Обоснование методики и разработка технических средств для исследования эффективности конвертации дизелей на регулирование режимов работы пропуском подачи топлива тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.04.02, кандидат технических наук Хусаинов, Винер Наильевич

• Хусаинов, Винер Наильевич
• кандидат технических наук
• 2011

Оглавление диссертации кандидат технических наук Хусаинов, Винер Наильевич

ВВЕДЕНИЕ.

1 АНАЛИЗ ДИЗЕЛЕЙ С РЕГУЛИРОВАНИЕМ РЕЖИМОВ РАБОТЫ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНЫМ ОТКЛЮЧЕНИЕМ ЦИЛИНДРОВ.

1.1 Режимы работы тракторных дизелей и методы их регулирования

1.2 Технико-экономические показатели дизелей с регулированием режимов работы последовательным отключением цилиндров.

1.3 Анализ механизмов отключения цилиндров и подачи топлива в отключаемые цилиндры дизелей.

2 ОБОСНОВАНИЕ МЕТОДИКИ ИССЛЕДОВАНИЙ ДИЗЕЛЕЙ С РЕГУЛИРОВАНИЕМ РЕЖИМОВ РАБОТЫ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНЫМ ОТКЛЮЧЕНИЕМ ЦИЛИНДРОВ

2.1 Анализ долговечности дизелей.

2.2 Изыскание методов повышения эффективного к.п.д. дизелей рассматриваемого типа.

2.3 Теоретический анализ эффективности регулирования дизелей последовательным отключением цилиндров (пропуском подачи топлива).

2.4 Обоснование методики исследований дизелей, конвертируемых на регулирование режимов работы пропуском подачи топлива.

3 РАЗРАБОТКА ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ ДЛЯ ОБЕСПЕЧЕНИЯ РАБОТЫ И ИССЛЕДОВАНИЯ ДИЗЕЛЕЙ С РЕГУЛИРОВАНИЕМ РЕЖИМОВ РАБОТЫ ПРОПУСКОМ ПОДАЧИ ТОПЛИВА.

3.1 Топливный насос высокого давления.

3.2 Регулятор.

3.3 Газораспределительный механизм и система охлаждения.

4 РАЗРАБОТКА СТЕНДОВ ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ ДИЗЕЛЕЙ С РЕГУЛИРОВАНИЕМ РЕЖИМОВ РАБОТЫ ПРОПУСКОМ ПОДАЧИ ТОПЛИВА

4.1 Обзор известных конструкций тормозных стендов.

4.2 Тормозной стенд для дизелей с регулированием режимов работы пропуском подачи топлива.

5 МОТОРНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ.

5.1 Измерительная аппаратура, погрешность определения измеряемых величин.

5.2 Обработка экспериментальных данных, оценка погрешностей измерений.

5.3 Результаты исследований. Их анализ.

6 ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ РЕГУЛИРОВАНИЯ ДВИГАТЕЛЕЙ ПРОПУСКОМ ПОДАЧИ ТОПЛИВА.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Обоснование методики и разработка технических средств для исследования эффективности конвертации дизелей на регулирование режимов работы пропуском подачи топлива»

Дизельные двигатели широко применяются в тракторах, автомобилях, железнодорожном транспорте, судах, стационарных установках, боевых машинах и др.

В сельскохозяйственном производстве они стали основным источником энергии. Вследствие этого и само сельскохозяйственное производство стало крупнейшим потребителем нефтепродуктов (в отдельные периоды потребляло до 40.45% вырабатываемого в стране дизельного топлива). В этой связи себестоимость сельскохозяйственной продукции во многом определяются именно технико-экономическими показателями дизелей и их дальнейшее улучшение является непреходящей проблемой.

Дизельные двигатели совершенствуются по направлениям повышения их топливной экономичности, снижения расхода смазочных материалов и металлоемкости, уменьшения токсичности выхлопных газов и шума работы, повышения надежности, упрощения конструкции и др.

