Выбор рациональных параметров рабочего процесса дизеля 6ЧН13/11,5 , форсированного до литровой мощности 22 кВт/л тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.04.02, кандидат технических наук Сорокотяга, Александр Семенович

  • Сорокотяга, Александр Семенович
  • кандидат технических науккандидат технических наук
  • 1984, Харьков
  • Специальность ВАК РФ05.04.02
  • Количество страниц 285
Сорокотяга, Александр Семенович. Выбор рациональных параметров рабочего процесса дизеля 6ЧН13/11,5 , форсированного до литровой мощности 22 кВт/л: дис. кандидат технических наук: 05.04.02 - Тепловые двигатели. Харьков. 1984. 285 с.

Оглавление диссертации кандидат технических наук Сорокотяга, Александр Семенович

ВВЕДЕНИЕ. Ю

I. МЕТОДИКИ ИССЛЕДОВАНИЯ И АНАЛИЗА РАБОЧЕГО ПРОЦЕССА

ДИЗЕЛЯ С АВТОНОМНЫМ ТУРБОКОМПРЕССОРОМ.

1.1. Обоснование и выбор метода исследования.^

1.2. Условия идентичности циклов при моделировании рабочего процесса дизеля на одноцилиндровом двигателе

1.3. Особенности экспериментальных исследований на одноцилиндровом опытном двигателе 1ЧН13/П,

1.4. Методика определения параметров цикла дизеля с автономным турбокомпрессором по опытным данным . ^о

1.5. Метод анализа топливной экономичности путем последовательного перехода от максимально возможной работы цикла дизеля с автономным турбокомпрессором к эффективной

1.6. Методика анализа эффективности рабочего процесса дизеля с автономным турбокомпрессором энерго-эк-сергетическим методом

2. ВЫБОР РАЦИОНАЛЬНЫХ ПАРАМЕТРОВ РАБОЧЕГО ПРОЦЕССА ДИЗЕЛЯ

6ЧН13/11,5, ФОРСИРОВАННОГО ДО Л]ел = 22 кВт/л.

2.1. О возможности форсирования базового дизеля

6ЧН13Д1,5.

2.1.1. 0 возможности форсирования базового двигателя без промежуточного охлаждения наддувочного воздуха

2.1.2. О возможности форсирования базового двигателя с промежуточным охлаждением наддувочного воздуха

2.2. Особенности рабочего процесса комбинированного дизеля 6ЧН13/П,5 при его форсировании до

Уел = 20,0 кВт/л.

2.2.1. Рациональное построение исследования на одноцилиндровом двигателе рабочего процесса базового двигателя 6ЧН13/П,5, форсированного до

20,0 кВт/л.

2.2.2. Пределы изменения и зависимость tr^L от g , П , /7$ , ts , *1тк ПРИ = Const и /Z2= Const

2.2.3. Определение рационального сочетания £ is » для УРОвней форсирования базового двигателя £чл15./У>?.w: с?пА» Л2г п!

2.2.4. Сравнительный анализ эффективности рабочих процессов дизеля 6ЧН13/П,5.

2.3. Дальнейшее форсирование дизеля с автономным турбокомпрессором 6ЧН13/П,5 до Л/е= 22,1 кВт/л

2.3.1. Особенности экспериментального исследования рабочего процесса дизеля 6ЧН13/П,5, форсированного до Л/ег 22,1 кВт/л.

2.3.2. Исследование закономерностей изменения индикаторных и эффективных показателей дизеля 6ЧН13/П, от П , [г3 и р-ъ.

2.3.3. Оценка эффективности рабочего процесса исследуемого дизеля и выбор рациональных параметров П п* и /*г.

Выводы.

3. НЕКОТОРЫЕ РЕЗЕРВЫ ПОВЫШЕНИЯ ТОПЛИВНОЙ ЭКОНОМИЧНОСТИ

ДИЗЕЛЯ 64HI3/II,5.

3.1. Особенности экспериментального исследования.

3.2. Влияние положения открытой камеры сгорания в поршне, 5 и ^Tfc на рабочий процесс дизеля 6ЧН13/П,5.

3.2.1.Влияние факторов Л , fl>$ и *1ТК на индикаторные и эффективные показатели

3.2.2. Энерго-эксергетический анализ эффективности рабочего процесса исследуемого двигателя при

Zz= 11,0 МП а. J

3.3. Влияние положения камеры сгорания в поршне на рабочий процесс комбинированного двигателя

6ЧН13/П,5 при оптимальном значении & до ВМТ

3.3.1. Зависимость индикаторных и эффективных показателей исследуемого двигателя от Д , р-$ и

3.3.2. Энерго-эксергетический анализ рабочего процесса исследуемого двигателя при оптимальных значениях S п.к.в. до ВМТ.

Выводы.

Рекомендованный список диссертаций по специальности «Тепловые двигатели», 05.04.02 шифр ВАК

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Выбор рациональных параметров рабочего процесса дизеля 6ЧН13/11,5 , форсированного до литровой мощности 22 кВт/л»

Выполнение решений ХХУ1 съезда КПСС, майского С1982 г) и октябрьского (1984 г) Пленумов ЦК КПСС / I.3 /, направленных на интенсификацию сельского хозяйства, невозможно без повышения производительности сельскохозяйственного труда, что требует соз* дания высокопроизводительных тракторов, комбайнов и другой сельскохозяйственной техники; Создание такой сельскохозяйственной техники возможно лишь при оснащении их энергонасыщенными и высокоэкономичными двигателями внутреннего сгорания.

Анализ технического уровня тракторных двигателей отечественного и зарубежного производства / 4,5 /, а также статистических данных по 300 маркам автотракторных дизелей отечественного и зарубежного производства / 6 / показал, что в настоящее время перспективной для этих двигателей является удельная мощность А1ел = 20.22 кВт/л.

Создание новых ДВС приводит к нарушению унификации соответствующих двигателей и вызывает производственные проблемы /7.Л0/ Поэтому основным является повышение мощности существующих унифицированных ДВС форсированием рабочего процесса по среднему эффективному давлению и скоростному режиму / 9.20 /.

