливной экономичности и параметров надежности, тесно связанных с вопросами снижения тепломеханической нагруженности основных деталей.

Актуальной проблемой отечественного и зарубежного дизелестроения является совершенствование элементов, образующих внутрицилиндровое пространство, процессов смесеобразования и сгорания топлива в целях снижения выбросов вредных веществ отработавшими газами и повышения топливной экономичности. Решением этой проблемы в дизелях с наддувом и открытыми камерами сгорания являются минимизация пассивного и интенсификация процесса смешения элементами активного (камеры сгорания) объемов внутрицилиндрового пространства, оптимизация вихревого отношения воздушного потока совершенствованием конфигурации впускного канала. При этом обеспечивается увеличение доли топлива, участвующей в "объем-, ном смесеобразовании, мелкомасштабной турбулентностью элементов смеси в области контакта со стенкой и распада топливного факела.

Исследованиями открытых камер сгорания в дизелях накоплен большой практический опыт, позволяющий выделить наиболее существенные из них для интенсификации смесеобразования и сгорания топлива. Без мероприятий по интенсификации вихревого движения воздушного заряда, совершенствованию элементов открытой камеры сгорания, уменьшения пассивного объема пространства сжатия и управления процессом впрыскивания топлива требуемые топливная экономичность и содержание вредных веществ в отработавших газах дизелей становятся труднодостижимыми. В этой связи определены дополнительные резервы по повышению эффективности смесеобразования и сгорания совершенствованием системных технических решений.

На топливную экономичность и выбросы вредных веществ отработавшими газами дизеля оказывает влияние множество конструктивных факторов. Это форма меридионального сечения впускного канала, определяющая вихревое отношение воздушного заряда, и элементы пассивного объема пространства сжатия: подклапанные выточки, надпоршневой и боковой зазоры головки поршня, зазор в газовом стыке блока и головки цилиндров, глубина расположения верхнего компрессионного кольца от днища поршня. Долю объемного смесеобразования определяют элементы активного объема (камеры сгорания) пространства сжатия: наклон вертикальной стенки, диаметр горловины, глубина камеры и профиль днища и т.п. Эти факторы различаются эффективностью в достижении заданных уровней топливной экономичности и выбросов вредных веществ с ОГ.

В результате анализа способов снижения расхода топлива и выбросов вредных веществ с ОГ выяснено, что уровень минимизации пассивного и интенсификации мелкомасштабной турбулентности элементами активного объемов пространства сжатия в цилиндре является строго индивидуальным для ' '• << дизеля новой размерности с наддувом и открытой камерой сгорания. Эффективность рассматриваемых способов оценена теоретически с использованием современных методов математического моделирования и проверена экспериментально в дизеле новой размерности. Теоретическая оценка эффективности рассматриваемых способов выполнена математическим моделированием рабочего цикла с учетом особенностей и характера изменения кинетических констант процесса сгорания топлива при различных способах смесеобразования.

Достижение требуемых параметров надежности, тесно связанных с вопросами снижения тепломеханической нагруженности основных деталей дизеля, в частности поршня, картера, головки цилиндров и подшипников коленчатого вала. Указанное обеспечивается применением локального охлаждения поршня и совершенствованием системы охлаждения за счет оптимизации распределения и интенсификации потоков жидкости в «рубашке» охлаждения. При этом особенности теплообмена газов и жидкостей с твердым телом, адаптированные к условиям теплообмена в поршне и картере, включая головку цилиндров, конкретного дизеля, позволили осуществить математическое моделирование температурного и напряженно-деформированного состояния последних методом конечных элементов.

Совершенствование основных трибосопряжений коленчатого вала выполняется оптимизацией подвода и распределения смазочного масла, а также основных размеров вкладышей.

Экспериментальные исследования включали определение результирующих показателей рабочего цикла дизеля при работе по нагрузочным характеристикам на частотах вращения коленчатого вала, соответствующих режимам номинальной мощности и максимального вращающего момента.

Моторными исследованиями дизеля 4Т371 по нагрузочным характеристикам определена эффективность минимизации пассивного, интенсификации мелкомасштабной турбулентности элементами активного объемов пространства сжатия и оптимизации вихревого отношения воздушного отношения по повышению топливной экономичности рабочего цикла и снижению выбросов вредных веществ с отработавшими газами.

