автореферат диссертации по энергетическому, металлургическому и химическому машиностроению, 05.04.02, диссертация на тему:Улучшение топливно-экономических и энергетических показателей дизеля оптимизацией температурного режима

На правах рукописи

Агапов Дмитрий Станиславович

Улучшение топливно-экономических и энергетических показателей дизеля оптимизацией температурного режима.

Специальность: 05.04.02-тепловые двигатели.

Автореферат

диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург-2004

Работа выполнена в ФГОУ ВПО «Санкт-Петербургский Государственный аграрный университет»

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Николаенко Анатолий Владимирович.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Петриченко Михаил Романович;

доктор технических наук, профессор Ложкин Владимир Николаевич.

Ведущая организация: Государственное научное учреждение «СевероЗападный научно-исследовательский институт механизации и электрификации сельского хозяйства» РАСХН.

Защита диссертации состоится у.26» Нол 2004 г. в

мин. на заседании диссертационного совета Д.220.060.05 в Санкт-Петербургском государственном аграрном университете по адресу: 196605, Санкт-Петербург, г. Пушкин, Академический проспект, д. 23, ауд. 2529.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Санкт-Петербургского государственного аграрного университета.

Автореферат разослан

Учёный секретарь диссертационного совета д.т.н., профессор

2004 г.

Соминич. А. В.

Общая характеристика работы

Актуальность проблемы.

Основной задачей современного двигателестроения является дальнейшее повышение эффективности силовых установок различного назначения при одновременном уменьшении их массогабаритных показателей, уменьшение расхода топлива. Определенную роль в решении этой задачи может выполнить система охлаждения.

Одним из возможных путей решения этой проблемы является разработка высокофорсированных дизелей с уменьшенными потерями теплоты в охлаждающую жидкость. Самостоятельное дополнительное значение данная проблема приобретает для тракторных дизелей, поскольку снижение тепловой нагруженности систем охлаждения позволяет уменьшить массу и габариты жидкостных охладителей и, следовательно, моторной установки в целом, что непосредственно связано с расширением возможностей агрегатирования с сельхозмашинами. Последнее особенно важно для стран с жарким климатом, в частности для Ирака, где двигатели зачастую длительно эксплуатируются при температуре окружающей среды выше 45 °С.

Поскольку температурный режим существенным образом определяет не только конструкцию, ни и эксплуатационные качества тракторных энергетических установок, поэтому его оптимизация представляет собой крупную научно-техническую проблему, имеющую важное народнохозяйственное значение по снижению как производственных, так и эксплуатационных затрат.

Большинство современных двигателей имеют тепловое состояние, близкое к наилучшему, только на номинальных режимах работы. Однако даже на этих режимах температуры деталей цилиндро-поршневой группы часто остаются ниже наилучших с точки зрения экономичности. Это связано со стремлением получить запас по температурам деталей ЦПГ на случай высоких температур окружающего воздуха, образования отложений в полостях охлаждения и других случаях, могущих вызвать повышение температур деталей ЦПГ выше допустимых значений. В случае частичных нагрузок, на которых в основном и работают автомобильные двигатели, температуры деталей ЦПГ еще ниже, вследствие несовершенства управления охлаждением двигателя.

Из вышеизложенного можно сделать вывод об актуальности работ по созданию систем охлаждения, поддерживающих наилучшее, с точки зрения экономичности, тепловое состояние двигателя на всех режимах его работы.

Цель работы.

Улучшение топливно-экономических и энергетических показателей дизеля путём прогнозирования и оптимизации температуры охлаждающей жидкости в системе охлаждения, а также снижение тепловой нагруженности системы охлаждения изменением температуры охлаждающей жидкости, и уточнение составляющих теплового баланса.

Для достижения указанной цели решаются следующие задачи:

1. Установление взаимосвязи между тепловым состоянием и топливно-экономическими и энергетическими показателями автотракторного дизеля.

2. Определение оптимальной рабочей температуры охлаждающей жидкости в системе охлаждения тракторного дизеля, при которой обеспечиваются наилучшие топливно-экономические и энергетические показатели тракторного двигателя.

3. Разработка математической модели зависимости топливно-экономических и энергетических показателей дизеля от температуры охлаждающей жидкости.

4. Создание экспериментальной установки на базе обкаточно-тормозного стенда и дизеля (Д-240).

5. Разработка методики экспериментальных исследований.

6. Проверка адекватности разработанной математической модели для дизеля Д-240.

7. Разработка на основании проведённых расчётно-теоретических и экспериментальных исследований практических рекомендаций по применению систем охлаждения с повышенными рабочими температурами на автотракторных дизелях для использования результатов работы при доводке и проектировании новых двигателей.

Объект исследований.

Система охлаждения дизеля Д-240 предназначенного для тракторов МТЗ-80/82.

Предмет исследований.

Топливно-экономические и энергетические показатели работы дизеля Д-240 и определяющие их рабочие процессы, протекающие в цилиндре этого двигателя.

Методология и методы исследований.

В основу методики исследования положено сочетание теоретического анализа физических закономерностей процессов, протекающих в цилиндре двигателя, экспериментальных и расчётных исследований. Методы исследования - расчетно-экспериментальные, основанные на современных исследовательских методиках с применением вычислительной техники.

Научная новизна работы.

1. Методика расчёта значений топливно-экономических и энергетических показателей дизеля в зависимости от температуры охлаждающей жидкости, позволяющая оценивать и прогнозировать изменения составляющих теплового баланса при изменении температуры охлаждающей жидкости. Данная методика универсальна и может быть использована для всех типов дизелей с жидкостной системой охлаждения.

2. Комплекс регрессионных моделей для оценки топливно-экономических и энергетических показателей дизеля Д-240 в зависимости от температуры охлаждающей жидкости с различными величинами достоверности аппроксимации.

3. Рекомендуемые температурные режимы позволяющие снизить общие эксплуатационные затраты на горюче-смазочные материалы и снизить затраты на изготовление радиаторов для силового агрегата трактора. Результаты исследования могут быть использованы при расчете и проектировании охладителей для охлаждающей жидкости и смазочного масла, а также создании средств для автоматического регулирования системы охлаждения.

Практическая ценность работы.

1. Предложенная методика расчёта значений топливно-экономических и энергетических показателей дизеля в зависимости от температуры охлаждающей жидкости универсальна и может быть использована для всех типов дизелей с жидкостной системой охлаждения. Данная методика позволяет оценивать и прогнозировать изменения составляющих теплового баланса при изменении температуры охлаждающей жидкости.

2. Предложенная методика позволяет также на этапе проектирования дизеля заложить необходимые размерные цепи в ЦПГ, при использовании определённого типа смазочного масла для изготовления двигателя работающего с повышенными температурами охлаждающей жидкости.

3. Уточненные составляющие теплового баланса дизеля Д-240.

4. Предложенные регрессионные модели топливно-экономических и энергетических показателей дизеля Д-240 в зависимости от температуры охлаждающей жидкости с различными величинами достоверности аппроксимации, могут быть использованы при доводке двигателей.

5. Оптимальные температурные режимы дизеля, позволяющие сократить удельные массогабаритные показатели теплопередающих и теплорассеивающих элементов системы охлаждения на тракторах МТЗ-

80/82, снизить затраты на их изготовление и уменьшить расход дефицитных цветных металлов более чем на 20%.

6. Рекомендации по пересмотру нормативных документов на ограничения допустимых температурных пределов для охлаждающей жидкости.