В соответствии с Постановлением ЦК КПСС и Совета Министров СССР Л 1199 от 20.12.1980 г., отраслевым координационным тематическим планом НИ и ОКР в тракторо- и моторостроении предусмотрена разработка и создание рабочего процесса, форсированного до литровой мощности hi ел = 22 кВт/л, унифицированных модификаций базового дизеля 6ЧН13Д1,5, созданного коллективом ГСКБ по двигателям средней мощности С г.Харьков).

В диссертационной работе рассмотрена возможность создания такого рабочего процесса с одновременным обеспечением приемлемой топливной экономичности и надежности дизеля 6ЧН13/11,5 с автономным турбокомпрессором. То есть выполнено комплексное исследование влияния на рабочий процесс основных, характеризующих его конструктивных и режимных параметров, с целью выбора их наиболее рациональных сочетаний на номинальном режиме из условий экономичности и надежности исследуемого двигателя.

Для достижения поставленной цели решены задачи расчетно-экспериментального исследования закономерностей изменения индикаторных и эффективных показателей от изменения исследуемых параметров и оценки эффективности рабочего процесса отдельных уровней форсирования дизеля 6ЧН13/11,5.

Исследование выполнено на одноцилиндровом опытном двигателе 1ЧН13/П,5 с применением математического планирования экспериментов.

На первом этапе разработаны методики расчетно-эксперимен-тального исследования и анализа рабочего процесса дизеля типа ЧН13/П,5 с автономным турбокомпрессором, позволяющие вести оптимизацию исходных термодинамических и конструктивных параметров на различных уровнях его форсирования. Разработанные методики приняты к использованию в ГСКБД С г.Харьков) и могут быть использованы в практике двигателестроения.

На втором этапе получены закономерности изменения индикар-торных и эффективных показателей от исследуемых конструктивных и режимных параметров дизеля типа ЧН13/П,5 и определены рациональные сочетания этих параметров при форсировании дизеля до литровой мощности hJe/i = кВт/л. С учетом требований по надежности запуска дизеля и принятых ограничений, рекомендованы перспективные значения степени сжатия для высоких уровней форсирования.

На третьем этапе рассмотрена возможность повышения эффек» тивности рабочего процесса исследуемого двигателя путем интенсификации смесеобразования и улучшением распределения топливного факела в открытой камере сгорания в поршне смещением ее в сторож ну форсунки. Показано, что смещение открытой камеры в поршне в сторону форсунки на б мм способствует снижению удельного эффективного расхода топлива на 2.3 г/С кВт.ч) и уменьшению установочного угла начала подачи топлива на п.к,в. до ВМТ.

Основные результаты исследования получены в итоге выполнения хоздоговорных работ с ГСКБ по двигателям средней мощности (г.Харьков); Они использованы при разработке рабочего процесса комбайнового дизеля СЩ-72 и переданы ГСКБД для использования при форсировании рабочего процесса дизеля типа 4HI3/II.5 до литровой мощности hJe/i = 22 кВт/л.

I. МЕТОДИКИ ИССЛЕДОВАНИЯ И АНАЛИЗА РАБОЧЕГО ПРОЦЕССА ДИЗЕЛЯ С АВТОНОМНЫМ ТУРБОКОМПРЕССОРОМ

Ниже изложены обоснование и выбор метода исследования, особенности физического моделирования режимов работы многоцилиндрового дизеля с автономным турбокомпрессором 6ЧН13/П,5 на одноцилиндровом опытном двигателе 1ЧН13/11,5, методики определения параметров цикла дизеля с автономным турбокомпрессором по опытным данным и анализа эффективности его рабочего процесса.

Методика физического моделирования режимов работы базового двигателя на одноцилиндровом опытном двигателе построена с учетом разработанных условий идентичности их индикаторных процессов, наличия аналитических зависимостей, описывающих рабочие процессы по агрегатам системы турбонаддува и эмпирических зависимостей для определения связи между механическими потерями опытного и полнораз мерного базового двигателей, позволяющих описать связь между основными термодинамическими и режимными параметрами двигателя и систем воздухоснабжения в виде номограмм.

Методика определения параметров рабочего цикла дизеля с автономным турбокомпрессором по опытным данным разработана на основании трудов известных ученых В.И.Гриневецкого, В.К.Мазинга, Н.М.Глаголева, А.Э.Симеона и др. с учетом идентификации опытной индикаторной диаграммы и расчетной по методу Гриневецкого-Мазин-га.

Предложен метод анализа эффективности рабочего процесса дизеля с автономным турбокомпрессором, разработанный на основании зависимостей проф. Н.М.Глаголева, в основе которого лежит последовательный переход от максимально возможной работы цикла к эффективной.

Разработана уточненная на участке горения-расширения методика энерго-эксергетического анализа эффективности рабочего процесса дизеля с автономным турбокомпрессором,

I.I. Обоснование и выбор метода исследования.

Повышение мощности базового двигателя с турбонаддувом возможно форсированием его рабочего процесса по среднему эффективно* му давлению и скоростному режиму (/"2).

Повышение мощности ДВС форсированием его рабочего процесса по П приводит к увеличению динамических нагрузок на детали кри-вошипно-шатунного механизма и увеличению механических потерь в ДВС /19, 20 /. Эффективным повышением мощности ДВС с автономным турбокомпрессором является форсирование его рабочего процесса по р.е путем увеличения давления наддува С [1$) и применения промежуточного охлаждения наддувочного воздуха С t$) / 9.20 /. Однако это приводит к росту максимального давления С fa) и температуры (Т*) рабочего цикла, то есть увеличению механических и тепловых нагрузок на детали, образующие камеру сгорания и увеличению механических нагрузок на детали кривошипно-шатуиного механизма. Причем, с увеличением степени форсирования дизеля, параметры jb^ и Tg резко возрастают, что отрицательно влияет на надежность и долговечность ДВС.

Снижение максимального давления цикла до уровней, обеспечивающих надежность ДВС при его форсировании по [, возможно снижением степени сжатия. В свою очередь снижение степени сжатия от его исходного значения ухудшает условия запуска дизеля, а также может привести к ухудшению эффективности рабочего процесса на частичных режимах и на режиме холостого хода.

Результаты исследований рабочего процесса базового двигателя 64HI3/II,5 исходной комплектации, выполненных в ГСКБД с целью определения реально достижимых уровней его форсирования с учетом ограничений по р>ъ = 10,3.II Ша и tT« 650°С / 30 / показали, что его форсирование до д/бУ! = 20.22 кВт/л без промежуточного охлаждения наддувочного воздуха невозможно. Применение промежуточного охлаждения наддувочного воздуха позволяет реализовать hleJI = 22 кВт/л при П = 2300 мин"1 и = 14,0 МПа.

