Совершенствование пусковых и динамических качеств дизеля в условиях низких температур тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.04.02, кандидат технических наук Соболев, Иван Александрович

• Соболев, Иван Александрович
• кандидат технических наук
• 2009

Оглавление диссертации кандидат технических наук Соболев, Иван Александрович

Список принятых обозначений и сокращений.

ВВЕДЕНИЕ.

Глава 1. Анализ работ, посвященных проблеме совершенствования показателей пуска «холодного» дизеля при низких температурах окружающего воздуха.

1.1. Актуальность проблемы повышения эффективности пуска холодного дизеля в условиях низких температур окружающего воздуха.

1.2. Причины снижения эффективности холодного пуска дизеля.

1.3. Методы и средства повышения эффективности холодного пуска.

1.4. Динамические качества дизеля в условиях холодного пуска.

Выводы по главе 1.

Цель работы и задачи исследования.

Глава 2. Основные теоретические положения разработки метода и средств улучшения пусковых и динамических качеств дизеля в условиях низких температур.

2.1. Основные определения.

2.2. Систематизация причин снижения эффективности пуска холодного дизеля при низких температурах.

2.3. Систематизация методов повышения эффективности пуска холодного дизеля при низких температурах.

2.4. Причины появления неустойчивого пуска.

2.5. Модернизация системы топливоподачи для ввода в топливо легковоспламеняющейся жидкости.

2.6. Модернизация системы топливоподачи для регулирования интенсивности разгона выключением - включением цилиндров или циклов.

2.7. Математическая модель режимов работы дизеля при его регулировании после холодного пуска методом отключения - включения цилиндров или циклов.

2.8. Анализ свойств горючих смесей на базе легковоспламеняющейся жидкости и дизельного топлива.

2.9. Методика определения динамической внешней скоростной характеристики (ДВСХ) дизеля.

2.10. Анализ кинематики и динамики дизеля в условиях пуска - разгона.

Выводы по главе 2.

Глава 3. Стенды для испытаний дизеля и его топливной аппаратуры, методики исследований, погрешности измерений и статистическая обработка результатов измерений.

3.1. Стенд для исследования модернизированной топливной аппаратуры дизеля с системой подачи легко воспламеняющейся жидкости.

3.2. Стенд для исследования дизеля с системой подачи легковоспламеняющейся жидкости через клапан регулирования начального давления.

3.3. Погрешности измерений.

3.3.1. Определение относительной погрешности измерения цикловых подач топлива на безмоторном стенде.

3.3.2. Определение предельной относительной ошибки измерения мощности двигателя при испытаниях на стенде на установившихся режимах работы.

3.4. Статистическая обработка результатов повторных реализаций режимов разгонов.

3.5. Методика определения моментов инерции двигателя и установки.

Выводы по главе 3.

Глава 4. Результаты экспериментальных и расчётных исследований пуска холодного дизеля в условиях низких температур окружающего воздуха.

4.1. Исследование циклов пуска - разгона дизеля.

4.2. Анализ индикаторных диаграмм при быстром разгоне дизеля после пуска из холодного состояния.

4.3. Сравнение последовательности циклов пуска — разгона холодного дизеля.

4.4. Анализ внешних скоростных характеристик и динамических ВСХ при разных тепловых состояниях дизеля и разных методах пуска - разгона.

4.5. Стратегия проведения холодного пуска при низких температурах.

4.6. Результаты расчётного и экспериментального определения задержек воспламенения при пуске - разгоне холодного двигателя.

Выводы по главе 4.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Совершенствование пусковых и динамических качеств дизеля в условиях низких температур»

Эксплуатация машин в зимний период осуществляется в соответствии с требованиями ГОСТ 25646, свода правил, нормативных документов и конструкторской (эксплуатационной) документации на машины конкретных моделей. Эксплуатацию машин при температуре окружающего воздуха от минус 20 до минус 30 °С рекомендуется осуществлять со снижением рабочих нагрузок на 25% по отношению к паспортным. А при температуре от минус 30 до минус 40 °С - на 50%.