В последние годы особую остроту приобрела проблема повышения топливной экономичности из-за постоянного удорожания нефтепродуктов и все острее ощущающегося их недостатка.

Хотя на сегодня дизели и являются наиболее экономичным источником энергии (в них удельный расход топлива может быть доведен до 188 г/(кВт-ч), тогда как в других тепловых машинах он намного выше) следует отметить, что их потенциальные возможности по топливной экономичности пока еще далеко не исчерпаны.

Наибольшего успеха в работе по направлению топливной экономичности дизелей можно достичь при совершенствовании их с учетом условий их работы.

Тракторные дизели работают в широких диапазонах нагрузок и оборотов. Наибольшая топливная экономичность их работы достигается на режимах, близких к номинальному. Снижение ее при переходе на частичные нагрузки, особенно на режимы пониженных частот вращения во многом объясняется особенностями работы применяемых в них топливоподающих систем непосредственного действия, а именно, снижением при этом давления впрыскивания, с одной стороны, и цикловой подачи, с другой, обуславливающих ухудшение качества процесса топливоподачи, в частности, увеличение относительной доли более грубо распиливаемого топлива в начальном и конечном участках процесса впрыскивания (соответствующих подъему и посадке иглы распылителя форсунки) и, в конечном счете, ухудшение процесса смесеобразования и сгорания топлива [3, 9, 47, 53, 60, 74, 75, 76, 91, 101].

Эффективным методом дальнейшего повышения топливной экономичности дизелей на режимах малых нагрузок и оборотов может стать переход на аккумуляторные системы топливоподачи [25, 26, 27, 28].

Однако такие системы пока еще не нашли применения в отечественных тракторных дизелях. В этой связи на сегодня большой практический интерес представляет и совершенствование оправдавших себя в течение многолетней эксплуатации и хорошо отработанных по конструкции и технологии изготовления ныне применяемых систем непосредственного действия.

Существенному улучшению качества работы топливоподающих систем непосредственного действия на режимах частичных нагрузок способствует повышение их цикловой подачи топлива. Это может реализоваться, например, в двигателях с регулированием режимов работы с выключением подачи топлива [4, 5, 7, 8, 12, 30, 31, 32, 33, 57, 61, 81, 86, 98, 99, 102, 106, 107, 113, 114, 117, 118, 119, 120].

На сегодня относительно больше исследованы двигатели с последовательным отключением цилиндров.

По зарубежным данным, такое регулирование позволяет экономить до 15% топлива [25].

На практике этот метод регулирования уже частично использовался и используется, например, в тракторах Т-130, некоторых моделях автомобилей фирм Ford, Honda, Mercedes и тепловозных двигателях фирмы MTU и отечественного производства 2Д100 и др.

Широкому его практическому применению в массовых тракторных дизелях препятствуют присущие ему серьезные недостатки, в частности, обусловленные скачкообразным изменением при отключении цилиндров показателей работы двигателя, возрастанием неидентичности по цилиндрам тепловой напряженности основных деталей двигателя, увеличением неравномерности вращения коленчатого вала и др.

Есть основания полагать, что при работе с отключением рабочих ходов поршней указанные недостатки могут не проявляться.

Отключение цилиндров является частным случаем отключения рабочих ходов поршней.

Работа дизелей с отключением рабочих ходов поршней изучена пока еще совершенно недостаточно. Объясняется это помимо всего прочего и отсутствием соответствующих методик их испытаний и испытательных стендов.

Кафедра «Автотракторные двигатели и теплотехника» Башкирского ГАУ с 2000 г. ведет работы по исследованию этого метода регулирования.

В объеме настоящей работы разрабатывались методика и технические средства, необходимые для испытаний таких дизелей.

Предварительно был проведен анализ работы этих двигателей и возможных методов повышения их эффективного к.п.д. Полученные при этом данные позволили определить возможные Управления работы по обоснованию методики их испытаний и технические средства для испытаний.