Отсюда видно, что для обеспечения надежности при форсировании базового дизеля необходимо искать пути снижения fi^ и П .

Для снижения Jl^ наиболее эффективным является снижение степени сжатия (£ ). Однако ее нижний предел ограничивается условиями надежности запуска и эффективности рабочего процесса на частичных режимах.

В ГСКБ по двигателям средней мощности разработаны мероприя* тия, обеспечивающие надежный запуск базового дизеля 6ЧН13/П,5 при ё = 13,5 / 21 /. В настоящее время ведутся работы по обеспечению надежности запуска дизеля типа ЧНХЗД1,5 при более низких значениях степени сжатия.

Имеется второй путь решающий вопросы улучшения условий запуска и улучшения эффективности рабочего процесса по характеристикам высокофорсированных дизелей - применение регулируемой степени сжатия / 22.27 /. В настоящее время основным фактором,препятствующим применению регулируемой степени сжатия в высокофорси~ рованных дизелях, является недостаточная надежность специальных поршней С ПАРС). Однако над усовершенствованием их конструкции в настоящее время ведутся интенсивные работы С23, 24, 26, 27).

На основании изложенного, при создании высокофорсированных модификаций на базе исходного дизеля 6ЧН13/Н,5 и стремлении обеспечить приемлемую топливную экономичность и надежность на допустимых уровнях, возникает необходимость определения рациональных сочетаний частоты вращения коленчатого вала двигателя, давления и температуры наддувочного воздуха, максимального давления цикла, уровня степени сжатия и других параметров, определяющих рабочий процесс.

При форсировании рабочего процесса неизбежно ограничение указанных параметров из условий нарежности ДВС, что ограничивает возможности улучшения его топливной экономичности. Поэтому целесообразно исследовать и другие пути ее улучшения, например, повышение к.п.д, турбокомпрессора С 7тх), влияние на топливную экономичность относительного расположения открытой камеры в поршне и форсунки и т.д. В ГСКБ по двигателям средней мощности С г.Харьков) и ХПИ им. В.И.Ленина проводились работы / 2В.41 /, направленные на улучшение топливной экономичности форсированных до А/р/i= 16.18 кВт/л модификаций дизеля 6ЧН13Д1,5.

Целью данной диссертационной работы является разработка практических рекомендаций по выбору рационального сочетания конструктивных и режимных параметров: ё , П , , , , * А . характеризующих рабочий процесс базового дизеля 6ЧН13/П,5 на номинальном режиме, форсированного до литровой мощности Л/ел = 22 кВт/л. Здесь А - смещение центральной открытой камеры в поршне в сторону форсунки (мм).

Для выполнения расчетных исследований отсутствуют Достовер* ные данные по характеристикам впрыска, распиливания и сгорания топлива в цилиндре для высокофорсированного дизеля типа 4HI3/II.5.

Поэтому достижение поставленной цели возможно при широких как экспериментальных, так и теоретических исследованиях по комплексному влиянию на рабочий процесс двигателя указанных конструктивных и режимных факторов, определяющих этот рабочий процесс. Большую важность при этом приобретают вопросы планирования многофакторных экспериментов / 42.49 /, дальнейшего совершенствования методик испытаний, методик расчета и анализа рабочего цикла дизеля, позволяющих повысить эффективность исследований /9, 16, 18, 50.52 /.

Экспериментальные исследования рабочего процесса на развернутом двигателе сопряжены с трудоемкими и дорогостоящими экспериментами. Одновременно невозможна корректная оценка влияния на рабочий процесс развернутого двигателя исследуемых факторов из-за погрешностей, вносимых неравномерностью работы всех цилиндров. Поэтому повышается значимость экспериментальных исследований рабочего процесса на одноцилиндровом опытном двигателе / 53.55 /.

Процессы в агрегатах комбинированного дизельного двигателя протекают во взаимной связи друг с другом и оказывают различное влияние на эффективный к.п.д. двигателя. Известные методы анализа с использованием первого принципа термодинамики позволяют получить количественную оценку преобразований тепловой энергии топлива в работу. Применение второго принципа термодинамики, в частности эксергетического метода, позволяет провести качественный анализ и выявить основные источники необратимостей в цикле в узлах комбинированного двигателя и влияние их на эффективный к.п.д. двигателя. Все большее распространение приобретает такой метод как для установок с постоянным количеством рабочего тела / 56.62 /, так и для установок с переменным количеством рабочего тела / 50.52, 63.65 /. Следовательно, для выполнения анализа целесообразно использование этого метода, применение усовершенствованных методик анализа процессов с переменным количеством рабочего тела применительно к типу поршневого двигателя.

На основании изложенного, для достижения поставленной цели принят расчетно-экспериментальный метод исследования, базирующийся на экспериментах, выполненных на одноцилиндровом опытном двигателе 1ЧН13/П,5 с применением методов математического планирования экспериментов.

В соответствии с этим в работе предусмотрено:

I. Разработать методику расчетно-экспериментального исследования на одноцилиндровом двигателе рабочего процесса многоцилиндрового дизеля с автономным турбокомпрессором на основе идентичности их индикаторных процессов и математического планирования эксперимента.

2. Разработать методику определения параметров цикла дизеля с автономным турбокомпрессором по опытным данным.

3. Разработать метод анализа эффективности рабочего процесса дизеля с автономным турбокомпрессором на основе последовательного перехода от максимально возможной работы к эффективной.

Уточнить методику эксергетического анализа процессов горен ия-расширения с учетом идентификации опытной и расчетной индикаторных диаграмм.

5# Исследовать закономерности изменения индикаторных и эффективных показателей дизеля бЧИЗ/11,5 от ряда конструктивных и режимных параметров при форсировании его до Л4лв 22 кВт/л.

6. Обобщить результаты проведенных исследований и выработать практические рекомендации по выбору рационального сочетания исследуемых параметров для заданных уровней форсирования дизеля.