В результате выполненного диссертационного исследования можно предложить следующие рекомендации и выводы:

1. Теоретически обоснованы параметры дизеля с открытой камерой сгорания при комплексном изменении: относительного объема, доли объемного смесеобразования, вихревого отношения воздушного заряда в камере сгорания и запальной порции при разделенном впрыскивании топлива. Выявлены закономерности влияния и предложены определенные соотношения между этими параметрами, позволившие, существенно улучшить рабочий цикл двигателя.

2. Поставлена и решена задача тепломеханического расчета системы базовых деталей и узлов с созданием оригинальной комплексной СББ модели на основе использования твердотельных и газожидкостных конечно элементных моделей системы «корпус-головки цилиндров-поршень-системы охлаждения и газообмена», позволившая на стадии доводки разработать эффективные конструктивные мероприятия и увеличить надежность дизеля

3. Обоснованы системные положения концепции создания базовых дизелей жидкостного охлаждения нового модельного ряда с заданным диапазоном мощности и с учетом общности схемных, функциональных и конструктивных решений. Определены показатели эффективности и экономичности базового дизеля нового модельного ряда для дорожно-строительных и тяговых машин класса 10-50 т.

4. Математическим моделированием рабочего цикла дизеля 4Т371 установлено:

-увеличение отношения \УУС, до 0,75 (на 15 %) обеспечило повышение топливной экономичности, оцениваемой удельным индикаторным расходом топлива на 3,8 %;

- увеличение доли топлива ст, участвующей в объемном смесеобразовании, в открытой камере сгорания до 0,95 (на 18,7 %), повысило топливную

V 4 экономичность на 2,3 %; ." V д *

- величина запальной порции при разделенном впрыскивании топлива, обеспечивающая снижение максимальных давления на 5,3 %, скорости нарастания давления на 32 % и температуры на 8 % цикла без ухудшения топливной экономичности составляет 16 ± 2% от общей цикловой подачи.

5. Повышение интенсивности вихревого движения воздушного потока (вихревого отношения до 2,0) в открытой камере сгорания, позволило уменьшить удельный эффективный расход топлива ge на 3,0.3,5 г/кВтч и выбросы вредных веществ ОГ: сажи - на 13. 15 % по шкале Хартриджа и окиси азота - на 7. .9 %.

6. Математическим моделированием теплового и напряженно-деформированного состояния на режиме номинальной мощности установлено:

- применение галерейного масляного охлаждения поршня сопровождается снижением максимальных температур поршня на 18 %;

- изменения конструкции блок-картера, выполненные на основании анализа тепловых полей, позволили улучшить охлаждение гильз крайних цилиндров и головок, снизить температуры огневого днища и выпускных каналов на 18-20%, снизить максимальные тепловые напряжения в 1,85 раза;

- конструктивные решения по снижению максимальных напряжений, возникающих в результате совместного действия теплового и силового нагружений, позволили снизить максимальное по блок-картеру значение первых главных напряжений в 1,7.2 раза.

7. Анализом работоспособности подшипников коленчатого вала определены оптимальные геометрические параметры трибосопряжений, предельные значения допусков на форму поверхностей трения и осевые отклонения шеек и подшипников коленчатого вала, схемы подачи смазки в подшипники, а также определены классы вязкости масел для использования в базовых дизелях. Это позволяет в среднем на 20% улучшить значения важнейших гидромеханических характеристик и обеспечить требуемый ресурс тяжелонагру-женных подшипников коленчатого вала.

8. Реализация системных технических решений на дизеле 4Т371 обеспечила на номинальном режиме работы снижение удельного эффективного расхода топлива §е на 5.7 г/кВтч и выбросов вредных веществ ОГ: сажи -на 10. 15 % по шкале Хартриджа и окиси азота-на 7.9 %.

1. Алексеев, В.П. Физические основы процессов в камерах сгорания поршневых ДВС/В.П. Алексеев, Д.Н. Вырубов.-М.: МВТУ, 1977.-84 с.

2. Астахов, И.В. Подача и распиливание топлива в дизелях / И.В. Астахов, В.И. Трусов, A.C. Хачиян, JI.H. Голубков. М.: Машиностроение, 1972.-359 с.

3. Бакунин, В.Н. Высокоэффективные модификаторы трения на основе наноразмерных материалов/ В.Н. Бакунин, Г.Н. Кузьмина, О.П. Паренго // Трение, износ, смазка. 2009. - Том 12. - № 40. - С. 10-15.

4. Белоусов, В.Н. Повышение конкурентоспособности дизеля Д-160 промышленного трактора Т-130 применением нового процесса смесеобразования / В.Н. Белоусов, М.С. Гиттис, JI.H. Басистый // Тракторы и сельскохозяйственные машины.- 1993.- №4.- С. 11-13.