За основу моторной установки был принят двухцилиндровый дизель воздушного охлаждения Д-21А1 (трактора Т-25). Двухцилиндровый двигатель был выбран в связи с тем, что позволял вести сравнительные исследования дизелей при работе как последовательным отключением цилиндров, так и пропуском подачи топлива. В качестве тормозной установки использовался стенд DS-926-4/V -1.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Хусаинов, Винер Наильевич, 2011 год

1. Автомобильные и тракторные двигатели. Ч. 1.. Конструкция и расчет двигателей. / Под ред. И.М. Ленина. - М.: Высшая школа, 1976. - 280 с.

2. Аллилуев В.А., Ананьин А.Д., Михлин В.М. Техническая эксплуатация машинно-тракторного парка. М.: Агропромиздат, 1991. 367с.

3. Антони Ю.Х., Краснокутский В.В., Лепехин А.Т., Дудин Б.М. Влияние отключения части работающих цилиндров двигателя на количество загрязняющих веществ. // Пробл.аграр.сектора Юж.Урала и пути их решения. Челябинск 1999. С.146-150.

4. Антони Ю.Х., Краснокутский В.В. Повышение эффективности использования тракторного транспортного агрегата путем отключения части цилиндров двигателя. // Пути повышения эффективности с.-х. пр-ва. Челябинск 1998. С.153-156.

5. Антони Ю.Х., Лепехин А.Т. Выбор способа отключения цилиндров на работающем двигателе. // Совершенствование агротехники и технологии возделывания с.-х. культур. Челябинск 1996. С.53-59.

6. Антони Ю.Х. Перспективы использования метода отключения цилиндров тракторного двигателя. // Пробл. аграр. сектора Юж. Урала и пути их решения. Челябинск 1999. С. 152-153.

7. Арсеньев Е.С и др. Обеспечение работы дизельного двигателя на холостом ходу методом выключения цилиндров. // Науч.-техн. сб. № 4. Москва- 1980. С.56-60.

8. Астахов И.В., Трусов В.И., Хачиян A.C. и др. Подача и распыливание топлива в дизелях. М.: Машиностроение, 1971. - 359 с.

9. А. с. 1193280 (СССР), МКИ F 02 D 17/02. Система подачи топлива в цилиндры дизеля. / Терских И.П. и др. Опубл. 30.01.90. Бюл. № 4.

10. А. с. 850882 (СССР), МКИ F 02 М'63/02. Система питания топливом дизеля. / Шароглазов Б.А. и др. Опубл. 30.10.86. Бюл. № 40.

11. А. с. 987149 (СССР), МКИ F 02 М 59/28. Механизм управления топливным насосом высокого давления. / Линник A.B. и др. Опубл. 23.04.91. -Бюл. № 15.

12. А. с. 550485 (СССР), МКИ F 02 D 17/02. Устройство для отключения подачи топлива в цилиндр дизеля. / Березний В.В. и др. Опубл. 07.07.86. -Бюл. № 25.

13. А. с. 1548497 (СССР), МКИ F 02М 55/00. Система подачи топлива в дизель. / Патрахальцев H.H. и др. Опубл. 08.09.90. Бюл. № 9.

14. А. с. 319746 (СССР), МКИ F 02 Д 39/00. Устройство для периодического отключения подачи топлива в двигатель. / Ромашов В.М., Чертков В.Н., Потапов А.И. Опубл. 04.03.89. Бюл. № з.

15. Бахтиаров Н.И., Белявцев A.B. и др. Топливная аппаратура тракторных и комбайновых двигателей. М.: Колос, 1980. - 160 с.

16. Багиров Д.Д., Златопольский A.B. Двигатели внутреннего сгорания строительных и дорожных машин. М., Машиностроение, 1974, 220 с.