Похожие диссертационные работы по специальности «Тепловые двигатели», 05.04.02 шифр ВАК

Заключение диссертации по теме «Тепловые двигатели», Сорокотяга, Александр Семенович

- 212 -Выводы

1. Смещение в заданных пределах камеры сгорания в поршне в сторону форсунки ( Л ) оказывает эффективное влияние на рабочий процесс исследуемого двигателя 6ЧН13/П,5 как при установленном = 11,0 МПа, так и при оптимальных значениях установочного угла начала подачи топлива в цилиндр (8опт). В заданных пределах изменения Д , /1$ неэффективный к.п.д. достигает своего максимального значения, = 0,376.

2. Смещение Д от 3 до 9 мм при fa = 11,0 МПа приводит к улучшению топливной экономичности исследуемого двигателя на

2 гДкВт.ч).

3. Смещение от 3 до 9 мм при оптимальных вп.к.ё. до ВМТ приводит к улучшению топливной экономичности исследуемого двигателя на 1,5.3 г/(кВт.ч). Причем большая экономичность достигается при больших значениях .

4. Улучшение эффективного к.п.д. со смещением Д обеспечивается за счет роста индикаторного к.п.д. Это объясняется улучшением процессов смесеобразования и сгорания, что приводит к уменьшению потерь в стенки цилиндра исследуемого двигателя.

5. Показано, что из условий надежности исследуемого дизеля целесообразно рекомендовать рациональное сочетание параметров

А , /?$ и полученное при ограничении по jl2= 11,0 МПа.

6. Организация рабочего процесса при оптимальных значениях S позволяет получить = 226.227 гДкВт.ч); % = 0,374.

0,376; = 0,468. 0,469 при рациональных сочетаниях параметров Д , р>£ и Однако это сопряжено с повышением jt^ , что потребует снижения степени сжатия.

7. Смещение Д от 3 до 9 мм приводит к уменьшению установочного угла начала подачи топлива в цилиндр ( & ) на 3° п.к.в. до ВМТ как для = 11,0 МПа, так и в случае оптимальных значений 6 . Уменьшение установочного угла начала подачи топлива способствует улучшению динамики рабочего процесса дизеля, что является резервом повышения его надежности и долговечности.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

I. Разработаны методики исследования и анализа рабочего процесса дизеля с автономным турбокомпрессором.

IД. Методика расчетно-экспериментального исследования на одноцилиндровом опытном двигателе рабочего процесса многоцилиндровых дизелей с автономным турбокомпрессором на основе идентичности их индикаторных процессов и математического планирования эксперимента. Эта методика позволяет вести оптимизацию исходных термодинамических и конструктивных параметров дизеля типа ЧН13/П,5 на различных уровнях его форсирования.

1.2. Разработана комбинированная номограмма установки тур-бокомпрессорного режима и среднего эффективного давления опытного одноцилиндрового двигателя, обеспечивающая идентичность процессов с многоцилиндровым двигателем и уменьшающая объем экспериментального исследования.

1.3. На основании трудов известных ученых В.И.Гриневецкого, В.К.Мазинга, Н.М.Глаголева, А.Э,Симеона и др. разработана методика определения параметров рабочего цикла дизеля с автономным турбокомпрессором по опытным данным, с учетом идентификации опытной индикаторной диаграммы и расчетной по методу Гриневецкого--Мазинга. Данная методика явилась исходной для исследования закономерностей изменения индикаторных и эффективных показателей от исследуемых параметров и для разработки методик анализа эф-* фективности рабочего процесса исследуемого двигателя,

1.4. На основании зависимостей, полученных проф.Н.М.Глаголевым, разработан метод анализа рабочего процесса дизеля с автономным турбокомпрессором, в основе которого лежит последовательный переход от максимально возможной работы цикла к эффективной. Метод позволяет оценить потери работы в эквивалентах удельного расхода топлива по узлам и отдельным процессам исследуемого двигателя, выполнять сравнительный анализ эффективности отдельных его рабочих процессов, а так же оценивать степень совершенства аналогичных рабочих процессов двигателей различных модификаций.

1.5. Разработана уточненная на участке горения-расширения методика энерго-эксергетического анализа эффективности рабочего процесса дизеля с автономным турбокомпрессором. Методика является универсальной и может применяться как для сравнительных, так и для комплексных исследований эффективности рабочего процесса исследуемого двигателя.

1.6. Разработанные методики по п.1.,.5 позволяют выполнять комплексное исследование рабочего процесса многоцилиндрового ДВС на одноцилиндровом опытном двигателе. По методикам, приведенным в п.З.,.5 разработаны и реализованы в алгол-программы соответствующие алгоритмы для выполнения расчетов на ЭВМ.

2. Выполнены исследования влияния конструктивных и режимных параметров S , П , /Z2, и ^т/с на рабочий процесс дизеля 6ЧН13/11,5, форсированного до литровых мощностей

Л/£л= 22 кВт/л, и определены рациональные сочетания этих параметров для отдельных уровней форсирования.

2.1. Показаны возможности и пределы форсирования базового комбинированного двигателя 6ЧН13/П,5 без промежуточного охлаждения наддувочного воздуха и с промежуточным его охлаждением. Показано, что форсирование этого двигателя до A/g/j- 20.22 кВф& с ограничением по tr - 650°С без промежуточного охлаждения наддувочного воздуха невозможно; с промежуточным охлаждением -сопряжено со значениями р>% ? 14 МПа. При этом выполнена оценка изменения основных конструктивных и режимных параметров рабочего процесса и анализ степени его совершенства с использованием разработанных методик при форсировании базового исследуемого двигателя. Показана правомерность и целесообразность применения разработанных методик анализа эффективности рабочего процесса исследуемого двигателя.

2.2. Обоснованы и выполнены экспериментальные исследования влияния конструктивных и режимных параметров 8 , /7 , , ts и Чтк на рабочий процесс дизеля 6ЧН13/П,5 при постоянной цикловой подаче топлива в цилиндр Вц «= 0,1068 г/цикл и ограничении по fa- 10,3 МПа.

Рассмотрены зависимости индикаторных и эффективных показателей от исследуемых конструктивных и режимных параметров. Получены пределы форсирования исследуемого двигателя в диапазонах изменения параметров $ , п , fls , ts и hinK и пределы изменения топливной экономичности при этом.

2.3. Получены рациональные сочетания §> , П , , и 1тк Для уровней форсирования Нел- I7»7» 19,3; 20,1 и 20,9 кВт/л при Вц- 0,1068 г/цикл и ограничении по fl^ = 10,3 МПа и tT= 650°С.