5. Беркович, И.И. Трибология. Физические основы, механика и технические приложения: Учебник для вузов / И.И Беркович, Д.Г. Громаковский; под ред. Д.Г. Громаковского. Самар. гос. техн. ун-т. Самара, 2000. - 268 с.

6. Бояршинова, А.К. Мурзин, В. С. Обоснование предельных значений ' допусков для шатунных и коренных подшипников коленчатых валов дизельных двигателей //А.К. Бояршинова, B.C. Мурзин, Д.С. Бобин / Тракторы и сельхозмашины, № 11. 2010. - С. 30-33.

7. Бордуков, В.В. Исследование влияния закрутки заряда на показатели рабочего процесса высокооборотного дизеля / В.В. Бордуков // Экспериментальные и теоретические исследования по созданию новых дизелей и агрегатов.- Л., 1980.- С. 31-42. (Тр. ЦНИДИ).

8. Брозе Д.Д. Сгорание в поршневых двигателях- М.: Машиностроение, 1969.-267 с.

9. Бунов, В.М. Исследование влияния составляющих надпоршневого объема на экономические показатели дизеля / В.М. Бунов, В.Д. Лукин, М.С. Гитис // Исследование силовых установок и шасси транспортных и тяговых машин. Челябинск, 1987. - С.32-37. - (Тр. ЧПИ).

10. Взоров Б.А., Мордухович М.М. Форсирование тракторных двигателей. М.: Машиностроение, 1974. - 151 с.

11. Взоров Б.А., Адамович A.B., Арабян А.Г. и др. Тракторные дизели.-М.: Машиностроение, 1981. 535 с.

12. Вибе И.И. Новое о рабочем цикле двигателей. М. - Свердловск: Машгиз, 1962.-271 с.

13. Воинов А.Н. Сгорание в быстроходных поршневых двигателях. — М.: Машиностроение, 1977,- 277 с.

14. Володин, В.М. Методика и результаты исследования впускных каналов автотракторных дизелей / В.М. Володин, Б.Н. Давыдков // Тракторы и сельхозмашины 1976- № 9-С. 16-19.

15. Володин В.М. Исследование воздушных потоков в камере сгорания типа ЦНИДИ. Дис. канд.техн.наук: 05.04.02. Защищена 20.06.69. - МА-МИ.-1969.- 108 с.

16. Володин, В.М. Исследование и сравнительный анализ камер сгорания полуразделенного типа для дизеля 8ДВТ-330 / В.М. Володин, Е.А. Лазарев, С.А. Жуковский и др. // Тракторы и сельхозмашины. 1977. - № 4. -С. 8-10.

17. Вырубов, Д.Н. Проблемы совершенствования процессов смесеобразования и сгорания в дизелях / Д.Н. Вырубов // Рабочие процессы в ДВС. -М., 1978. С. 56-64. - (Тр. МАДИ).

18. Гаврилов Б.Г. Химизм предпламенных процессов в двигателях.- JL: ЛГУ, 1970.- 181 с.

19. Гаврилов, К.В. Применение алгоритма сохранения массы при расчете гидромеханических характеристик и оптимизации конструктивных параметров сложнонагруженных подшипников скольжения. Дисс. канд. тех. наук. - Челябинск, 2006. - 157 с.

20. Гальговский, В.Р. Влияние отношения объема камеры сгорания к объему сжатия на показатели рабочего процесса дизеля / В.Р. Гальговский, Н.И. Бессонов, Т.Р. Филипосянц // Автомобильная промышленность,- 1981. -№ 7. С.5-8.

21. Гальговский, В.Р. Тепловые потери в камере сгорания дизеля с непосредственным впрыском / В.Р. Гальговский // Двигателестроение. -1983.-№6.-С. 53-58.

22. Горбунов, В.В. Токсичность двигателей внутреннего сгорания / В.В. Горбунов, H.H. Патрахальцев. М.: Изд-во Российского университета дружбы народов, 1998. - 216 с.

23. Гитис, М.С. Токсичность тракторного дизеля и возможности ее снижения / М.С. Гитис, Л.Н. Басистый, Е.В. Бунова // Исследование силовых установок и шасси транспортных и тяговых машин. Челябинск, 1991. - С.3-8. - (Тр. ЧГТУ).

24. Гиттис, М.С. Совершенствование камеры сгорания тракторного дизеля / М.С. Гиттис// Научно-технические достижения и передовой опыт в области с.-х. и тракторного машиностроения. Инф. сб. М.: ЦНИИТЭИтракторо-сельхозмаш. Вып. 5,1 -44,1991-С. 9-14.