7. Экспериментальные данные топливно-экономических и энергетических показателей представляющие интерес для двигателестроительных заводов и НИИ.

8. Рекомендуемые температурные режимы, реализация которых обеспечивает снижение общих эксплуатационных затрат на горючесмазочные материалы и затрат на изготовление радиаторов для силового агрегата трактора. Результаты исследования могут быть использованы при расчете и проектировании охладителей для охлаждающей жидкости и смазочного масла, а также создании средств для автоматического регулирования системы охлаждения.

Достоверность результатов и выводов работы.

Достоверность результатов и выводов работы подтверждена:

— применением современных апробированных методов; и средств измерений и регистрации исследуемых показателей работы дизеля;

— сходимостью полученных данных с существующими положениями теории поршневых ДВС термодинамики и теплопередачи;

— физической обоснованностью принятых теоретических предпосылок;

— достаточной точностью применявшегося информационно-измерительного комплекса;

— согласованием полученных зависимостей с теоретическими положениями и данными экспериментов.

Реализация результатов работы.

Результаты работы используются в учебном процессе и научной работе кафедры «Двигатели и теплотехника» в Санкт-Петербургском Государственном аграрном университете.

На защиту выносятся следующие научные положения и основные результаты исследований:

1. Методика прогноза топливно-экономических и энергетических показателей работы тракторного дизеля Д-240 при повышении рабочей температуры охлаждающей жидкости в системе охлаждения.

2. Технология оптимизации температуры охлаждающей жидкости в системе охлаждения дизеля Д-240 исходя из его топливно-экономических и энергетических показателей.

3. Методика прогноза изменения составляющих теплового баланса в зависимости от температуры охлаждающей жидкости в системе охлаждения.

4. Комплекс регрессионных моделей для оценки топливно-экономических и энергетических показателей дизеля Д-240 в зависимости от температуры охлаждающей жидкости.

5. Рекомендации по оптимизации температурного режима двигателя и пересмотру нормативных документов на ограничения допустимых температурных пределов для охлаждающей жидкости.

Апробация и публикация результатов работы.

Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались на ежегодных международных конференциях с 2001 по 2003 год на кафедре «Тракторы автомобили и теплоэнергетика» в Санкт-Петербургском Государственном аграрном университете.

Результаты работы апробированы в эксплуатационных условиях.

Публикации результатов исследований.

По теме диссертации опубликовано семь статей.

Структура и объём диссертации.

Диссертация состоит из введения, четырёх разделов, общих выводов, списка использованной литературы и приложения, включая акт внедрения.

Содержание работы

Во введении показана актуальность работы, изложена научная новизна и практическая ценность, определены цели и задачи исследований и приведены основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе обоснована концепция работы. Выполнен анализ состояния вопроса улучшения топливно-экономических и энергетических показателей дизеля Д-240 путём оптимизации температуры охлаждающей жидкости и смазочного масла по следующим подразделам:

1. Влияние температурного режима охлаждения и качества охлаждающей жидкости на топливно-экономические и энергетические показатели дизелей, который в свою очередь состоит из рассмотрения следующих вопросов: влияние температуры охлаждающей жидкости на:

—механические потери и мощность дизеля;

—экономичность:

—тепловой баланс;

—тепловую напряженность деталей дизеля.

Здесь же рассмотрен вопрос о применении высокотемпературного охлаждения на судовых дизелях.

2. Влияние температуры и качества смазочного масла на топливно-экономические и энергетические показатели дизелей.

3. Исследование совместного влияния температур охлаждающей жидкости и масла на экономичность дизелей.

4. Влияние теплового состояния дизеля воздушного охлаждения на его

эффективные показатели.

5. Расчет теплоотдачи в двигателях внутреннего сгорания за рубежом.

6. Цель работы.

7. Задачи исследований.

Анализ состояния вопроса показал, что возможно улучшение топливно-экономических и энергетических показателей дизеля путём оптимизации температуры охлаждающей жидкости и смазочного масла. При этом характер и значения изменений топливно-экономических и энергетических показателей дизеля сильно зависят от конструкции двигателя, применяемых сортов масел, скоростных и нагрузочных режимов работы и ряда других факторов. Об этом свидетельствуют порой противоречивые результаты исследований некоторых авторов. Подобного рода работы проводились на судовых и тепловозных дизелях, которые имеют значительные конструктивные отличия.

Работы, проведённые в данной области, были направлены на выявление зависимости топливно-экономических и энергетических показателей дизеля путём оптимизации температуры охлаждающей жидкости и смазочного масла без попытки прогнозной оценки изменения этих показателей для других типов двигателя. Некоторые из работ установили влияние температуры охлаждающей жидкости на отдельные составляющие рабочего процесса и теплового баланса.

В соответствии с анализом состояния вопроса сформулирован ряд задач необходимых для достижения поставленной цели:

1. Сформировать установку на базе обкаточно-тормозного стенда и дизеля (Д-240) с контурами циркуляции охлаждающей жидкости и смазочного масла приводимых посторонними двигателями.

2. Подобрать и установить оборудование для контроля:

—расходов и температур охлаждающей жидкости и смазочного масла; —эффективных и индикаторных показателей двигателя. —температур гильзы цилиндра двигателя и отработавших газов.

3. Разработать математическую модель изменения топливно-экономических и энергетических показателей дизеля Д-240.

4. Разработать программу испытаний.

Во второй главе анализируются влияние температуры охлаждающей жидкости на параметры рабочего процесса исходя из классической теории двигателя, а также существующие модели влияния температуры охлаждающей жидкости на параметры рабочего процесса и топливно-экономические и энергетические показатели дизелей. В заключении предложена усовершенствованная модель зависимости топливно-экономических и энергетических показателей дизеля от температуры охлаждающей жидкости, позволяющая оценивать и прогнозировать изменения составляющих теплового баланса.

Анализ влияния температуры охлаждающей жидкости на параметры рабочего процесса, исходя из классической теории двигателя, представлен рассмотрением процессов впуска, сжатия, сгорания, расширения и выпуска.

Существующие модели влияния температуры охлаждающей жидкости на параметры рабочего процесса и топливно-экономические и энергетические показатели дизелей представлены рассмотрением теплоотдачи в систему охлаждения двигателя с количественной и качественной стороны, а также влияния температуры охлаждающей жидкости на индикаторные, эффективные показатели и мощность механических потерь. Здесь же рассмотрено также влияние температуры охлаждающей жидкости на составляющие теплового баланса, где оценивается возможность утилизации тепла, уносимого охлаждающей жидкостью повышенной температуры и выпускными газами, а также теплонапряженность и температурные напряжения.

Далее в этой главе представлена предлагаемая модель влияния температуры охлаждающей жидкости на топливно-экономические и энергетические показатели дизеля Д-240, а также на составляющие теплового баланса. Дано подробное описание предлагаемой модели и предпосылки для её создания.

Суть методики заключается в том, что исходя из конструкции и паспортных данных на дизель, материалов ЦПГ, вида применяемого смазочного масла, внешних условий окружающей среды работы дизеля, известных составляющих теплового баланса и скорости остывания двигателя определяются параметры и показатели его рабочего процесса. Далее определяется зависимость каждого показателя рабочего процесса от температуры охлаждающей жидкости, определяя значение которых для какого-либо температурного режима, можно уже от новых полученных показателей рабочего процесса перейти к топливно-экономическим и энергетическим показателям работы дизеля.