2.4. На основании выполненного анализа по определению рационального сочетания указанных параметров при Вц- 0,1068 г/цикл; fa = 10,3 МПа и tT= 650°С показано, что:

- для уровней форсирования исследуемого двигателя р £ 18,5 кВт/л возможно и целесообразно снижение номинальной частоты вращения коленчатого вала от исходной, что является резервом по улучшению топливной экономичности и надежности иссле* дуемого двигателя. Так, для Ыел^ 18,5 кВт/л в качестве перспективного предложено следующее сочетание параметров: П = 2000 мин"1; & = 13,5; = 0,183 МПа; is = 58°С и *2тк - 0,50. При этом топливная экономичность находится на уровне fa У 227 г/ СкВт.ч);

- форсирование исследуемого двигателя до уровней

19,3 кВт/л сопряжено с увеличением номинальной частоты вращения коленчатого вала и снижением степени сжатия. Так, уров> ни форсирования 3 кВт/л можно реализовать при значениях Г1 7/ 2100 мин"1 и ё ^ 13,0;

- литровая мощность Ыел~ 20,9 кВт/л является предельно возможным уровнем форсирования базового двигателя в заданных диапазонах изменения ё , П , р$ » ^s и и при указанных ограничениях.

2.5. Учитывая требования по надежности запуска дизеля и имеющиеся технические решения надежности его запуска при

§ — 13,5, рекомендуется перспективное значение % = 12,0, полученное для A/ej = 20,1 кВт/л, с целью дальнейшего повышения надежности и долговечности высокофорсированного дизеля типа ЧН13/П,5. Мероприятия по улучшению характеристик впрыска и распиливания топлива могут привести к уменьшению П и ^ , что подтверждается исследованиями, выполненными в ГСКБД С г.Харьков).

2.6. Сравнительный анализ эффективности рабочего процесса дизеля 6ЧН13/И,5, выполненный по методике последовательного перехода от максимально возможной работы цикла к эффективной, для двух уровней форсирования 19,3 и 20,1 кВт/л, полученных на базовом и одноцилиндровом опытном двигателях, показал, что существует прямая зависимость между § и » обеспечивающая равную эффективность рабочего процесса на номинальном режиме. Получены предельные значения £ и р^ , а также уровни индикаторных и эффективных показателей при одинаковой топливной экономичности для исследуемых уровней форсирования. Показаны резервы улучшения топливной экономичности номинального режима указанных уровней форсирования,

2.7. На базе выполненных исследований в подразделе 2,2, обоснованы и выполнены экспериментальные исследования влияния конструктивных и режимных п араметров П , jt^ и на рабочий процесс дизеля 64HI3/II,5 с целью оценки возможности достижения A/s/f- 22,1 кВт/л при £ - 12,5 и ограничении по tT= 650°С.

2.8; Выполненный анализ влияния П , ps и на индикаторные и эффективные показатели дизеля 6ЧН13Д1,5 показал на наличие прямой зависимости между f1% и П , обеспечивающей максимальные значения его эффективного к.п.д. Так, с ростом р^ максимальные значения ^ смещаются в сторону более высоких П . С учетом ограничений по tr= 650°С заданная мощность Ыел т 22,1 кВт/л может быть реализована лишь при Г1 У/ 2150 мин . Определены рациональные сочетания П , ps и р^ для заданной литровой мощности. Показано, что при = 12,5 повышать до значений р^ 7 11,7 МПа нецелесообразно.

2.9; Выполненный анализ влияния П , р$ и р^ на эксер-гетические потери дизеля 6ЧН13/И,5, форсированного до fi/gj -= 22,1 кВт/л, показал, что для получения высокоэффективного рабочего процесса необходимо совершенствовать нагнетатель и холодильник в системе турбонаддува, а также процессы смесеобразования и сгорания в цилиндре двигателя.

2.10. С учетом перспектив по обеспечению надежности запуска дизеля при более низких степенях сжатия, значение £ = 12,5 является перспективным и рекомендуется при дальнейшем повышении надежности и долговечности высокофорсированных дизелей типа ЧН13/11,5.

3. Обоснованы и выполнены экспериментальные исследования влияния конструктивных и режимных параметров: смещения камеры сгорания в поршне в сторону форсунки С Д ), и на рабочий процесс дизеля 6ЧН13/11,5, форсированного до литровой мощности Ны = 16,1 кВт/л, с целью определения резервов повышения его топливной экономичности. Показано, что смещение в заданных пределах камеры сгорания в сторону форсунки оказывает эффективное влияние на рабочий процесс исследуемого двигателя, как при ограниченном значении jt^ - 11,0 МПа, так и при оптимальном значении установочного угла начала подачи топлива в цилиндр С в опт ). В заданных пределах изменения А , и 1ТК эффективный к.п.д достигает своего максимального значения, равного = 0,376.

3.1. Показано, что смещение камеры сгорания в поршне в сторону форсунки от 3 до 9 мм при /^z ~ МПа приводит к улучшению топливной экономичности исследуемого двигателя на 2гЛкВт.ч>. Смещение камеры сгорания в поршне в сторону форсунки от 3 до

9 мм при оптимальных Q°n.K.£. до В.М.Т. приводит к улучшению топливной экономичности на 1,5.3 г/ СкВт.ч).

Увеличение эффективного к.п.д. со смещением камеры сгорания в поршне в сторону форсунки обеспечивается за счет повышения индикаторного к.п.д. Это объясняется улучшением процессов смесеобразования и сгорания в цилиндре и приводит к уменьшению потерь теплоты топлива в стенки цилиндра на участке горения-расширения.

3.2. Показано, что смещение камеры сгорания в поршне в сторону форсунки от 3 до 9 мм приводит к уменьшению установочного угла начала подачи топлива в цилиндр С & ) на 4°п.к.в. до В.М.Т., как для - 11,0 МПа, так и в случае оптимальных . Уменьшение установочного угла начала подачи топлива способствует улучшению динамики рабочего процесса исследуемого двигателя, что является резервом повышения его надежности и долговечности.

3.3. Получены рациональные сочетания исследуемых параметров А » ft3 и *17к рабочего процесса исследуемого двигателя как для = 11,0 МПа, так и в случае оптимальных Q •

3.4. Выполненный энерго-эксергетический анализ раскрыл структурные изменения эксергетических потерь по циклу исследуемого рабочего процесса двигателя 6ЧН13/И,5 с изменением Л , flS и *1тк .