25. Грехов, Л.В. Топливная аппаратура и системы управления дизелей / Л.В. Грехов, H.A. Иващенко, В.А. Марков. М.: Легион-Автодата, 2004. -176 с.

26. Двигатель внутреннего сгорания. A.c. 1453070 СССР, М.КлЗ. F02B 23/06 / Е.Г. Пономарев, JI.H. Басистый, О.Б. Рябиков, М.С. Гитис, М.Н. Клинкевич, В .А. Поваляев № 4245579/25-06. Заявлено 14.05.87. Опубл. 23.01.89. Бюл. № 3.-2 е.: ил.

27. Двигатели внутреннего сгорания. Конструирование и расчет на прочность поршневых и комбинированных двигателей / Под ред. A.C. Орли-на и М.Г. Круглова. М.: Машиностроение. 1984. - 383 с.

28. Динамика и смазка трибосопряжений поршневых и роторных машин. Часть 1: монография / В.Н. Прокопьев , Ю.В. Рождественский, В.Г. Караваев и др. Челябинск: Издательский центр ЮУрГУ, 2011. - Ч. 1. - 136 с.

29. Драгунов, Г.Д. Исследование рабочего цикла двигателя Д-160 при форсировании наддувом / Г.Д. Драгунов, JI.K. Зайцев, В.В. Егоров // Автомобили, тракторы и двигатели. Челябинск, 1974. - С. 166-170. - (Тр. ЧПИ, № 148).

30. Еникеев Р. Д. Повышение эффективности и экологических показателей ДВС газодинамическими методами: дисс.докт. техн. наук / Р.Д. Еникеев. Уфа, 2009. - 290 с.

31. Завлин М.Я. К вопросу о связи динамики выделения тепла с развитием сгорания во времени и пространстве камеры / М.Я. Завлин // Рабочие процессы дизелей. -JI. 1975. - С. 48- 52. - (Тр. ЦНИДИ, № 67).

32. Зайцев JI.K. Исследование рабочего цикла при форсировании тракторного дизеля с использованием математического моделирования.- Дис. .канд. техн. наук: 05.04.02. Защищена 18.12.78. - Челябинск, ЧПИ. -1978.-190 с.

33. Захаров, В.И. Создание федерального научно-технического центра развития двигателестроения / В.И. Захаров, B.C. Мурзин, Ю.В. Рождественский, А.П. Маслов // Транспорт и связь Российской Федерации, 2010. № 1. -С. 13-17.

34. Звонов В.А. Токсичность двигателей внутреннего сгорания. М.: Машиностроение, 1973.-200 с.

35. Зельдович Я.Б., Садовников П.Я., Франк-Каменецкий Д.А. Окисление азота при горении. М.: Академия наук СССР, 1947.

36. Иванченко H.H., Семенов Б.Н., Соколов B.C. Рабочий процесс дизелей с камерой в поршне.- JL: Машиностроение, 1972.-231 с.

37. Иванченко H.H., Балакин В.И. Проблемы высокого наддува дизелей // Двигателестроение. 1979. - № 1. - С. 11-13.

38. Иващенко, H.A. Математическое моделирование процессов в ДВС / H.A. Иващенко, A.C. Кулешов. Протвино: МНТК «Турбонаддув автомобильных и тракторных двигателей» 24-25 июня 2009 - С. 5-8

39. Иванченко H.H., Красовский О.Г., Соколов С.С. Высокий наддув дизелей. JL: Машиностроение, 1983. - 198 с.

40. Изенбург Р., Мюнценмей М., Кулл X. Дизельная аккумулирующая система впрыскивания COMMON RAIL/ Учебное пособие. (Перевод с немецкого). Челябинск, 2003. 75 с.

41. Камера сгорания дизеля. A.c. 1100415 СССР, F02B 23/06 / В.М.Володин, Е.А.Лазарев (СССР). № 3549007/25-06. Заявлено 04.02.83. Опубл. 30.06.84. Бюл. № 24. - л.\2 е.: ил. " я/4 , f •

42. Костин А.К., Ларионов В.В., Михайлов Л.И. Теплонапряженность двигателей внутреннего сгорания. Справочное пособие.-Л.Машиностроение. 1979. - 222 с.

43. Кухаренок Г.М. Рабочий процесс высокооборотных дизелей. Методы и средства совершенствования. Минск: БГПА, 1999. - 180 с.