Пуск дизеля в условиях пониженных температур окружающей среды без предпусковой подготовки, т.е. из «холодного» состояния, создаёт эксплуатационникам множество проблем, основными из которых являются следующие.

Необходимость прокрутки вала дизеля в условиях высокой вязкости масла, а в конечном итоге высокого сопротивления вращению, требует повышенной мощности пусковых средств.

Пониженная температура, повышенная вязкость топлива, низкая частота вращения кулачкового вала топливного насоса снижают качество рас-пыливания топлива, качество смесеобразования.

Последнее усугубляется низкими температурами воздушного заряда, как в связи с температурой окружающей среды, так и в связи с повышенным теплоотводом в стенки камеры сгорания и повышенными утечками заряда при сжатии. В результате снижается вероятность самовоспламенения горючей смеси и проч.

Но даже при успешности появления первых вспышек в цилиндрах, после начала разгона дизеля после пуска возникает опасность появления «неустойчивости» пуска. Последняя связана с тем, что после появления первых воспламенений в цилиндрах и после начала успешного разгона дизеля происходит одновременное снижение как периода задержки воспламенения, выраженного в единицах времени, так и возрастание периода задержки воспламенения, выраженного в единицах угла поворота коленчатого вала. Рост этого угла с переходом начала сгорания за ВМТ приводит к снижению развиваемого крутящего момента. А если этот угол достигает примерно 40 - 50 градусов п.к.в. после ВМТ, то самовоспламенение смеси прекращается, а если при этой частоте вращения уже произошло отключение пускового средства, то двигатель, как правило, совершает выбег и останавливается. В результате требуется повторная попытка пуска. ГОСТ предусматривает такие возможности и оговаривает, что пуск можно признать успешным, если двигатель не более чем с трёх попыток запускается в течение заданного ограниченного времени и выходит на режим некоторой стабильной частоты вращения, при которой и работает до уровня прогрева, необходимого для безопасного и успешного приёма нагрузки.

Чрезмерное возрастание угла задержки воспламенения при уменьшении времени задержки связано со слишком интенсивным возрастанием частоты вращения вала дизеля сразу после пуска. Снизить эту интенсивность уменьшением подачи топлива нельзя, так как это приводит к уменьшению абсолютной величины и доли достаточно качественно распыленного топлива, а в конечном итоге - уменьшению вероятности успешного самовоспламенения и следовательно «заглоханию» двигателя. Снизить интенсивность разгона созданием внешней нагрузки на валу двигателя возможно, например, подключением к валу дизеля сразу после пуска внешних вспомогательных агрегатов, даже включением передачи, например, трактора. Но всё это как правило чревато повышенным травматизмом обслуживающего персонала. Другим методом снижения интенсивности разгона дизеля после пуска является отключение части цилиндров. Причём, предпочтительно тех, в которых не произошло вспышек. Работая на части цилиндров, дизель разгоняется менее интенсивно, более длительно, в результате чего угловое значение задержки воспламенения либо возрастает не столь быстро, либо перестаёт возрастать, двигатель может выйти на режим устойчивой работы. А по мере прогрева отключённых цилиндров появится возможность включения их в рабочий процесс.

Не для всякого двигателя такой пуск будет менее продолжительным, чем трёхкратный пуск, даже успешный. Однако он будет более надёжным, не потребует повторных не гарантированных успехом попыток пуска, не будет сопровождаться повышенными износами, нагрузками, снижением надёжности и т.д.

В то же время во многих условиях эксплуатации сохраняется необходимость повышенных динамических качеств двигателя и установки, т.е. максимально быстрого разгона и последующего приёма нагрузки без предварительного повышения теплового состояния двигателя (это особенно относится к двигателям боевых машин, аварийных электростанций, систем обеспечения безопасности ряда производств, мест скопления больших масс людей и т.д.).

Таким образом, проблему составляет не просто надёжный пуск «холодного» дизеля в условиях низких температур окружающего воздуха, но и сохранение высоких динамических качеств двигателя и установки в этих условиях. Исследованию возможности решения этой актуальной проблемы и посвящена диссертационная работа.