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Сорокотяга, Александр Семенович, 1984 год

1. Материалы ХХУ1 съезда КПСС. М.: Политиздат, 1982. -223 с.

2. Продовольственная Программа СССР на период до 1990 года и меры по ее реализации. Материалы майского Пленума ЦК КПСС 1982 года. М.: Изд-во Политической литературы, 1982. - III с.

3. О долговременной программе мелиорации, повышении эффективности использования мелиорированных земель в целях устойчивого наращивания продовольственного фонда страны. Информационное сообщение о Пленуме ЦК КПСС. Правда, 1984, 24 октября.

4. Анализ технического уровня отечественных и зарубежных тракторов. Отчет ГСКБД № 2535-73. Харьков, 1973. 16 с.

5. Анализ техничесского уровня тракторных двигателей отечественного и зарубежного производства. Отчет ГСКБД № 3390-76. Харьков, 1976. 15 с.

6. Волошин Ю.П., Литвинцева Н.И. Параметры современных автотракторных дизелей. В кн.: Двигатели внутреннего сгорания. 1981, вып.34, C.3.I2.

7. Ливенцов Ф.Л. Силовые установки с двигателями внутреннего сгорания. Л.: Машиностроение, 1969. - 346 с.

8. Тепловые двигатели и газовые турбины / Глаголев Н.М., Куриц А.А., Водолажченко В.В. и др. М.: Гострансжелдор, 1957. - 460 с.

9. Проблемы создания и использования двигателей с высоким наддувом (тезисы докладов), Харьков, 1979. 476 с.

10. Орлин А.С., Вырубов Д.Н., Чайнов Н.Л. Перспективы развития двигателей внутреннего сгорания. Машиностроение, 1975, № 4, с.63.69.

11. Коваль И.А. Основные результаты научных и опытно-конструкторских работ ГСКБД по дизелям СМД за 1949.1979 г.

12. В кн.: Двигатели внутреннего сгорания, 1979, вып.30, с.5.15.

13. Орлин А.С. Перспективы развития комбинированных ДВС. -Машиностроение, 1970, №4, С.49.55.

14. Орлин А.С. Состояние и перспективы развития исследовательских работ в области ДВС. Машиностроение, 1971, № I, с.133 .137.

15. Орлин А.С., Иванченко Н.Н., Круглов М.Г. Международный конгресс по ДВС. Вестник машиностроения, 1^72, к I, Q.

16. Иванченко Н.Н., Иванов Н.В. Развитие теоретических и экспериментальных направлений по совершенствованию и форсировке рабочего процесса дизелей с наддувом. Энергомашиностроение, 1974, № 9, C.8.II.

17. Стрелков В.П., Ляпин Б.П. Развитие двигателей с высоким средним эффективным давлением. Двигатели внутреннего сгорания. НИИинформтяжмаш, 1974, №4, с.16.21.

18. Форсированные дизели. Доклады на XI Международном конгрессе по двигателям (СИМАК).: Под ред. В.И.Балакина, Н.Н.Иванченко, М.Г.Круглова. М.: Машиностроение, 1978. - 360 с.

19. Симеон А.Э., Шеховцов А.Ф. Перспективы совместных исследований вузов и ГСКБД по дальнейшему повышению пределов форсирования дизелей-типа СМД. В кн.: Двигатели внутреннего сгорания, 1979, вып.30, с.15.20.

20. Портнов Д.А. Быстроходные турбопоршневые двигатели своспламенением от сжатия. Теория, рабочий процесс и характеристики. М.: Машгиз, 1963. - 639 с.

21. Результаты исследований пусковых качеств дизеля СМД-75 с & = 13,5, оборудованного электронно-импульсным подогревателем. Отчет ГСКБД № 4137-81, Харьков, 1981. 47 с.

22. Ю.В.Лущицкий Ю.В., Синайский Д.М., Шнейдер Ю.В. Низкотемпературный пуск дизелей СМД с наддувом и пониженной степенью сжатия. В кн.: Проблемы создания и использования двигателей с высоким наддувом (тезисы докладов), Харьков, 1979, с.31.32.

23. Махалдиани В.В., Эджибея И.Ф., Леонидзе A.M. Двигатели внутреннего сгорания с автоматическим регулированием степени сжатия. Т.: Тецниереба, 1973. - 115 с.

24. Хуциев А.И. Повышение удельной мощности ТПД с переменной степенью сжатия. Машиностроение, 1973, № 10, с.96.98.

25. Исследование путей создания высокофорсированных и экономичных дизелей. Отчет ГСКБД № 3882-79, Харьков, 1971. 36 с.

26. Осуществление программы дальнейшего повышения энергонасыщенности выпускаемых и создание новых высокопроизводительных тракторов. Отчет ГСКБД № 2879-74. Харьков, 1974. 26 с.

27. Исследование и доводка рабочего процесса двигателя СМД-72. Отчет ГСКБД № 3330-76. Харьков, 1976. 58 с.

28. Исследование макетного образца форсированного по частоте вращения дизеля СМД-бОф . Отчет ГСКБД № 3495-77. Харьков, 1977. 51 с.

29. Исследование и доводка рабочего процесса дизелей СМД-72/62М с целью снижения максимального давления сгорания. Отчет ГСКБД № 3551-77. Харьков, 1977. 55 с.

30. Лабораторные испытания макетного образца дизеля СМД-72Д. Отчет ГСКБД № 3596-78. Харьков, 1978. 19 с.

31. Исследование путей создания высокофорсированных и экономичных дизелей. Отработка рабочего процесса и конструкции поршня двигателя СМД-60/80 с автоматически изменяющейся степенью сжатия. Отчет ГСКБД № 3882-79. Харьков, 1979. 17 с.

32. Создание и отработка способов форсирования дизеля СМД-74/75. Отчет ГСКБД № 3902-79. Харьков, 1979. 22 с.

33. Создание и отработка способов форсирования дизеля СМД-74/75. Отчет ГСКБД № 4050-80. Харьков, 1980. 26 с.

34. Исследование влияния некоторых конструктивных элементов, определяющих рабочий процесс, на мощностно-экономические показатели дизеля СМД-23/24 с форсированием его до 170.180 л.с. Отчет ГСКБД № 4121-81. Харьков, 1981. 28 с.