44. Лаврик, А.Н. Расчет и анализ рабочего цикла ДВС на различных то-пливах: монография / А.Н. Лаврик. Иркутск: Изд-во Иркут. ун-та, 1985. -104 е., ил.

45. Лазарев, Е.А. Совершенствование процесса сгорания топлива изменением относительного объема камеры сгорания в поршне тракторного дизеля / Е.А. Лазарев, М.С. Гитис, Е.Г. Пономарев//Двигателестроение.-1990.- № 3.- С. 39-40.

46. Лазарев, Е.А. Основные принципы, методы и эффективность средств совершенствования процесса сгорания топлива для повышения технического уровня тракторных дизелей: монография / Е.А. Лазарев. Челябинск: Издательский центр ЮУрГУ-2010.-289 с.

47. Лазарев, В.Е. Улучшение теплового состояния распылителя топливоподающей форсунки тракторного дизеля использованием заградительного экранирования: дис. . канд. техн. наук / В.Е. Лазарев. Челябинск, 1998. — 225 с.

48. Лившиц Д.И. Роль основных факторов смесеобразования при управлении процессом сгорания в дизелях // Двигатели внутреннего сгорания. Харьков, 1971. - Вып. 14,- С. 19-25.-(Тр. ХГУ).

49. Луканин, В.Н. Двигатели внутреннего сгорания. В 3-х книгах. Кн. 2. Динамика и конструирование: Учебник для вузов / В.Н. Луканин, И.В. Алексеев, М.Г. Шатров и др.; под ред. В.Н. Луканина и М.Г. Шатрова. 3-е изд. перераб - М.: Высш. шк., 2007. - 400 с.

50. Маслов, А.П. Профилирование и результаты исследований работы поршней с трибологическим профилем / А.П. Маслов, B.C. Мурзин // Двигателестроение, 2008. № 3 (233). - С. 13-17.

51. Маслов А.П., Повышение технического уровня дизелей оптимизацией геометрических параметров поршней. Дисс.канд.техн.наук. - Челябинск, 1999.-159 с.

52. Матиевский Д.Д. Исследование тепловыделения и показателей работы тракторного дизеля Ч 13/14 с полуразделенной камерой сгорания. Ав-тореф. дис. канд.техн.наук. Л.: ЛПИ. - 1972. - 24 с.

53. Матиевский Д.Д. Влияние степени эффективного использования воздушного заряда цилиндра дизеля на сажевыделение и индикаторный КПД // Двигателестроение. 2004. - №2. - с. 53-56.

54. Мозер, Франц К. Тенденции и решения в разработке коммерческих дизелей / Франц К. Мозер. Протвино: МНТК «Турбонаддув автомобильных и тракторных двигателей» 24-25 июня 2009.

55. Мурзин, B.C. Эффективность разделенного впрыскивания топлива в камеру сгорания дизеля / B.C. Мурзин, А.П. Маслов, Е.А. Лазарев // Двигате-лестроение, 2008. -№ 3 (233).- С. 13-17.

56. Мурзин, B.C. Температурное состояние поршней различных конструкций в дизеле с неразделенной камерой сгорания / B.C. Мурзин, А.П. Маслов, Е.А. Лазарев, В.Н. Прокопьев // Двигателестроение, 2009 № 1 (235). -С. 6-9.

57. Мурзин, B.C. Развитие двигателестроения на ЧТЗ / B.C. Мурзин // Двигателестроение, 2008.- № 2 (232). С. 6-9.

58. Мурзин, B.C. Малолитражные дизельные двигатели ЧТЗ /

59. B.C. Мурзин, Б.А. Мурдасов, В.А. Карасев, A.A. Храмцов // Двигателестроение, 2008. № 3 (233). - С. 13-17. /i К

60. Мурзин, B.C. Расчетная оценка нагруженности картера дизельного двигателя промышленного трактора / B.C. Мурзин, В.А. Романов,

61. C.Б. Сапожников, H.A. Хозенюк // Сборник научных трудов международнойt %лконференции Двигатель 2010, посвященной 180-летию МВТУ им. Н.Э. Баумана. - М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2010. - С. 71-75.

62. Мурзин, B.C. Совершенствование рабочего процесса дизелей серии Т для достижения параметров мирового технического уровня / B.C. Мурзин // Двигателестроение 2011. №2 (244). - С. 17-21.

63. Некрасов С.О., Диденко А.А., Бирюк В.В. Использование пакета STAR-CD в задачах гидрогазодинамики. Часть 1. (начальный курс). СГАУ. Самара 2006. 125 с.