Целью работы является повышение эффективности пусковых и динамических качеств холодного дизеля при отрицательных температурах окружающего воздуха.

Для достижения указанной цели решаются следующие задачи. Разработать метод организации пуска - разгона холодного дизеля при пониженных температурах воздуха с использованием легковоспламеняющейся жидкости (ЛВЖ) по методу внутреннего смесеобразования, исключающий появление неустойчивости пуска, путём регулирования разгона отключением - включением части цилиндров. Разработать математическую модель пуска - разгона исследуемого дизеля при реализации предложенных методов для численного эксперимента при поиске рациональных условий проведения указанных режимов.

В работе применены экспериментальные и расчётно— экспериментальные методы исследования, в том числе математическое моделирование динамических режимов работы дизеля.

Достоверность результатов экспериментальных исследований и результатов математического моделирования определяется достаточной точностью применявшегося оборудования и стендов, сходимостью с результатами опубликованных экспериментальных исследований, обработанных с применением методики, основанной на методах математической статистики.

Научная новизна работы заключается в следующем:

- разработана стратегия организации процессов пуска - разгона холодного дизеля в условиях низких температур окружающего воздуха, включающая операции подачи легковоспламеняющейся жидкости (ЛВЖ) в цилиндры по принципу внутреннего смесеобразования с помощью штатной системы топливоподачи, оснащённой клапанами регулирования начального давления (РНД), контроля допустимой интенсивности разгона по сигналам углового положения начала сгорания, а также регулирования интенсивности разгона включением - выключением цилиндров;

- разработан алгоритм реализации предложенной стратегии проведения процессов пуска - разгона;

- предложена конструктивная схема устройства, применимого для реализации разработанной стратегии.

Практическая значимость работы заключается в следующем:

- при реализации предложенной стратегии организации холодного пуска дизеля достигается повышение надёжности, сокращение продолжительности холодного пуска - разгона, исключается вероятность неустойчивого пуска, обеспечивается уменьшение выбросов белого дыма, снижение механических нагрузок и динамики их приложения;

- предложенные средства могут быть применены при создании конструктивных схем систем реализации разработанной стратегии.

- применение предложенных средств возможно как при реализации пусковых режимов, так и в других режимах эксплуатации, например, для повышения динамических качеств дизеля.

Реализация результатов работы. Материалы исследования включены в отчёты по проведению госбюджетных НИР кафедры Российского университета дружбы народов, применяются в учебном процессе университета, в том числе при подготовке магистерских и кандидатских диссертаций.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы были доложены на 59-й Международной научно - технической конференции Ассоциации автомобильных инженеров (ААИ) в г. Омске, СибАДИ, в 2007 г., на международной конференции в МАДИ (ГТУ) в 2009 г., на всероссийском научно - практическом семинаре в МГТУ им. Н.Э. Баумана в 2009 г., на научно - технических конференциях инженерного факультета Российского университета дружбы народов в 2006, 2007 и 2008 г.г.

Публикации. По результатам исследований, вошедших в диссертацию, опубликовано 6 работ.

Структура и объём работы. Объём диссертации 153 страницы. Она содержит введение, 4 главы основного содержания, общие результаты, выводы, приложения и список использованной литературы, включающий 107 наименования. Основное содержание изложено на 114 страницах машинописного текста, 55 рисунках и 11 таблицах.

Заключение диссертации по теме «Тепловые двигатели», Соболев, Иван Александрович

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

1. Разработана стратегия организации пуска холодного дизеля в условиях низких температур окружающей среды, обеспечивающая совершенствование пусковых и динамических качеств дизеля.

2. Реализация этой стратегии пуска включает подачу легковоспламеняющейся жидкости (ЛВЖ) в цилиндры по принципу внутреннего смесеобразования, т. е. в конце такта сжатия, с помощью штатной системы топ-ливоподачи, оснащённой клапанами регулирования начального давления (РНД). Метод включает также операции регулирования интенсивности разгона после пуска выключением - включением части цилиндров по сигналам углового положения момента начала сгорания (порядка 40 градусов п.к.в. после ВМТ).