Вся методика построена на рассмотрении теплового баланса дизеля:

^вх ~ @нед + + @газ + ®охлж + + ®рас + ^ост

где:

теплота сгорания вносимая топливом при сгорании, кВт. бяе^-потери теплоты из-за недогорания топлива, кВт. эффективная мощность дизеля, кВт. теплота уносимая отработавшими газами, кВт.

теплота отводимая охлаждающей жидкостью, кВт. теплота отводимая смазочным маслом, кВт. теплота рассеиваемая нагретыми частями дизеля, кВт. остаточный член, кВт.

Теплота отводимая охлаждающей жидкостью Qox.^.ж> определялась по известной зависимости, А. К. Костина (3), скорректированной последующими авторами, представившими плотность среднего теплового потока через охлаждаемые поверхности деталей, д0хл, ккал/(м2-ч), в следующем виде:

где:

тепловой поток непосредственно от газов. количество теплоты передаваемое охлаждающей жидкости в результате механического трения деталей ЦПГ.

Чг=\

О

} £.0,566 р у. т е к

(3)

где:

с-коэффициент.

соответственно температуры окружающей среды и охлаждающей жидкости на выходе из дизеля.

Величина Qpac определялась по формуле (4), или в окончательном виде по зависимости (7) построенной на условии пропорциональности скорости охлаждения тела на воздухе разности температур тела и окружающей среды (4).

)

ОХ.1.Ж >

в =С, рас ов

<1т

(4)

где:

где:

С<Эв~теплоёмкость дизеля, кДж/град.

^-коэффициент пропорциональности.

где:

температура охлаждающей жидкости к моменту времени Тогда окончательно имеем:

Функции Не=№охл.ж), и С>газ=/(Тохл.ж) определялись из теплового расчёта. Задаваясь известными значениями цикла дизеля, тепловой расчёт был приведён в соответствие с ними, и только после этого, определяя влияние Тохл ж на каждый расчётный параметр, находились те же параметры для повышенных температур.

Давление механических потерь Рмп (8) определялось как сумма давлений от сил инерции от возвратно-поступательного движения

деталей двигателя, сил трения деталей и сил трения слоев смазочного

материала Рвязк.

Р =Р +Р +Р (8)

Л1.п вязк трен инерц

= сотг

■I

(т^+ЛГ

(9)

трен

(11) определялась из условия (10), что скорость нарастания давления трения деталей по температуре охлаждающей жидкости Тохл-ж пропорциональна некоторой средней температуре ЦПГ Тцпг и среднему индикаторному давлению

где:

с,к и ¿-константы.

В заключении сделаны выводы по модели и даны прогнозные оценки влияния температуры охлаждающей жидкости на топливно-экономические и энергетические показатели дизеля Д-240 рис.1;2., и на составляющие его теплового баланса рис.3.

В третьей главе изложено описание объекта исследования, экспериментальной установки, измерительно-регистрирующей аппаратуры, методики проведения эксперимента и обработки опытных данных, а также приведена оценка погрешностей измерений.

В соответствии с задачами исследований экспериментальная установка была оборудована комплексом контрольно-измерительной аппаратуры, обеспечивающим контроль измерения и регистрацию параметров теплового

состояния и рабочего процесса двигателя при изменении температуры и расхода охлаждающей жидкости.

Температураохлаждающейжидкости, градус.

Рис. 1. Зависимость индикаторной, эффективной мощности и мощности механических потерь от температуры охлаждающей жидкости.

Рис.2. Зависимость индикаторного, эффективного и механического КПД от температуры охлаждающей жидкости.

С целью регулирования объемной производительности циркуляционный насос имел автономный привод от электродвигателя с регулируемым расходом прокачиваемой жидкости рис. 4. Для изменения температуры охлаждающей жидкости использовались жидкостно-водяные теплообменники. Для измерения температуры гильзы цилиндров дизеля применялись хромель-копелевые термопары. Для измерения температуры отработавших газов применялись хромель-алюмелевые термопары. Данные

со всех датчиков регистрировались компьютером через аналого-цифровой преобразователь.

Рис.3. Влияние температуры охлаждающей жидкости в системе охлаждения на тепловой баланс дизеля Д-240.

Эксперименты проводились в лабораторных условиях на дизеле Д-240, с использованием обкаточно-тормозного стенда КИ 5274. ГОСНИТИ ТУ 70.0001.371-81. Снимались регуляторные, нагрузочные и скоростные характеристики двигателя при различных температурах охлаждающей жидкости в диапазоне 60...135°С. Заданные температуры поддерживались жидкостно-водяным теплообменником.

Все исследования проводились на летнем дизельном топливе Л-0,2 ГОСТ 305-73. В процессе исследования, путем периодического снятия нагрузочных характеристик, проверялось техническое состояние двигателя. Все приборы и аппаратура периодически проверялись и тарировались, что обеспечило требуемую точность результатов исследований.

В четвёртой главе изложены результаты экспериментальных исследований влияния температуры охлаждающей жидкости на топливно-экономические и энергетические показатели дизеля Д-240 и на составляющие теплового баланса.

Исследованиями установлено рис.1, что индикаторная мощность с повышением температуры охлаждающей жидкости на дизеле Д-240 в

испытуемом диапазоне температур увеличивается на 2,4%, причём в исследуемом диапазоне температур может быть достаточно точно описана линейной зависимостью. Данный факт объясняется уменьшением зазоров в ЦПГ и как следствие снижением утечек рабочего тела через эти зазоры.

Рис. 4. Принципиальная схема экспериментальной установки. 1-Радиатор системы охлаждения. 2-Радиатор системы смазки. З-Жидкость. 4-Ванна 5 -Трубопроводы. 6-Электродвигатель насоса системы охлаждения. 7-Масляный насос. 8-Электродвигатель масляного насоса. 9-Электродвигатель обкаточно-тормозного стенда. 10-Центробежный фильтр очистки масла. 11-Испытуемый дизель. 12-Силоизмерительный механизм. 13-Слив. 14-Кран.

Мощность же механических потерь, как видно из рис 1 на номинальном режиме с повышением температуры охлаждающей жидкости вначале снижается, примерно до 115°С градусов на 9%, а затем возрастает со 115°С до 135°С на 23%. Причём интенсивность дальнейшего нарастания значительно больше интенсивности предварительного спада. Такой характер данной кривой объясняется тем, что предварительный спад, как и его невысокая интенсивность обусловлены прежде всего изменением вязкостных свойств масла, которые зависят от температуры особенно сильно до 100°С. Отсюда и практическая неизменность мощности механических потерь в диапазоне температур от 110°С до 120°С. Дальнейшее возрастание мощности механических потерь на 23% в диапазоне со 115°С до 135°С с повышением температуры охлаждающей жидкости, как и значительную интенсивность возрастания можно объяснить следующими обстоятельствами:

а) жидкое при высоких температурах масло выдувается газами из зазоров между поршнем, кольцами и гильзой, вызывая граничное трение в ЦПГ, тем самым, увеличивая мощность, расходуемую на трение;

Ь)при повышенных температурах увеличивается натяг соединения ЦПГ, причём как со стороны поршня, так и со стороны гильзы.

Характер изменения эффективной мощности зависит от двух выше рассмотренных мощностей: индикаторной и механических потерь. Можно констатировать, что максимум эффективной мощности на номинальном режиме для дизеля Д-240 наблюдается при температуре охлаждающей жидкости равной 115°С, или в диапазоне от 111 до 119°С.