64. Новоселов A.JL, Русаков В.Ю. Влияние организации движения воздушного заряда на вредные выбросы дизелей // Совершенствование быстроходных дизелей. Межвуз. сб. науч. трудов. Барнаул. - 1991. - С. 165-171.

65. Никишин В.Н. Формирование и обеспечение качества автомобильного дизеля. // Наб. Челны, 2006. 452 с.

66. Прокопьев, В.Н. Влияние на гидромеханические характеристики сложнонагруженных подшипников скольжения неклуглостей цапфы и вкладыша / В.Н. Прокопьев, А.К. Бояршинова // Вестник ЮУрГУ. Серия «Машиностроение». 2008. - Вып. 12. - № 23(123). С. 4-12. /

67. Прокопьев, В.Н. Гидромеханические характеристики коренных подшипников коленчатого вала двигателя 4Т371 / В.Н. Прокопьев, Ю.В. Рождественский, К.В. Гаврилов, B.C. Мурзин // Двигателестроение, 2008. №2 (232).- С.

68. Прокопьев, В.Н. Термогидродинамическая задача смазки сложнонагруженных опор скольжения неньютоновскими жидкостями / В.Н. Прокопьев, В.Г. Караваев // Вестник ЮУрГУ. Серия Машиностроение. 2003. - №1 (17), вып.З.-С. 56-66.

69. Перлов, M.JI. Исследование тепловой и механической напряженности охлаждаемого поршня с камерой сгорания ЦНИДИ дизеля форсированного наддувом / M.JI. Перлов. Дис. .канд. техн. наук: 05.04.02. - Защищена 26.05.83 - Ленинград, ЦНИДИ.- 1983.- 232 с.

70. Петрученко А.Н. Согласование параметров камеры сгорания и топливных факелов в малогабаритном быстроходном дизеле. Автореф. дис. . канд. техн. наук. Минск: БГПА, 1998. - 19 с.

71. Петриченко P.M. Физические основы внутрицилиндровых процессов в двигателях внутреннего сгорания. Л.: ЛГУ, 1983. - 244 с.

72. Пономарев Е.Г. Снижение токсичности и дымности тракторных дизелей воздействием на процессы смесеобразования и сгорания. Автореф. дис. канд.техн.наук. М.: МВТУ, 1983. - 18 с.

73. Поршень. A.c. 979679 СССР, М.КлЗ. F02F 3/20 / Е.А. Лазарев, В.С.Кукис, Л.В.Кривошеина (СССР) № 3254584/25-06. Заявлено 04.03.81. Опубл. 07.12.81. Бюл. № 45. - 3 е.: ил.

74. Розенблит Г.Б. Теплопередача в дизелях. -М.:Машиностроение, 1977.-216 с.

75. Рождественский, Ю.В. Связные задачи динамики и смазки сложно-нагруженных опор скольжения: дисс.докт. техн. наук / Ю. В. Рождественский. Челябинск, 1999. - 347 с.

76. Рождественский, Ю. В. Совершенствование конструкции поршня тракторного дизеля // Ю. В. Рождественский, A.A. Дойкин, В. С. Мурзин /Вестник Самарского государственного аэрокосмического университета, № 3(19), 2009. С. 338-341.

77. Русаков, В.Ю. Результаты исследований параметров рабочего процесса дизеля с различными камерами сгорания / В.Ю. Русаков, В.А. Вагнер // Труды факультета пищевых производств. Сб. статей АлтГТУ им. И.И. Пол-зунова. Барнаул, 1994. - 40 с.

78. Свиридов Ю.Б. Смесеобразование и сгорание в дизелях. Л.: Машиностроение, 1972. - 222 с.

79. Седелев, К.П. Методика синтеза рабочего цикла газодизеля с комбинированным смесеобразованием / К.П. Седелев, Д.К. Алексеев, А.Н. Лаврик и др. // Автомобильная техника / Силовые установки. Челябинск, 1998.-Вып.7. - С. 114-123. - (Тр. ЧВВАИУ).

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

81. Семенов, Б.Н. Задачи повышения топливной экономичности дизелей и пути их решения / Б.Н. Семенов, H.H. Иванченко // Двигателестроение. 1990. -№ 11.-С. 3 -7.

82. Смайлис В.И. Малотоксичные дизели. Л.: Машиностроение, 1972. -128 с.

83. Смайлис, В.И. Современное состояние и новые проблемы экологии дизелестроения / В.И. Смайлис // Двигателестроение. 1991. - № 1. - С.3-6.