17. Баширов P.M., Габдрафиков Ф.З., Инсафуддинов С.З. Последовательное отключение цилиндров как метод повышения эффективности работы тракторного дизеля. // Достижения аграрной науки производству. Уфа — 2004. С.20-23.

18. Баширов Р.М и др. Надежность топливной аппаратуры тракторных и комбайновых двигателей. М.: 1978. - 184 с.

19. Баширов P.M. Основные показатели работы топливных систем автотракторных дизелей: Учебное пособие для студентов ВУЗов. Ульяновск: Ульяновский СХИ, 1978. - 86 с.

20. Баширов P.M. Основы теории и расчета автотракторных двигателей. -Уфа: БашГАУ, 2010.-304 с.

21. Баширов P.M. Топливные системы для автотракторных дизелей. -Уфа: Гилем, 2005. 204с.

22. Баширов P.M., Галиуллин P.P., Гайсин Э.М. Сравнительные исследования эффективности последовательного отключения цилиндров дизеля Д50. // Отчет о научно-исследовательской работе. Уфа, 2007. — 35 с.

23. Березний В.В. О регулировании судовых дизелей отключением цилиндров. // Двигателестроение, № 4. 1980. С.39- 41.

24. Березний В.В. Сравнительные испытания судового вспомогательного дизеля при отключении части цилиндров различными способами. // Двигателестроение, № 11. 1985. С.6- 9.

25. Березний В.В. Теоретическое обоснование возможности повышения экономичности дизелей при отключении части цилиндров. // Двигателестрое-ние, № 9. 1982. С.24- 26.

26. Березний В.В. Экономические и энергетические показатели работы дизелей при регулировании отключением цилиндров. // Двигателестроение, № 8.- 1980. С.47- 49.

27. Валеев Д.Х. и др. Возможности улучшения экономических и экологических свойств дизелей КамАЗ-740 отключением цилиндров и циклов на режимах холостых ходов и малых нагрузок. // Двигателестроение, № 8-9. -1991. С.62-63.

28. Вальдеррама А.Р. Повышение экономических и экологических качеств дизеля методом отключения цилиндров и циклов: дис. канд. техн. наук. Москва, 1995. — 161 с.

29. Веденяпин Г.В. Общая методика экспериментального исследования и обработки опытных данных. М.: Колос, 1973. - 199 с.

30. Взоров Б.А., Молчанов К.К., Трепененков И.И. Снижение расхода топлива с.-х. тракторами путем оптимизации режимов работы двигателей. // Тракторы и с.-х. машины, № 6. 1985. С. 10-14.

31. Гайсин Э.М. Повышение топливной экономичности тракторных дизелей регулированием режимов их работы пропуском подачи топлива: Дисс. канд. техн. наук. Санкт-Петербург-Пушкин, 2007. — 123 с.

32. Галиуллин P.P. Повышение эффективных показателей тракторных дизелей электронным управлением топливоподачи: Дисс. докт. техн. наук. -Санкт-Петербург-Пушкин, 2009. 600 с.

33. Галиуллин P.P., Гайсин Э.М. Регулирование режимов работы дизелей пропуском подач топлива. // Механизация и Электрификация сельского хозяйства, № 11.-2005. С.30-31.

34. Галиуллин P.P. Разработка для тракторных дизелей топливоподаю-щих систем непосредственного действия с электронно-управляемым впрыском: Автореф.дисс.канд.техн.наук. Санкт-Петербург-Пушкин, 2002. - 18 с.

35. Глаголев Н.М. Испытания двигателей внутреннего сгорания. Харьков: Харькховск. ун-т, 1958. - 300с.

36. Гольверк A.A., Вагнер И.Б., Методика испытаний топливной аппаратуры дизелей. Киев: Урожай, 1984. - 149 с.

37. Гольверк A.A. Влияние переменной нагрузки на топливную экономичность тракторных двигателей. // Механизация и электрификация сельского хозяйства, №8 1985. С. 18-20.