Наихудшими условиями работы дизеля являются режимы с малыми рабочими температурами, для исследуемого диапазона порядка 60°С. С повышением температуры охлаждающей жидкости с 60 до 115°С наблюдается рост тошшвно-экономических и энергетических показателей. Интенсивность этого роста с повышением температуры замедляется, достигая нуля при температуре охлаждающей жидкости равной 115—119°С. Здесь же, при данной температуре для номинального режима наблюдается максимум эффективной мощности 61,537 кВт, эффективного КПД 0,3698 и минимум удельного эффективного расхода топлива 229,066 г/кВтч.

Установлено, что оптимальной рабочей температурой охлаждающей жидкости в системе охлаждения тракторного дизеля, при которой обеспечивается наилучшие топливно-экономические и энергетические показатели тракторного двигателя, является температура 115°С. Это подтверждено регуляторными характеристиками рис.4.

Кроме того, с увеличением температуры охлаждающей жидкости снижается максимальное давление цикла Р2 рис.5 и жёсткость работы дизеля dP/dcp рис.6. Снижения Р2 и ¿Р/ёф в диапазоне температур от 95 до 115°С составляют соответственно на 2,5 и 11% при нагрузке 35Нм, на 4,1 и 12,8% при нагрузке ЗОНм, на 7,8 и 16,9% при нагрузке 20Нм, и на 12,3 и 22,4% при нагрузке 10 Нм.

Зависимость эффективного КПД от температуры охлаждающей жидкости рис.2., подобна зависимости эффективной мощности рис.1., в то время как индикаторный КПД с ростом температуры постоянно поднимается, хотя и не значительно. Так при температуре охлаждающей жидкости 115°С его увеличение составило всего 1 %. Механический КПД с увеличением температуры охлаждающей жидкости в начале возрастает на 3,6 % при 115°С, а затем снижается на 2,9 % при 135°С, обуславливая снижение и эффективного КПД. Термический КПД рис.7., в пределах всего исследуемого диапазона незначительно снижается с 0,55585 до 0,55546. Более интенсивный рост индикаторного КПД обусловил увеличение относительного КПД во всём исследуемом диапазоне температур охлаждающей жидкости на 2,18 %. При температуре 115°С абсолютное значение относительного КПД составило 0,879 %, а его увеличение 1,07 %.

-60 градусов -•- 95 градусов —•—115 фадусов 135 градусов

Рис.4. Регуляторная характеристика дизеля Д-240 при различных температурах охлаждающей жидкости.

■Нагрузка=35 Нм. —♦~Нагрузка=30 Нм.

■Нафузка=20 Нм. "^~Нагрузка=10 Нм.

Рис.5. Зависимость максимального давления цикла Pz от температуры

охлаждающей жидкости Т о

при различных нагрузках.

Рис.7. Зависимость термического относительного г)0, индикаторного "Л; КПД и температуры отработавших газов от температуры охлаждающей жидкости.

Анализ теплового баланса дизеля Д-240 рис.3, показывает, что с повышением температуры охлаждающей жидкости до 115°С количество теплоты отводимой через систему охлаждения снижается почти вдвое. Это даёт возможность существенно сэкономить на цветном металле при изготовлении радиатора. Также из рассмотрения теплового баланса рис.3, следует, что при увеличении температуры до 119°С на номинальном режиме количество теплоты отводимой через систему охлаждения снижается на 38 % и повышается количество теплоты отводимое отработавшими газами на 8,7 %, а также их температура на 17,5°С рис.7. При этом возрастает количество теплоты рассеиваемое нагретыми частями дизеля на 29,6 %. Увеличение невязки теплового баланса с повышением температуры охлаждающей жидкости рис.3., объясняется тем, что при расчётах составляющих теплового баланса не учитывалась необратимость процессов протекающих во время работы дизеля, поэтому остаточный член вобрал в себя потерю работоспособности от возрастания энтропии.

В заключении представлены основные результаты и сделаны следующие выводы:

1. Разработана методика прогнозирования топливно-экономических и энергетических показателей дизеля при повышении температуры охлаждающей жидкости в системе охлаждения дизеля.

2. Расчётно-теоретическим анализом и экспериментальными данными установлена возможность улучшения топливно-экономических и энергетических показателей дизеля путём повышения температуры охлаждающей жидкости в системе охлаждения с 95 до 115°С. При этом эффективная мощность на номинальном режиме возрастает на 4,3%, а удельный эффективный расход топлива снижается на 3,9%. На долевых нагрузках улучшение топливно-экономических и энергетических показателей дизеля с повышением температуры охлаждающей жидкости проявляется значительнее по всем рассмотренным показателям. Так например, при нагрузке 20 Нм эффективная мощность возрастает на 4,6 %, при нагрузке 15 Нм на 5,4 %, а при 10 Нм на 7,4 %. Удельный эффективный расход топлива при нагрузке 20 Нм снижается на 4,2% при нагрузке 15 Нм на 4,9%, а при 10 Нм на 6,7%.

3. Уточненный тепловой баланс тракторного дизеля Д-240 может быть использован при создании систем охлаждения работающих с повышенными температурами охлаждающей жидкости.

4. Установлено снижение тепловой нагруженности системы охлаждения при переводе дизеля Д-240 на работу с повышенными температурами охлаждающей жидкости. При увеличении температуры до 115°С на номинальном режиме количество теплоты отводимой через систему охлаждения снижается на 38%.

5. Установлена и теоретически обоснована взаимосвязь между тепловым состоянием и топливно-экономическими и энергетическими

показателями автотракторного дизеля, из которого следует, что оптимальным температурным диапазоном работы дизеля Д-240 является 111-119°С.

6. Определена оптимальная рабочая температура жидкости в системе охлаждения тракторного двигателя Д-240, при которой обеспечиваются его наилучшие топливно-экономические и энергетические показатели.

Из установленной взаимосвязи между тепловым состоянием и топливно-экономическими и энергетическими показателями автотракторного дизеля для совершенствования управления его тепловым состоянием на эксплуатационных режимах можно рекомендовать систему охлаждения поддерживающую рабочую температуру охлаждающей жидкости 115°С с допустимыми колебаниями ±4°С. Эффективная мощность при этом на номинальном режиме возрастает на 4,3%, а удельный эффективный расход топлива снижается на 3,9%. На долевых нагрузках повышение температуры охлаждающей жидкости даёт ещё больший эффект по всем рассмотренным показателям. Так например, при нагрузке 20 Нм эффективная мощность возрастает на 4,6 %, при нагрузке 15 Нм на 5,4 %, а при 10 Нм на 7,4 %. Удельный эффективный расход топлива при нагрузке 20 Нм снижается на 4,2% при нагрузке 15 Нм на 4,9%, а при 10 Нм на 6,7%.

7. Сравнение расчётных и экспериментальных данных показали их хорошую сходимость. Максимальное расхождение данных составляет не более 4,2%. Средняя величина ошибки по всем показателям 3,2%.

8. Разработан, на основании проведённых исследований, ряд практических рекомендаций по применению систем охлаждения с повышенными рабочими температурами на автотракторных дизелях для использования результатов данной работы при доводке и проектировании новых двигателей.

9. Повысить топливно-экономические и энергетические показатели дизеля Д-240 можно путём увеличения его рабочей температуры до 115°С. Для этого необходимо:

При проектировании и доводке двигателей:

1. Изменить регулировку термостата. Его открытие должно начинаться при температуре 105°С и полностью завершаться при 115°С.