3. Предложена конструктивная схема устройства для реализации предложенной стратегии пуска - разгона. Применение предложенного устройства возможно как при реализации пусковых режимов, так и в других режимах эксплуатации, например, для повышения динамических качеств дизеля, для экономии традиционного нефтяного топлива частичным замещением его альтернативным.

4. Разработан алгоритм реализации стратегии холодного пуска, который может послужить основой для разработки системы автоматического управления процессом пуска, разгона и выхода дизеля на режим устойчивой работы.

5. Экспериментальными и расчётными методами показаны возможности повышения надёжности, сокращения продолжительности холодного пуска - разгона, исключения вероятности неустойчивого пуска и снижения выбросов белого дыма.

у Включение

П1 цилиндра

Разгон | 1

Да X

Включение цилиндра п 7 <п , 2к к-1 п>и рег.

Выключение 1 цилиндра

Да

Измерение п

Разгон

Да*

Измерение п 2 пуск

300 кг>1

Нет-+

Включение ЛВЖ Нет Нет Разгон

-г

Выключение ЛВЖ

Фнач. сг. < 40°п.к.в. У

Да 4

Измерение Фнач. сг. f

Рис. 4.5.1. Блок-схема операций стратегии холодного пуска дизеля: п2 - частота вращения вала дизеля после выключения г цилиндров из общего количества 1 цилиндров; пг ы, ПгЛ - частоты вращения предыдущего и последующего измерений; (рнач, сг, - угол начала сгорания, измеряемый датчиком детонации.

Если и, снижается, то включают по меньшей мере один цилиндр, чтобы обеспечить разгон. Далее разгон продолжается на нескольких цилиндрах, но с добавкой ЛВЖ в топливо. При достижении частоты вращения порядка (ппусКш + 300) мин"1 выключают ввод ЛВЖ через РНД. Дизель продолжает работать (разгоняться), но без добавки ЛВЖ. При этом с помощью датчика детонации измеряют момент (в угловых единицах поворота коленчатого вала) начала сгорания (р,шчхг. Если этот момент по мере разгона приближается к критическому значению (р„ач.сг.кРт.е. порядка 40 град, п.к.в. после ВМТ, т.е. при условии (р,шчхг ~ 40 град, п.к.в. после ВМТ, то проводят выключение ещё одного цилиндра. Двигатель продолжает разгоняться на оставшихся в работе или даже на одном цилиндре, но с меньшей интенсивностью, что увеличивает время прогрева цилиндра и двигателя до момента достижения вероятной пкр (критической частоты вращения). Если сигнал датчика детонации свидетельствует о приближении критической задержки воспламенения, т.е. приближении к углу начала сгорания порядка 40 град, п.к.в. после ВМТ, то на короткий промежуток времени включают ввод ЛВЖ. Этим обеспечивается надёжность самовоспламенения, начало сгорания сближается с положением ВМТ (уменьшается угол начала сгорания после ВМТ или начало сгорания смещается в зону ВМТ). При этом происходит как ускорение разгона (что, в принципе, нежелательно), так и интенсификация прогрева двигателя (что желательно). Вновь выключают ввод ЛВЖ через РНД. Дизель продолжает разгон на одном цилиндре. При этом благодаря прогреву цилиндра и двигателя, критическая частота вращения увеличивается. Датчик детонации «информирует» об угле начала сгорания. В конечном итоге этот угол начинает приближаться к ВМТ цилиндра. Это даёт возможность включить один, а затем и остальные, ранее не работавшие цилиндры. Разгон интенсифицируется. Это может привести к достижению критических частот вращения в цилиндрах, ранее не работавших и следовательно более «холодных». Если датчики детонации установлены на всех цилиндрах, то по их сигналам можно проводить включение — выключение добавки ЛВЖ или выключение - включение более холодных цилиндров по аналогии с проведёнными ранее на одном цилиндре. Если датчик детонации установлен на одном цилиндре, что конечно проще и дешевле, то, в случае прекращения самовоспламенений во вновь включаемых цилиндрах, будет происходить снижение интенсивности разгона и двигатель самопроизвольно будет регулировать интенсивность разгона, совершая выбеги - разгоны по мере пропадания вспышек или их появления, т.е. так же, как и при обычном неустойчивом пуске. Однако в предлагаемом варианте не может произойти самопроизвольного «заглохания». Этого «не позволит» более прогретый цилиндр. Далее продолжается разгон вплоть до выхода на частоту конечного режима холостого хода (XX), когда регулятор частоты вращения уменьшает подачу топлива до уровня XX. Если из-за уменьшения цикловых подач топлива происходит потеря воспламеняемости в более холодных цилиндрах, то более прогретые цилиндр или цилиндры не дадут дизелю «заглохнуть», а поддержат текущий режим либо благодаря срабатыванию регулятора на увеличение цикловых подач при чрезмерном снижении частоты вращения, либо благодаря добавке ЛВЖ в один или все цилиндры. В конечном итоге тепловое состояние двигателя стабилизируется и выравнивается по цилиндрам, режим становится устойчивым, а дизель — способным безопасно принять полную нагрузку.