84. Суркин, В.И. Смазка тракторных дизелей: Монография / В.И. Сур-кин, Челябинск. 2009. - 226 с.

85. Ханин Н.С., Аболтин Э.В., Лямцев Б.Ф. и др. Автомобильные двига- -тели с турбонаддувом. - М.: Машиностроение, 1991. - 336 с.

86. Хачиян A.C., Гальговский В.Р., Никитин С.Е. Доводка рабочего про- '4 цесса автомобильных дизелей. -М.: Машиностроение, 1976. 105 с.

87. Федышин, В.И. Современные тенденции развития дизелестроения за рубежом / В.И. Федышин // Двигателестроение. 1985. - № 11. - С. 48-51.

88. Фомин, В.М. Перспективный малотоксичный дизель с двухстадийным способом смесеобразованием / В.М. Фомин, И.В. Ермолович, В.Е. Тимофеев, Н.И. Носков // Тракторы и сельскохозяйственные машины. -2001. № 12. - С.20-22.

89. Шароглазов Б.А., Фарафонтов М.Ф., Клементьев В.В. Двигатели внутреннего сгорания: теория, моделирование, расчет процессов. Издательство ЮУрГУ. Челябинск. — 2004.-344 с.

90. Шатров М.Г., Алексеев И.В., Богданов С.Н. Автомобильные двигатели. М.: Академия. — 2011. — 256 с.

91. Чернышев Г.Д., Хачиян A.C., Пикус В.И. Рабочий процесс и тепло-напряженность деталей двигателей. М.: Машиностроение. -1986. 216 с.

92. Чайнов Н.Д., Заренбин В.Г., Иващенко H.A. Тепломеханическая на-груженность деталей двигателей.- М.: Машиностроение, 1977. 153 с.

93. Чайнов Н.Д., Иващенко H.A., Краснокутский А.Н., Мягков JI.JI. Конструирование двигателей внутреннего сгорания. М.: Машиностроение, 2011.495 с.

94. Эфрос В.В. Перспективы развития двигателей в тракторном и комбайновом машиностроении / В.В. Эфрос // Двигателестроение. 1985. - № 11.-С.З-5.

95. Anisitis F., Ypma М., Hiemesh О. Leistungssteigerung an MWM -Saugmo-toren D226 mit Hilfe verbrennungstechnischer Maßnahmen. MTZ, 41 (1980) 9.-S.387.

96. Ball W.F. Einflüsse der Einspritzdruckes auf die Verbrennung bei Dieselmotoren mit Direckteinspritzung ohne Luftdrall. MTZ, 42 (1981) 4, S. 141-149.

97. Barthelma L., Spindler W., Woschni G. Messung der ortlichen Luftbewegung im Brennraum eines direckteinspritzenden Dieselmotors. MTZ, 44 (1983) 2, S. 67.

98. Das, S. On the steady-state performance of misaligned hydrodynamic journal bearing lubricated with micropolar fluids / S. Das, S.K. Guha, A.K. Chat-topadhyay // Tribology International. 2002. - V.35. - P. 201-210.

99. Diesel-Einspritztechnik / Bosch. Chefred.: Ulrich Adler. 1. Ausg. -Dusseldorf: VDI-Verl., 1993, 201 s.

100. Ekkert K., Kowalewicz A. Einfluß des Foderbegigungs der Einspritzung auf die Abgasemissionen bei Dieselmotoren. MTZ, 42 (1981) 4, S. 153-157.

101. Garg, H.C. Thermohydrostatic analysis of capillary compensated symmetric hole-entry hybrid journal bearing operating with non-Newtonian lubricant / H.C. Garg, Vijay Kumar, H.B. Sharda / Industrial Lubrication and Tribology. -2009. V.61 1 .-P. 11-21.

102. Isenburg, R. Diesel-Speichereinspritzsystem Common Rail: Techn. Unterrichtung, 2. Ausgabe, Nov. / R. Isenburg, M. Munzenmay, H. Kull // Stuttgart: Robert Bosch GmbH. 1998. - 49 s.

103. Kammerdiener, T. A new common rail concept with pressure modulated injection / T. Kammerdiener, L. Burgler, P. Herzog // ImechE, 1998.

104. Kraftfahrzeugmotoren Auslegung und Konstruktion / Autorenkoll. Martin Behrens .. Hrsg. von Volkmar Kuntscher- l.Aufl - Berlin: Verl. Technik, 1987.-720 S.