2. Изменить регулировку клапана в крышке радиатора. При этом давление срабатывания клапана необходимо поднять на 0,05-0,075 МПа.

3. В качестве смазочного масла применять минеральные масла группы «Дм» или синтетические масла.

При проектировании двигателей:

1. Учитывать при расчёте ЦПГ и насоса системы охлаждения их повышенные температурные режимы работы.

2. Производить расчёт радиатора системы охлаждения на рабочее давление 0,5 МПа.

Перечень работ по теме диссертации.

1. Агапов Д.С., Андреев П.А К вопросу оптимизации температурного режима двигателя Д240. Сборник научных трудов научно-технической конференции по теме: «Улучшение эксплуатационных показателей двигателей, тракторов и автомобилей». СПб., 2001.

2. Агапов Д.С., Николаенко А.В., Андреев П.А.. Разработка математической модели зависимости мощности двигателя от его температурного режима. 2002, с 303-311.

3. Агапов Д.С., Николаенко А.В., Андреев ПА и др. К вопросу исследования высокотемпературного охлаждения с непосредственной регенерацией масла. 2002, с 311-320.

4. Агапов Д.С., Николаенко А.В., Андреев П.А. и др. Принципы оптимизации температурного режима двигателей. 2003, с 521-528.

5. Агапов Д.С., Андреев П.А. К вопросу оптимизации температурного режима масла в системе смазки двигателя Д-240Т. 2001, с 478-480.

6. Агапов Д.С., Николаенко А.В., Андреев П..А и др. Оптимизация температурного режима автотракторных двигателей. Труды международной научно-практической конференции по теме: «Актуальные проблемы теории и практики современного двигателестроения», Челябинск, 2003, с 128-133.

7. Агапов Д.С., Николаенко А.В., Беляков В.В. и др. Рекомендации по определению показателей рабочего цикла двигателей внутреннего сгорания методом компьютерной обработки экспериментальных и расчётных индикаторных диаграмм. - СПб-Пушкин: Аргус, 2004. — 35 с.

Подписано в печать 04. 10.2004 Бумага офсетная. Формат60X90 1/16 Печать трафаретная. Усл. печ. л. 1,5. Тираж 100 экз.

Заказ 332

Отпечатано с оригинал-макета заказчика В копировально-множительном центре "АРГУС. Санкт-Петербург—Пушкин, ул. Пушкинская, д. 28/21. Peг. №233909 от 07.02.2001

№19 5 86

ВВЕДЕНИЕ.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ.

Актуальность проблемы.

Цель работы.

Объект исследований.

Предмет исследований.

Методология и методы исследований.

Научная новизна.

Практическая ценность работы.

Достоверность результатов и выводов работы.

Методы исследования.

Реализация результатов работы.

Научные положения и основные результаты исследований, выносимые на защиту.

Апробация и публикация результатов работы.

Публикации.

1. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ВОПРОСА. ПОСТАНОВКА ЦЕЛЕЙ И ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЙ.

1.1 ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРНОГО РЕЖИМА ОХЛАЖДЕНИЯ И КАЧЕСТВА ОХЛАЖДАЮЩЕЙ ЖИДКОСТИ НА ТОПЛИВНО

• ЭКОНОМИЧЕСКИЕ И ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ

ДИЗЕЛЕЙ.

1.1.1 Влияние температуры охлаждающей жидкости на механические потери и мощность дизеля.

1.1.2 Влияние температуры охлаждающей жидкости на экономичность дизеля.

1.1.3 Влияние температуры охлаждающей жидкости на тепловой баланс дизеля.

1.1.4 Влияние температуры охлаждающей жидкости на тепловую напряженность деталей дизеля. щ 1.1.5 О применении высокотемпературного охлаждения на судовых дизелях.

1.2 ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ И КАЧЕСТВА СМАЗОЧНОГО МАСЛА НА ТОПЛИВНО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ И

ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ ДИЗЕЛЕЙ.

1.3 ИССЛЕДОВАНИЕ СОВМЕСТНОГО ВЛИЯНИЯ ТЕМПЕРАТУР ОХЛАЖДАЮЩЕЙ ЖИДКОСТИ И МАСЛА НА

ЭКОНОМИЧНОСТЬ ДИЗЕЛЯ.

1.4 ВЛИЯНИЕ ТЕПЛОВОГО СОСТОЯНИЯ ДИЗЕЛЯ ВОЗДУШНОГО ОХЛАЖДЕНИЯ НА ЕГО ЭФФЕКТИВНЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ.

1.5 РАСЧЕТ ТЕПЛООТДАЧИ В ДВИГАТЕЛЯХ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ ЗА РУБЕЖОМ.

1.6 ЦЕЛЬ РАБОТЫ.

1.7 ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ.

2. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ И ОЦЕНКИ ТОПЛИВНО-ЭКОНОМИЧЕСКИХ И ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ.

2.1 ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ ОХЛАЖДАЮЩЕЙ ЖИДКОСТИ НА СОСТАВЛЯЮЩИЕ РАБОЧЕГО ПРОЦЕССА.

2.1.1 Процесс впуска.

2.1.2 Процесс сжатия.

2.1.3 Процесс сгорания.

2.1.4 Процесс расширения.

2.1.5 Процесс выпуска.

2.2 ТЕПЛООТДАЧА В СИСТЕМУ ОХЛАЖДЕНИЯ ДВИГАТЕЛЯ.

2.2.1 Теплоотдача в жидкость, охлаждающую двигатель.

2.2.2 Оценка теплоотдачи в охлаждающую двигатель жидкость.

2.3 ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ ОХЛАЖДАЮЩЕЙ ЖИДКОСТИ НА ИНДИКАТОРНЫЕ И ЭФФЕКТИВНЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ ДИЗЕЛЯ.

2.3.1 Индикаторный к.п.д.

2.3.2 Индикаторная мощность.

2.4 МОЩНОСТЬ МЕХАНИЧЕСКИХ ПОТЕРЬ.

2.4.1 Трение поршневых колец.

2.4.2 Эффективные показатели.

• 2.5 ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ ОХЛАЖДАЮЩЕЙ ЖИДКОСТИ НА

СОСТАВЛЯЮЩИЕ ТЕПЛОВОГО БАЛАНСА.

2.5.1 Утилизация тепла, уносимого охлаждающей жидкостью повышенной температуры.

2.5.2 Утилизация тепла, уносимого выпускными газами.

2.5.3 Теплонапряженность и температурные напряжения.

2.6 ПРЕДЛАГАЕМАЯ МОДЕЛЬ.

2.6.1 Описание предлагаемой модели.

2.6.2 Расчётно-теоретические предпосылки для создания модели.

2.7 ВЫВОДЫ ПО МОДЕЛИ:.

З.ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ УСТАНОВКА И МЕТОДИКА

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ИССЛЕДОВАНИЯ.

3.1 ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ.

3.1.1 Объект исследований.

3.1.2 Испытательный стенд.

3.1.3 Экспериментальная установка.

3.1.4 Измерительно-вычислительный комплекс для исследования рабочего процесса ДВС.

3.1.5 Аналого-цифровой преобразователь (АЦП).

3.1.6 Определение расхода воздуха.

3.1.7 Определение температуры деталей.

3.1.8 Тарировка приборов и оборудования.

3.1.9 Анализ разброса и точности измерения выходных показателей двигателя.

3.2 МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ

ХАРАКТЕРИСТИК СГОРАНИЯ В ЦИЛИНДРЕ ДИЗЕЛЯ.

3.2.1 Исследования основных параметров внутрицилиндровых процессов.