38. ГОСТ 8670-82. Насосы топливные высокого давления автотракторIных дизелей. Правила приемки и методы испытаний. М.: Изд-во стандартов, 1982.-5 с.

39. ГОСТ 18509-88 Дизели тракторные и комбайновые. Методы стендовых испытаний М.: Изд-во стандартов, 1988. - 46 с.

40. ГОСТ 14846-81 Двигатели автомобильные. Методы стендовых испытаний М.: Изд-во стандартов, 1981. - 55 с.

41. Горбунов В.В., Олесов И.Ю. Отключатели цилиндров и циклов дизеля//Грузовик, № 9 1999. С. 13-16.

42. Горелик Г.Б., Дьяченко Н.Х., Магидович JI.E., Пугачев Б.П. Работа топливоподающей аппаратуры дизелей на частичных и переходных режимах. //Труды. ЛПИ, Вып. 316-1971. С. 19-22.

43. Гуревич А.Н. и др. Топливная аппаратура тепловозных и судовых двигателей типа Д100 и Д50. М.: «Машиностроение», 1968. - 248 с.

44. Двигатели внутреннего сгорания. В 3 кн. Кн. 1. Теория рабочих процессов: Учебник для вузов / Луканин В.Н., Алексеев И.В., Шатров М.Г. и др.; Под ред. Луканина В.Н. 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Высшая школа, 2005.- 479 с.

45. Диваков Н.В. Регулирование мощности автомобильного двигателя отключением цилиндров. // Сб. статей «Вопросы машиноведения». М.: Издательство АН СССР, 1950. - С. 158 - 160.

46. Евстрифеев Б.В., Соин Ю.В., Крючков П.А. и др. Опыт эксплуатационной проверки системы отключения части цилиндров на тепловозных дизелях. // Двигателестроение, №1 1999. С.23-25.

47. Ждановкий Н.С., Ковригин А.И., Шкрабак B.C., Соминич A.B. Неустановившиеся режимы работы поршневых и газотурбинных автотракторных двигателей. Л.: Машиностроение. Ленингр. отд-ние, 1974. - 222 с.

48. Жерновой A.C. О возможности повышения экономичности многоцилиндровых автомобильных дизелей на холостом ходу. // Промышленная теплотехника, № 4. 1982. С.65- 69.

49. Зайдель А.Н. Элементарные оценки ошибок измерений. — Л.: Наука, 1968.-96 с.

50. Звонов В.А. Токсичность двигателей внутреннего сгорания. 2-е изд., перераб. -М.: Машиностроение, 1981. - 160 с.

51. Зиняев А.Б., Корнилов Г.С., Курманов В.В., Олесов И.Ю., Патра-хальцев H.H., Эмиль М.В. Возможности повышения топливной экономичности дизелей типа ЯМЗ-2Э8 отключением цилиндров и циклов. // Двигателе-строение, № 3. 1991. С.З9-41.

52. Злотник М.И., Иванов Е.И. и др. Трактор Т-130. М.: Высшая школа, 1973.-207 с.

53. Иванов A.M., Солонцев А.Н., Гаевский В.В. и др. Основы конструкции автомобиля. М.: «За рулем», 2006. - 354 с.

54. Инсафуддинов С.З. Совершенствование методики оценки неравномерности подачи топливных систем тракторных дизелей: Дис. канд. техн. наук. Оренбург, 2005. - 152 с.

55. Кислов В.Г., Баширов P.M., Попов В.Я. Топливные насосы распределительного типа. -М.: Машиностроение, 1975. 176 с.

56. Кислов В.Г., Павлов В.А., Трусов А.П. и др. Топливная аппаратура тракторных и комбайновых дизелей: Справочник. М.: Машиностроение, 1981.-208 с.