Итак, важным моментом стратегии пуска является то, что сигналом к отключению - включению цилиндров или к включению - выключению подачи ЛВЖ служит угол начала сгорания {(р,,т.сг), фиксируемый например, датчиком детонации. Когда этот угол во время разгона приближается к критическому ((р,Шч.сг. кР.)> т-е- достигает уровня порядка 40 градусов п.к.в. после ВМТ (для исследованного дизеля), то следует либо замедлить разгон отключением части цилиндров, либо включить ввод ЛВЖ через клапан РНД для уменьшения периода задержки воспламенения.

Важность применения измерителя угла (рпач сг вместо более простого контроля текущей частоты вращения объясняется следующим. Очевидно, что принципиально возможно применить следующую стратегию холодного пуска. Проворачивают вал пусковым средством и подают ЛВЖ внутрь цилиндра через клапан (или клапаны) РНД. Появляются вспышки в цилиндрах, дизель разгоняется. После достижения заданной частоты выключают подачу ЛВЖ. При продолжающемся разгоне контролируют текущую частоту вращения птск. Когда дизель достигнет первой критической частоты {Птск. ~ пкр у), которая заранее конечно неизвестна, в цилиндрах прекратятся самовоспламенения, двигатель начнёт совершать выбег и без применения каких-то дополнительных мер может заглохнуть (т.е. происходит неустойчивый пуск). Чтобы этого не произошло, надо по сигналу снижения частоты вращения включить подачу ЛВЖ, чем обеспечивается эффективность самовоспламенения. Двигатель начинает интенсивно разгоняться. Если затем вновь выключить ввод ЛВЖ, то разгон сначала продолжится на дизельном топливе, но затем вновь будет достигнута вторая критическая частота пКр 2 и вновь проявится неустойчивость пуска. Поэтому целесообразно замедлить разгон двигателя, выключая часть (или все кроме одного) цилиндры. Продолжительность разгона до второй критической частоты вращения увеличится, тепловое состояние двигателя постепенно повысится, новая критическая частота увеличится. Но и в этом случае возможно её достижение. А следовательно появятся пропуски воспламенения, выбеги двигателя (т.е. все признаки неустойчивого пуска). Когда частота снизится до некоторого, заранее заданного уровня, то опять можно включить ввод ЛВЖ, чтобы не допустить выбега и возможности «заглохания» двигателя. И далее операции повторяются. Недостаток такой стратегии заключается в том, что управление включением - выключением ЛВЖ или цилиндров происходит по сигналу частоты вращения. А необходимость включения -выключения зависит от степени приближения к критическим частотам вращения, которые изменяются по мере разгона и прогрева и заранее (и во время процесса пуска - разгона) не известны. Следовательно операции включения - выключения ЛВЖ или цилиндров всегда будут происходить после проявления неустойчивости пуска. Стратегия управления по сигналу частоты вращения всегда подразумевает либо непрерывное появление неустойчивости пуска и выход из неё. Либо выбор достаточно низкой частоты вращения, по которой будет происходить управление включением — выключением цилиндров или ЛВЖ, а также достаточно длительное время работы на пониженных уровнях частот, чтобы гарантировать себя от появления неустойчивости пуска. Следовательно такой метод снижает динамические качества двигателя в проведении экстренного пуска холодного дизеля в экстремально низких температурных условиях.