3.2.2 Определение окончания процесса сгорания.

4. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИХ АНАЛИЗ.

4.1 ТОПЛИВНО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ И ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ.

4.2 ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ.

4.3 ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы

1. Основной задачей современного двигателестроения является дальнейшее повышение эффективности силовых установок различного назначения при одновременном уменьшении их массогабаритных показателей и расхода топлива. Определенную роль в решении этой задачи может выполнить система охлаждения. Форсирование дизельных двигателей по числу оборотов и среднему эффективному давлению является основным и наиболее перспективным направлением развития дизелестроения. Форсирование двигателей при сохранении или незначительном повышении температур деталей требует интенсификации их охлаждения. Без знаний закономерностей теплоотдачи в охлаждающую среду невозможно прогнозирование температурных полей деталей цилиндропоршневой группы проектируемых двигателей с целью определения тепловых напряжений в этих деталях.

Вопросам теплообмена в жидкостных системах охлаждения двигателей посвящены работы А. А. Чиркова, Н. X. Дьяченко, Р. М. Петриченко, Д. Б. Кузнецова, А. К. Костина, Глушакова B.C., и ряда других исследователей. Однако ввиду большой сложности проблемы, закономерности процесса теплоотдачи в полостях охлаждения двигателей изучены всё ещё недостаточно.

Одним из возможных путей решения этой проблемы является разработка высокофорсированных дизелей с уменьшенными потерями теплоты в охлаждающую жидкость. Самостоятельное дополнительное значение данная проблема приобретает для тракторных дизелей, поскольку снижение тепловой нагру-женности систем охлаждения позволяет уменьшить массу и габариты жидкостных охладителей и, следовательно, моторной установки в целом, что непосредственно связано с расширением возможностей агрегатирования с сельхозмашинами. Последнее особенно важно для стран с жарким климатом, в частности для Ирака, где двигатели зачастую длительно эксплуатируются при температуре окружающей среды выше 45°С. Поэтому выполненное исследование, направленное на улучшение показателей тракторных дизелей путем уменьшения тепловых потерь в охлаждающую жидкость, актуально как для разработчиков силовых установок, так и для эксплуатации тракторной техники.

Поскольку температурный режим существенным образом определяет не только конструкцию, ни и эксплуатационные качества тракторных энергетических установок, поэтому его оптимизация представляет собой крупную научно-техническую проблему, имеющую важное народнохозяйственное значение по снижению как производственных, так и эксплуатационных затрат.

2. Эффективность круглогодичного использования в сельскохозяйственном производстве автотракторной техники во многом зависит от приспособленности основных систем двигателя к работе в различных температурных условиях эксплуатации.

Исследованиями всех авторов, занимавшимися тепловым состоянием двигателей установлено, что для топливной, смазочной и охлаждающей систем существует область рациональных значений параметров технического состояния и температурного режима, при которых возможна наиболее эффективная и экономичная работа двигателя. Поэтому установление теоретически и экспериментально обоснованных оптимальных значений параметров технического состояния и температурного режима топливной и смазочной систем с учетом реальных процессов, наблюдаемых в эксплуатации, является актуальной научно-технической проблемой, от решения которой зависит дальнейшее улучшение эксплуатационных показателей автотракторных двигателей.

3. Повышение технического уровня тракторных и комбайновых двигателей путем широкого внедрения газотурбинного наддува позволяет увеличить мощность двигателя и снизить удельный расход топлива. Но при этом повышается общая механическая и тепловая напряженность двигателя, в результате чего увеличивается количество тепла, отдаваемого в охлаждающую жидкость и смазочное масло. Для надежной и экономичной работы энергонасыщенных тракторов важно, чтобы температурный режим их силовых установок поддерживался в оптимальных пределах, независимо от условий эксплуатации. Поэтому выбор и обоснование оптимальных температур охлаждающей жидкости и смазочного масла, удовлетворяющих повышенному температурному режиму системы охлаждения силовой установки трактора, как с целью уменьшения износа, так и снижения расхода горюче-смазочных материалов, также является актуальной научной задачей.

4. Большинство современных двигателей имеют тепловое состояние, близкое к наилучшему, только на номинальных режимах работы. Однако даже на этих режимах температуры деталей цилиндропоршневой группы (ЦПГ) часто остаются ниже наилучших с точки зрения экономичности. Это связано, со стремлением получить запас по температурам деталей на случай высоких температур окружающего воздуха, образования отложений в полостях охлаждения и других случаях, способных вызвать повышение температур деталей выше допустимых значений. В случае частичных нагрузок, на которых в основном и работают автомобильные двигатели, температуры деталей ЦПГ еще ниже оптимальных, вследствие несовершенства управления охлаждением двигателя.

Из вышеизложенного можно сделать вывод об актуальности работ по созданию систем охлаждения, поддерживающих наилучшее, с точки зрения экономичности, тепловое состояние двигателя на всех режимах его работы.

Цель работы.

Целью данной диссертационной работы является улучшение топливно-экономических и энергетических показателей дизеля путём прогнозирования и оптимизации температуры охлаждающей жидкости в системе охлаждения, а также снижение тепловой нагруженности системы охлаждения изменением температуры охлаждающей жидкости, и уточнение составляющих теплового баланса.

Объект исследований

Объектом исследований являлась система охлаждения дизеля Д-240.

Предмет исследований.

Предметом исследований являлись топливно-экономические и энергетические показатели работы дизеля Д-240 и определяющие их рабочие процессы, протекающие в цилиндре этого двигателя.

Методология и методы исследований.

В основу методики исследования положено сочетание теоретического анализа физических закономерностей процессов, протекающих в цилиндре двигателя, экспериментальных и расчётных исследований. Методы исследования -расчетно-экспериментальные, основанные на современных исследовательских методиках с применением вычислительной техники.

Научная новизна

1. Методика расчёта значений топливно-экономических и энергетических показателей дизеля в зависимости от температуры охлаждающей жидкости, позволяющая оценивать и прогнозировать изменения составляющих теплового баланса при изменении температуры охлаждающей жидкости. Данная методика универсальна и может быть использована для всех типов дизелей с жидкостной системой охлаждения.

2. Комплекс регрессионных моделей для оценки топливно-экономических и энергетических показателей дизеля Д-240 в зависимости от температуры охлаждающей жидкости с различными величинами достоверности аппроксимации.

3. Рекомендуемые температурные режимы позволяющие снизить общие эксплуатационные затраты на горюче-смазочные материалы и снизить затраты на изготовление радиаторов для силового агрегата трактора. Результаты исследования могут быть использованы при расчете и проектировании охладителей для охлаждающей жидкости и смазочного масла, а также создании средств для автоматического регулирования системы охлаждения.

Практическая ценность работы

1. Предложенная методика расчёта значений топливно-экономических и энергетических показателей дизеля в зависимости от температуры охлаждающей жидкости универсальна и может быть использована для всех типов дизелей с жидкостной системой охлаждения. Данная методика позволяет оценивать и прогнозировать изменения составляющих теплового баланса при изменении температуры охлаждающей жидкости.

2. Предложенная методика позволяет также на этапе проектирования дизеля заложить необходимые размерные цепи в ЦПГ, при использовании определённого типа смазочного масла для изготовления двигателя, работающего с повышенными температурами охлаждающей жидкости.

3. Уточненные составляющие теплового баланса дизеля Д-240.

4. Предложенные регрессионные модели топливно-экономических и энергетических показателей дизеля Д-240 в зависимости от температуры охлаждающей жидкости с различными величинами достоверности аппроксимации, могут быть использованы при доводке двигателей.