57. Колчин А.И., Демидов В.П. Расчет автомобильных и тракторных двигателей. -М.: Высшая школа, 1980. 400с.

58. Конструкция и расчет автотракторных двигателей. / Под ред. Ю. А. Степанова М.: Машиностроение, 1964. - 552 с.

59. Костарев К.В. Улучшение топливно-экономических показателей тракторного дизеля совершенствованием конструкции топливоподающей системы на основе управления характеристиками топливоподачи: Дисс. канд. техн. наук — Уфа, 2001. 111 с.

60. Коц Б.Э. Электромагниты постоянного тока с форсировкой. М.: Энергия, 1973.-80 с.

61. Кузнецов Т.Ф., Котов В.В., Вовчек А.Н. Влияние конструктивных элементов топливной аппаратуры на стабильность подачи по циклам. // Тр. Харьковск. инс-т инж- жел.-дор. тр-та, вып. 18. Харьков, 1973. С.9-18.

62. Лиханов В.А., Сайкин A.M. Снижение токсичности автотракторных дизелей. М.: Агропромиздат, 1994. - 224с.

63. Любчик М.А. Расчет и проектирование электромагнитов постоянного и переменного токов. М.: Госэнергоиздат, 1959. - 223 с.

64. Марков В.А., Баширов P.M., Габитов И.И., Кислов В.Г. Токсичность отработавших газов дизелей. Уфа: БашГАУ, 2000. - 120 с.

65. Марков В.А., Шатров В.И. Характеристики топливоподачи, топливная экономичность и вредные выбросы дизелей. // Автомобильная промышленность, №4-1998. С. 13-16.

66. Меламед М.И. Экономия бензина путем выключения цилиндров. // Автомобиль, № 3 1949. С. 11-13.

67. Мероприятия по оптимизации выброса выхлопных газов двигателями MTU на железнодорожных дорогах Германии. Emissionsoptimierung an MTU-Motoren der Deutchen Bahn AG / Schmidt R.-M.// ETR: Eisenbahn techn/ Rdsch. 1996.- Bd. 45 № 1-2. S.61.

68. Николаенко A.B. Теория, конструкция и расчет автотракторных двигателей. М.: Колос, 1992. - 414 с.

69. Николаенко A.B., Хватов В.Н. Повышение эффективности дизелей в сельском хозяйстве. Л.: Агропромиздат, 1986. - 191с.

70. Олесов И.Ю. Совершенствование экономических и экологических качеств дизелей использованием метода отключения цилиндров: Дисс. канд. техн. наук. — Москва, 1993. 250 с.

71. Островский Г.Л. Возможности повышения топливной экономичности двигателей при регулировании мощности отключением цилиндров. // Дви-гателестроение, № 11. 1986. С.52- 54.

72. Патент № 2380562 РФ МПК F02D 17/02. Способ дискретного изменения мощности ДВС (варианты) Текст. / А.А. Грабовский // Открытия. Изобретения, 2010. Бюл. № 3.

73. Патрахальцев Н.Н. От отключения цилиндров к отключению циклов. // Автомобильная промышленность, №11 — 1995. С. 18-21.

74. Суркин В.И. Основы теории и расчета автотракторных двигателей: учебное пособие. Челябинск: ЧГАУ, 2004. - 200 с.

75. Эммиль М.В. Анализ динамического уравнения дизеля с отключением цилиндров и циклов. // Тракторы и с.-х. машины, № 9 1999. С. 17-19.

76. Patent USA № 4492191. Fuel cut-off device for fuel injection pumps for multi-cilinder internal combustion engines. / Aouki Fujio, Isob Hiroshi (Diesel Kiki Co.)- 1985.

77. Patent USA № 4411229. Cylinler deactivation device. / Curtis N.A., Karner J.E. 1982.

78. Patent USA № 4414935. Cylinler deactivation device with slotted sleey mechanism. / Curtis N. A., Renshaw С. M. 1983.