35. Исследования по совершенствованию газодинамических параметров впускных винтовых каналов и оптимизации воздушного вихря в цилиндре. Отчет ГСКБД № 4132-81. Харьков, 1981. 22 с.

36. Исследование рабочего процесса двигателя СМД-60, форсированного по скоростному режиму до 2300.2400 об/мин. Отчет кафедры ДВС ХПИ им.В.И.Ленина № 689, Харьков, 1974. 178 с.

37. Исследование по оптимизации рабочего процесса двигателя СМД-60, форсированного до = 250 л.с. Отчет ХПИ им.В.И.Ленина № 761 (инв. № Б575306 ). Харьков, 1976. 120 с.

38. Расчетная оценка влияния параметров форсунки ФД-22 и регулировки топливного насоса НД-22 на показатели топливоподачи дизеля СМД-60, форсированного до Л/ел « 25.27 л.с./л. Отчет ХПИ им.В.И.Ленина № 752. Харьков, 1978. 45 с.

39. Исследование влияния характеристик впрыска и расныли-вания на топливную экономичность дизеля типа СМД-60. Отчет кафедры ДВС ХПИ им.В.И.Ленина № 751. Харьков, 1978. 63 с.

40. Рафалес-Ламарка Э.Э., Николаев В.Г. Некоторые методы планирования и математического анализа биологических экспериментов. К.: Наукова думка, 1971, с.41.56.

41. Федоров В.В. Теория оптимальных экспериментов (Планирование регрессивных экспериментов). М.: Наука, 1971. - 312 с.

42. Рафалес-Ламарка Э.Э., Звонов В.А., Фурса В.В. Математическое планирование при экспериментальном исследовании двигателя внутреннего сгорания. В кн.: Двигатели внутреннего сгорания, 1973, вып.16, с.29.34.

43. Смирнов В.Н. Пути повышения эффективности экспериментальных исследований. Труды ЦНИТА, 1973, вып.57, с.50.53.

44. Гончар Б.М., Батраков Ю.М. Применение методов оптимизации при исследовании процессов в цилиндрах двигателя. Энергомашиностроение, 1974, № 9, с.15.17.

45. Горский В.Г., Адлер Ю.П. Планирование промышленных экспериментов. М.: Металлургия, 1974. - 264 с.

46. Бондарь А.Г., Статюха Г.А. Планирование эксперимента в химической технологии.- К.: Выща школа, 1976. 182 с.

47. Винарский М.С., Лурье М.В. Планирование эксперимента в технологических исследованиях. К.: Техника, 1978. - 168 с.

48. Шокотов Н.К. О термодинамических методах расчета рабочих процессов в двигателях внутреннего сгорания. В кн.: Двигатели внутреннего сгорания, 1970, вып.12, с.2.8.

49. Губин А.И. Исследование характеристик высокофорсированной тепдовоаной дизель-турбинной установки с силовой турбиной. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук, Харьков, 1975.

50. Шокотов Н.К. Основы термодинамической оптимизации транспортных дизелей. Харьков: Выща школа, 1980. - 120 с.

51. Шеховцов А.Ф., Воронкин А.А., Шокотов Н.К. и др. Физическое моделирование характеристик тепловозных и судовых дизелей на опытном двигателе (учебное пособие). ХПИ имени В.И.Ленина, 1974. - 27 с.

52. Соколов B.C. Повышенный наддув серийных дизелей (Методика исследования на одноцилиндровых отсеках). Турбопоршневые двигатели. Сборник статей. М.: Машиностроение, 1965, с.32.39.

53. Расчетно-экспериментальные исследования по созданию методики моделирования турбокомпрессорных режимов работы форсированного двигателя СМД-60 по нагрузочным характеристикам. Отчет ХПИ им.В.И.Ленина № 749 (Инв. № Б624020) Харьков, 1976. 109 с.

54. Вукалович М.П., Новиков И.И. Термодинамика. М.: Энергия, 1968. - 496 с.

55. Гохштейн Л.П. Современные методы термодинамического анализа энергетических установок. М.: Энергия, 1969. - 368 с.

56. Кричевский И.Р. Понятия и основы термодинамики. М.: Химия, 1970. - 439 с.

57. Бродянский В.М. Эксергетический метод термодинамического анализа. М.: Энергия, 1973. - 296 с.

58. Бэр Г.Д. Техническая термодинамика. М.: Мир, 1977.74 с.

59. Мамонтов М.А. Вопросы термодинамики тела переменной массы. М.: Оборонгиз, 1961. - 285 с.

60. Шокотов Н.К. Термодинамические основы оптимизации характеристик перспективных тепловозных и судовых дизелей. Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук. Харьков, 1978.

61. Мороз В.И. Математическое планирование исследования при оптимизации показателей турбопоршневого дизеля. В кн.: двигатели внутреннего сгорания, J.b76, вып.24, C.96.1U2.

62. Гухман А.А. Введение в теорию подобия. М.: Выща школа.1973. 296 с.

63. Минкин З.М. Определение среднего индикаторного давления при помощи гармонического анализа развернутых диаграмм. Труды ЦНИДИ. Выпуск № 32, 1958, с.5.12.

64. Романов В.М. О точности методов обработки индикаторных диаграмм для определения среднего индикаторного давления. Автомобильная промышленность, 1965, №7, с.12.18.

65. Магнитский Ю.А. Определение ji^ с помощью наименьшего числа измерительных ординат. Энергомашиностроение, 1970, № 9, с.21.26.

66. Киселев М.П. Исследование некоторых погрешностей при индицировании дизелей электрическими индикаторами. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. Харьков,1974.

67. Седов Лл1. Методы подобия и размерности в механике. М.: Наука, 1965. 388 с.

68. Преображенский В.П. Теплотехнические измерения и приборы. М.: Энергия, 1978 - 704 с.

69. Бурдун Г.Д., Марков Б.Н. Основы метрологии. М.: Издательство стандартов, 1975. - 336 с.

70. ГОСТ П.004-74. Прикладная статистика. Правила определения оценок и доверительных границ для параметров нормального распределения. М.: Изд-во стандартов, 1974. - 20 с.

71. ГОСТ 8.207.76. Прямые измерения с многократными наблюдениями. Методы обработки результатов наблюдений. М.: Изд-во стандартов, 1976. - ДО с.