5. Оптимальные температурные режимы дизеля, позволяющие сократить удельные массогабаритные показатели теплопередающих и теплорас-сеивающих элементов системы охлаждения на тракторах МТЗ-80/82, снизить затраты на их изготовление и уменьшить расход дефицитных цветных металлов более чем на 20%.

6. Рекомендации по пересмотру нормативных документов на ограничения допустимых температурных пределов для охлаждающей жидкости.

7. Экспериментальные данные топливно-экономических и энергетических показателей представляющие интерес для двигателестроительных заводов и НИИ.

8. Рекомендуемые температурные режимы, реализация которых обеспечивает снижение общих эксплуатационных затрат на горюче-смазочные материалы и затрат на изготовление радиаторов для силового агрегата трактора. Результаты исследования могут быть использованы при расчете и проектировании охладителей для охлаждающей жидкости и смазочного масла, а также создании средств для автоматического регулирования системы охлаждения.

Достоверность результатов и выводов работы

Достоверность результатов и выводов работы подтверждена: —применением современных апробированных методов; и средств измерений и регистрации исследуемых показателей работы дизеля; —сходимостью полученных данных с существующими положениями теории поршневых ДВС, термодинамики и теплопередачи; физической обоснованностью принятых теоретических предпосылок; —достаточной точностью применявшегося информационно-измерительного комплекса; согласованием полученных зависимостей с теоретическими положениями и данными экспериментов.

Методы исследования

Методы исследования — расчетно-экспериментальные, основанные на современных исследовательских методиках с применением вычислительной техники. Для обработки экспериментальных данных использовались математические методы.

Реализация результатов работы

Результаты работы используются в учебном процессе и научной работе кафедры «Двигатели и теплотехника» в Санкт-Петербургском Государственном аграрном университете (см. Приложение).

По результатам работы проведены эксплуатационные испытания в автотранспортном предприятии (АТП) г. Ессентуки Ставропольского края. Работа рекомендована к внедрению в производство (см. Приложение).

Научные положения и основные результаты исследований, выносимые на защиту

1. Методика прогноза топливно-экономических и энергетических показателей работы тракторного дизеля Д-240 при повышении рабочей температуры охлаждающей жидкости в системе охлаждения.

2. Технология оптимизации температуры охлаждающей жидкости в системе охлаждения дизеля Д-240 исходя из его топливно-экономических и энергетических показателей.

3. Методика прогноза изменения составляющих теплового баланса в зависимости от температуры охлаждающей жидкости в системе охлаждения.

4. Комплекс регрессионных моделей для оценки топливно-экономических и энергетических показателей дизеля Д-240 в зависимости от температуры охлаждающей жидкости.

5. Рекомендации по оптимизации температурного режима двигателя и пересмотру нормативных документов на ограничения допустимых температурных пределов для охлаждающей жидкости.

Апробация и публикация результатов работы.

Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались на ежегодных международных конференциях с 2001 по 2003 год на кафедре «Тракторы автомобили и теплоэнергетика» в Санкт-Петербургском Государственном аграрном университете.

Результаты работы апробированы в эксплуатационных условиях, проводившимися на базе государственного унитарного предприятия Предгорное дорожное ремонтно-строительного управления (ДРСУ) Ставропольского края и муниципального унитарного предприятия Комбинат Благоустройства Города (КБГ) г. Ессентуки.

Публикации

По теме диссертации опубликовано семь статей.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ.

1. Разработана методика прогнозирования топливно-экономических и энергетических показателей дизеля при повышении температуры охлаждающей жидкости в системе охлаждения дизеля.

2. Расчётно-теоретическим анализом и экспериментальными данными установлена возможность улучшения топливно-экономических и энергетических показателей дизеля путём повышения температуры охлаждающей жидкости в системе охлаждения с 95 до 115°С. При этом эффективная мощность на номинальном режиме возрастает на 4,3%, а удельный эффективный расход топлива снижается на 3,9%. На долевых нагрузках улучшение топливно-экономических и энергетических показателей дизеля с повышением температуры охлаждающей жидкости проявляется значительнее по всем рассмотренным показателям. Так например, при нагрузке 20 Нм эффективная мощность возрастает на 4,6 %, при нагрузке 15 Нм на 5,4 %, а при 10 Нм на 7,4 %. Удельный эффективный расход топлива при нагрузке 20 Нм снижается на 4,2% при нагрузке 15 Нм на 4,9%, а при 10 Нм на 6,7%.

3. Уточненный тепловой баланс тракторного дизеля Д-240 может быть использован при создании систем охлаждения работающих с повышенными температурами охлаждающей жидкости.

4. Установлено снижение тепловой нагруженности системы охлаждения при переводе дизеля Д-240 на работу с повышенными температурами охлаждающей жидкости. При увеличении температуры до 115°С на номинальном режиме количество теплоты отводимой через систему охлаждения снижается на 38%.

5. Установлена и теоретически обоснована взаимосвязь между тепловым состоянием и топливно-экономическими и энергетическими показателями автотракторного дизеля, из которого следует, что оптимальным температурным диапазоном работы дизеля Д-240 является 111-119°С.

6. Определена оптимальная рабочая температура жидкости в системе охлажк дения тракторного двигателя Д-240, при которой обеспечиваются его наилучшие топливно-экономические и энергетические показатели.

Из установленной взаимосвязи между тепловым состоянием и топлив-но-экономическими и энергетическими показателями автотракторного дизеля для совершенствования управления его тепловым состоянием на эксплуатационных режимах можно рекомендовать систему охлаждения поддерживающую рабочую температуру охлаждающей жидкости 115°С с допустимыми колебаниями ±4°С. Эффективная мощность при этом на номинальном режиме возрастает на 4,3%, а удельный эффективный расход топлива снижается на 3,9%. На долевых нагрузках повышение температуры охлаждающей жидкости даёт ещё больший эффект по всем рассмотренным показателям. Так например, при нагрузке 20 Нм эффективная мощность возрастает на 4,6 %, при нагрузке 15 Нм на 5,4 %, а при 10 Нм на 7,4 %. Удельный эффективный расход топлива при нагрузке 20 Нм снижается на 4,2% при нагрузке 15 Нм на 4,9%, а при 10 Нм на 6,7%.

7. Сравнение расчётных и экспериментальных данных показали их хорошую сходимость. Максимальное расхождение данных составляет не более 4,2%. Средняя величина ошибки по всем показателям 3,2%.

8. Разработан, на основании проведённых исследований, ряд практических рекомендаций по применению систем охлаждения с повышенными рабочими температурами на автотракторных дизелях для использования результатов данной работы при доводке и проектировании новых двигателей.

9. Повысить топливно-экономические и энергетические показатели дизеля Д

240 можно путём увеличения его рабочей температуры до 115°С. Для этого необходимо:

При проектировании и доводке двигателей:

1. Изменить регулировку термостата. Его открытие должно начинаться при температуре 105°С и полностью завершаться при 115°С.

2. Изменить регулировку клапана в крышке радиатора. При этом давление срабатывания клапана необходимо поднять на 0,05-0,075 МПа.

В качестве смазочного масла применять минеральные масла группы «Дм» или синтетические масла.

При проектировании двигателей: Учитывать при расчёте ЦПГ и насоса системы охлаждения их повышенные температурные режимы работы.

Производить расчёт радиатора системы охлаждения на рабочее давление 0,5 МПа.