105. Leonhard, R. Druckubersetztes Common-Rail-System fur Nutzfahrzeuge / R. Leonhard, M. Parche, C. Alvarez-Avila, J. Krauss, B. Rosenau // MTZ 70 (2009) Nr. 5.-S. 368-375.

106. Meyer, S. Ein flexibles Piezo-Common-Rail-System mit direktgesteuerter Dusenadel / S. Meyer, A. Krause, D. Krame, G.P. Merler // MTZ 63 (2002) Nr. 2.-S. 86-93.

107. Neitz A., Muller E. Abgasverbesserung an M.A.N. Fahrzeugdieselmotoren durch gesteuerte Einspritzung. MTZ, 43 (1982) 9, S. 389-392.

108. Pischinger F., Schmidt G. Untersuchung über Möglichkeiten zurPro-zeB-verbesserung bei Verbrennungsmotoren. MTZ, 37 (1976) 4, S. 127-130.

109. Hirani, H. Lubricant shear thinning analysis of engine journal bearings / H. Hirani, K. Athre, S. Biswas // Tribology Transactions. 2001 .-V.44. - P. 125-131.

110. Saito T. et al. Effect of combustion chamber geometry on diesel combustion, SAE Paper 861186, 1986.

111. Sakata I. et al. Development of Toyota reflex burn /TRB/ system in DI diesel, SAE Paper 900658, 1990.

112. Taylor, R.I. Lubrication, Tribology & Motorsport/ SAE Paper 2002-013355 Society of Automotive Engineers, Detroit. 2002.

113. Williamson, B.P. The viscoelastic properties of multigrade oils and their effect on journal-bearing characteristics / B.P. Williamson, K. Walters, T.W. Bates, R.C. Coy, A.L. Milton // J. Non-Newtonian Fluid Mech. 1997.- V.73. - P. 115-126.

114. Woschni G., Anisitis F. Eine Methode zur Vorausberechnung der Änderung des Brennverlaufs mittelschnellaufen der Dieselmotoren bei geänderten Betriebs-bedingungen. MTZ, 34 (1973) 4.

115. Scharp R. Verschraubte Nutzfahrzeugkolben für die Euro-6-Norm und folgende. MTZ, 02 (2009) 07. S. 138-143.

116. Merker G. P., Delebinski T. Dieselmotorische Einspritzverlaufsformung mit Hilfe optischer Messsysteme. MTZ, 09 (2007) 13. S. 726-733.

117. Egermann J., Leipertz A. Lokales Luft-Kraftstoff-Verhältnis während•v 'des Verdampfungsprozesses eines Einspritzstrahls unter dieselmotorischen Bedingungen. MTZ, 10 (2001) 12. S. 846-854.

118. Yurusoy. Numerical method in the analysis of sider bearing with Power-law fluid / Yurusoy, Bayrakceken // Appl. math, and comp.-2005.-V.162.- P.491-501.

119. Zhang, C. Transient Non-Newtonian Thermohydrodynamic Mixed Lubrication of Dynamically Loaded Journal Bearings / C. Zhang, H.S. Chang. // Transactions of the ASME. 2000. - V.122.-P.156-161.

120. На основании значительных теоретических и экспериментальных исследований автором предложены и внедрены мероприятия по повышению технического уровня нового модельного ряда тракторных дизелей.

121. Зав. кафедрой «Тракторы и автомобили» ЧГАА, докт. техн. наук, профессор, заслуженный работник ВШ РФ1. В.И. Суркинй

122. УТВЕРЖДАЮ Директор координационногоцентра дизелестроения ■ОСЮ «ЧТЗ-УРАЛТРАК»

123. Акт использования результатов научно-исследовательской работы

124. Предложенные технические решения позволяют повысить параметры разрабатываемых дизельных двигателей серии "Т" до уровня, соответствующего требованиям госконтракта.

125. Помощник директора ООО «СКВ «ДСМ», ученый секретарь НТС ООО «ЧТЗ-УРАЛТРАК», кандидат технических наук

126. Главный инженер Дивизиона дизельных двигателей1. Г. П. Мицин1. В.Ю. Черняев1. Утверждаю

127. Генеральный директор ОАО «НИИД»

128. Кандидат технических наук,1. Троицкий Н.И.1. ЗЛ «25» октября 2011г.1. СПРАВКА

129. Наряду с этим, разработанная Мурзиным B.C. концепция использованапри выполнении научно-исследовательских работ по грантам Министерства образования и науки РФ (2009-2011 г.г., 2010-2012 г.г.).

130. Зав.каф. ДВС д.т.н., проф.1. В.Е. Лазаревт/