72. ГОСТ 18509-80. Дизели тракторные и комбайновые. Методы стендовых испытаний. М.: Изд-во стандартов, 1980. - 57 с.

73. Глаголев Н.М. Рабочие процессы двигателей внутреннего сгорания. М.: Машгиз, 1950. - 480 с.

74. Вибе И.И. Новое о рабочем цикле двигателей. М.: Машгиз, 1962. - 270 с.

75. Глаголев Н.М. и др. Тепловозные двигатели внутреннего сгорания и газовые турбины. М.: Транспорт, 1973. - 360 с.

76. Ленин И.М., Костров А.В. и др. Автомобильные и тракторные двигатели. Теория двигателей и системы их топливоподачи. -М.: Высшая школа, 1976. 370 с.

77. Орлин А,С., Вырубов Д.Н., Ивин В.И. и др. Теория рабочих процессов поршневых и комбинированных двигателей. М.: Машиностроение, 1971. - 398 с.

78. Симеон А.Э., Сахаревич В.Л., Харченко А.И. Определение режимов совместной работы дизеля и агрегатов турбонаддува. В кн.: Научные труды ХИМЭСХ, вып.15, 1971. - с.272.,.280.

79. Глаголев Н.М. Способ повышения к.п.д. тепловозных двигателей. Индикаторный к.п.д. В кн.: Тепловые и судовые двигатели (Труды ХПИ им.В.И.Ленина, т.ХХХП, вып.2), Харьков,1961,с. 5. .25.

80. Глаголев Н.М. Способы повышения к.п.д. тепловозных двигателей. Механический и эффективный к.п.д. В кн.: Тепловозныеи судовые двигатели. М., Машгиз, 1962, с.5.31.

81. Мельников Г.В. Метод определения индикаторного к.п.д. и составляющих теплового баланса ДВС. В кн.: Труды ЛПИ, 1967, № 282, с.258.261.

82. Сычев В.П. Оценка степени совершенства тепловых процессов в поршневых ДВС. В кн.: Труды Саратовского политехнического института, 1968, вып.30, с.59.67.

83. Шокотов Н.К. О форме оценки эффективности преобразования теплоты в работу в цилиндре двигателя. В кн.: Двигатели внутреннего сгорания, 1971, вып.13, с.5.7.

84. Шокотов Н.К.Индикаторный тепловой баланс и баланс работы (теплоты) по контуру индикаторной диаграммы. В кн.: Двигатели внутреннего сгорания, 197I, вып.13, с.7.II.о ♦

85. Шокотов Н.К., Сорокотяга А.С., Руль В.Н. Анализ результатов улучшения условий смесеобразования и сгорания в дизеле СМД-62. В кн.: Двигатели внутреннего сгорания, 1981. вып.34, с.34.39.

86. Волошин Ю.П., Карнаухов Ю.И., Лущицкий Ю.В., Сорокотя-га А.С. Экспериментальные исследования по форсированию дизеля СМД-62 до литровой мощности 27.30 л.с./л. В кн.: Двигатели внутреннего сгорания, 1978, вып.28, с.115.121.

87. Симеон А.Э. Газотурбинный наддув дизелей. М.: Машиностроение, 1964. - с.

88. К, Zinnex fluficLcLung von Vexixennungs-Motoxen. G-mmdiaoen Вгчес/гпипйеп -flusfutungen. Spxinfyer-vax&uj. Bex&n.HeL%e/:iexg. A/EW VOhfK, 43IS.

89. Карл Циннер. Наддув двигателей внутреннего сгорания.: Под ред.Н.Н.Иванченко. Л.: Машиностроение, 1978, - 262 с.

90. Волошин Ю.П., Карнаухов Ю.И., Сорокотяга А.С., Тицкий

91. B.П. Оптимизация параметров рабочего процесса двигателя СМД-60, форсированного до литровой мощности 27.30 л.с./л. В кн.: Двигатели внутреннего сгорания, 1979, вып.29, - с.49.53.

92. Волошин Ю.П., Ледовский В.И., Сорокотяга А.С., Зигуля

93. C.И. Экспериментальные исследования и оптимизация эффективных показателей дизеля, форсированного до литровой мощности 27. 30 л.с./л. В кн.: Двигатели внутреннего сгорания, 1979, вып. 30, - с.115.124.

94. Сорокотяга А.С., Шокотов Н.К., Лущицкий Ю.В. Расчетно-экспериментальная оптимизация параметров рабочего процесса дизеля СМД-60. В кн.: Проблемы создания и использования двигателей с высоким наддувом (тезисы докладов), Харьков, 1979, с.61.

95. Стендовые испытания улучшенного макетного образца турбокомпрессора ТКР-8,5С-2 на двигателе СМД-75. Отчет ГСКБД (г.Харьков) № 4490-82, 1982. 18 с.

96. Создание и отработка способов форсирования дизеля СМД-74/75 до литровой мощности 28 л.с./л для энергонасыщенных дизелей. Технический акт ГСКБД № 141-82, Харьков, 1982, 12 с.

97. ГОСТ 8.011-72. Показатели точности измерений и формы представления результатов измерений. М.: Изд-во стандартов, 1972. - 5 с.

98. Райков И.Д. Испытания двигателей внутреннего сгорания. М.: Высшая школа, 1975. - 320 с.

99. Автоматические приборы, регуляторы и вычислительные системы. / Б.Д.Кошарский, Т.Х.Безновская, В.А.Бек и др. Д.: Машиностроение, 1976. - 488 с.

100. Электрические измерения неэлектрических величин. / А.М.Туричин, В.П.Новицкий, Е.С.Левшина и др. Л.: Энергия, 1975. - 576 с.

101. Планирование эксперимента в исследовании технологических процессов. / К.Хартман, Э.Лецкий, В.Шефер и др. М.: Мир, 1977.- 552 с.

102. Мантгомери Д.К. Планирование эксперимента и анализ данных. Пер. с англ. Л.: Судостроение, 1980. - 384 с.

Обратите внимание, представленные выше научные тексты размещены для ознакомления и получены посредством распознавания оригинальных текстов диссертаций (OCR). В связи с чем, в них могут содержаться ошибки, связанные с несовершенством алгоритмов распознавания. В PDF файлах диссертаций и авторефератов, которые мы доставляем, подобных ошибок нет.