1. Левин М. И. Оптимальный температурный режим в системах охлаждения двигателей и требования к автоматическому регулированию температуры. М.-Л., Труды ЦНИДИ № 26. М.—Л., Машгиз, 1954.

2. Рикардо Г. Р. Быстроходные двигатели внутреннего сгорания. М., Машгиз, 1960.

3. Ставицкий В. Т. Повышение коэффициента полезного действия и мощности корабельного двигателя с самовоспламенением путем использования отходящего тепла. Автореферат. Баку, 1959.

4. Судариков А. С. Исследование влияния температуры воздуха на впуске и температуры охлаждающей воды на мощность и экономичность тихоходных двигателей. Автореферат. Горький, 1958.

5. Дьяченко Я. X., Баранов С. Я., Кузнецов Д. Б. Ленинградский политехнический институт. Экспериментальное определение параметров рабочего процесса дизеля при высокотемпературном охлаждении.

6. Дьяченко Н. X., Костин А. К., Ливенцев Ф. Л., и др. Ленинградский политехнический институт. Перспективные системы охлаждения двигателей внутреннего сгорания.

7. Куликов Ю. А., Щегловитов И. Д., Шептунов В. Д. Луганский филиал ВНИТИ. Влияние тепловых режимов дизеля на экономичность силовой установки тепловоза.

8. Поляков Ю. Г., Гиттис. В. Ю., Бондаренко В. Л., и др. Теоретические основы эксплуатации судовых дизелей. М. Транспорт, 1965.

9. Ермолович И. В. Влияние теплового состояния дизеля воздушного охлаждения на его эффективные показатели Труды НАМИ, вып. 84 М.,1966.

10. КОСТРОВ А. Б Расчет теплоотдачи в двигателях внутреннего сгорания за рубежом Московский автомеханический институт

11. Ермолович И. В. Влияние теплового состояния дизеля воздушного охлаждения на его эффективные показатели Труды НАМИ, вып.84 М.,1966.

12. Н. Н. Семенов, Цепные реакции, Л., Госхимтехиздат, 1934.

13. Ю. Б. Свиридов, О процессах воспламенения и горения в двигателях с воспламенением от сжатия, Поршневые ДВС, изд-во АН СССР, 1956.

14. Н. В. Иноземцев, Исследование и расчет рабочего процесса авиационного дизеля, М., Оборонгиз, 1941.

15. К. И. Генкин, Анализ и расчет влияния сгорания на рабочий процесс в двигателе с искровым зажиганием. Поршневые ДВС, изд-во АН СССР, 1956.

16. А. И. Толстов, К теории рабочего процесса быстроходного двигателя с воспламенением от сжатия, Труды ЦНИДИ—ВНИТОЭ, вып. 18, М., Машгиз, 1951.

17. А. С. Михайлов, Исследование влияния тепловой изоляции днища поршня на его температурное состояние и рабочий процесс при высоком наддуве, Труды ЦНИДИ, вып. 37, М., Машгиз, 1961.

18. Г. Р. Рикардо, Быстроходные двигатели внутреннего сгорания, перевод с английского под общей редакцией М. Г. Круглова, М., Машгиз, 1960.

19. В. А. Ваншеидт, Судовые двигатели внутреннего сгорания, Л., Суд-промгиз, 1958.

20. Н. В. Иноземцев, Курс тепловых двигателей, Оборонгиз, 1954.

21. Н. Р. Брилинг и др., Быстроходные дизели, М., Машгиз, 1951.

22. П. И. Орлов, Смазка легких двигателей, ОНТИ, 1937.

23. S. Kiesskalt, Der Druckabhangigkeit der Viscositat, Die Petroleum, b. 26, № 11, Marz 12, 1930.

24. Г. Ш. Розенберг, Связь между величиной зазора и минимальной толщиной смазочного слоя в подшипниках скольжения судовых двигателей внутреннего сгорания, Труды ЦНИИМФа, т. 1, вып. 2, Л., 1955.

25. Н. X. Дьяченко, а. К. Костин, Ф. Л. Ливенцев, С. П. и др. Перспективные системы охлаждения двигателей внутреннего сгорания. Ленинградский политехнический институт (УДК 621.436: 62-7И).

26. М. И. Левин, Оптимальный температурный режим в системах охлаждения двигателей и требования к автоматическому регулированию температуры. М.-Л., Труды ЦНИДИ № 26. М.—Л., Машгиз, 1954.

27. Г. Р. Риккардо, Быстроходные двигатели внутреннего сгорания. М., Машгиз, 1960.

28. Я. X. Дьяченко, С. Я. Баранов, Д. Б. Кузнецов, Экспериментальное определение параметров рабочего процесса дизеля при высокотемпературном охлаждении. Ленинградский политехнический институт УДК 621.436 : 658.511.3 : 66-97

29. В. Т. Ставицкий, Повышение коэффициента полезного действия и мощности корабельного двигателя с самовоспламенением путем использования отходящего тепла. Автореферат. Баку, 1959.

30. А. С. Судариков, Исследование влияния температуры воздуха на впуске и температуры охлаждающей воды на мощность и экономичность тихоходных двигателей. Автореферат. Горький, 1958.

31. Ю. А. Куликов, и. Д. Щегловитов, в. Д. Шептуцолов, Влияние тепловых режимов дизеля на экономичность силовой установки тепловоза. Луганский филиал ВНИТИ. УДК 625.282-843.6.004.15

32. И. В. Ермолович, Влияние теплового состояния дизеля воздушного охлаждения на его эффективные показатели. УДК 621. 436-712 : 536. 1. 004. 15

33. А. Б. Костров, Расчет теплоотдачи в двигателях внутреннего сгорания за рубежом. Московский автомеханический институт. УДК 621.436.4

34. А. В. Николаенко. Теория, конструкция и расчёт автотракторных двигателей.—М.:Колос, 1984.

35. А. Н. Зайдель, Оценки ошибок измерения. М., «Наука», 1981.

36. А. С. Лоскутов, Обработка результатов эксперимента при испытаниях двигателей внутреннего сгорания. Барнаул, 1990.

37. Р. М. Петриченко, Физические основы внутрицилиндровых процессов в двигателях внутреннего сгорания.-Л.,1983.

38. Ж. О. Сазаев. Локальный теплообмен в быстроходных дизелях.

39. Дисс.канд. техн. наук. Ленинград, ЛПИ, 1981.

40. Г. П. Покровский. Топливо, смазочные материалы и охлаждающие жидкости. М., «Машиностроение», 1985.

41. А. М. Павличенко. Исследование работы дизеля при высокотемпературном охлаждении. Труды НИИВТа, вып. X, 1962.

42. Теория двигателей внутреннего сгорания. Рабочие процессы. Под ред. H. X. Дьяченко. Л. «Машиностроение», 1974.

43. Ю. С. Taxa. Улучшение показателей тракторного дизеля на основе уменьшения тепловых потерь в охлаждающую жидкость системы охлаждения. Автореф. канд. техн. наук.,М, 1993.

44. Двигатели внутреннего сгорания. Под ред. А. С. Орлина, М. Г. Кругло-ва. М. «Машиностроение», 1983.

45. Гаврилов A.A., Набиль Г.Ф. Определение коэффициента теплоотдачи в дизеле по индикаторной диаграмме. Владим. политех, ин-т. -Владимир, 1989.-8с.—Деп. в ЦНИИТЭИтракторсельхозмаш 21.11.1988, № 1088-тс88.