Таким образом, стратегия холодного пуска с управлением по сигналу начала сгорания позволяет сократить время такого пуска, гарантировать отсутствие неустойчивости пуска, а следовательно повысить его эффективность. Необходимо отметить, что пуски - разгоны холодного дизеля с непрерывным введением ЛВЖ в топливо и в цилиндры сопровождаются повышенным расходом ЛВЖ (и следовательно с уменьшением возможного количества пусков на хранимом запасе ЛВЖ), а также с повышенными механическими и термическими нагрузками, повышенными жёсткостью сгорания и шумностыо.

4.6. Результаты расчётного и экспериментального определения задержек воспламенения прн пуске - разгоне холодного двигателя

Для расчётного определения изменения начала сгорания в циклах разгона дизеля после пуска необходимо знание характеристик разгона. Для моделирования разгонов по принятой методике необходимо иметь внешние скоростные характеристики дизеля при разном его исполнении и разных тепловых состояниях. На рис. 4.4.1 приведена ВСХ дизеля в штатном исполнении, причём, как это и положено при определении ВСХ - при прогретом, т.е. «горячем» двигателе. При этом в диапазоне частот вращения от минимальной до номинальной ВСХ получена обычным порядком на установившихся режимах. На участке частот вращения от пусковой до минимально устойчивой ВСХ для дизеля с разными регулировками и исходными состояниями получены реализацией пятикратных разгонов и последующей обработкой в соответствии с методикой главы 3. Получено, что при достоверности 0,95 средняя характеристика лежит в доверительном интервале ±8%. Экспериментальная достоверная характеристика аппроксимирована полиномиальной зависимостью с достаточной достоверностью л

Я >0,99). Следует отметить, что название ВСХ в данном случае является условным.

Характеристики холодных пусков получены обработкой разгонов «холодного» дизеля при исходной температуре в термобарокамере минус 20 °С и соответствующем тепловом состоянии дизеля. Гарантированность запуска в этих условиях обеспечена применением ЛВЖ, подаваемой на впуске в дизель в течение 2 секунд пуска - разгона, при одновременной подаче в цилиндры дизельного топлива. (Во всех режимах подача дизельного топлива происходила при положении рейки ТНВД на упоре номинальной подачи). После успешного пуска двигатель работал только на дизельном топливе и разгонялся до некоторой критической частоты, при которой могло происходить «заглохание» двигателя. В этом случае осуществлялся вторичный запуск и разгон, обычно до новой, более высокой пкр. Если двигатель вновь «заглохал», то вновь повторялись пуск и разгон вплоть до номинальной частоты вращения. Полученные многократные разгоны обрабатывались по методике главы 3 и строилась соответствующая условная ВСХ холодного дизеля. Очевидно, что в этом случае тепловое состояние дизеля непрерывно меняется и исходная температура - 20°С становится условной характеристикой. Поэтому реализация повторных пусков — разгонов проводилась в течение нескольких дней, что требовалось для восстановления теплового состояния в термобарокамере и самого двигателя. Обработкой многократных результатов разгонов по указанной методике получено, что средняя условная ВСХ лежит в доверительном интервале ±15% с достоверностью 90%. Т.е. надёжность этих результатов сравнительно низка. Характеристика Ме. Хол. также аппроксимирована полиномиальной зависимостью с высокой достоверностью (Я =0,996).

Перечисленные выше ВСХ аппроксимированы полиномиальными зависимостями. Именно эти характеристики использованы в дальнейшем для моделирования времени разгонов при пусках - разгонах дизеля.

Для увеличения длительности разгона после пуска производится отключение одного, двух или трёх цилиндров. Пуск «холодного» дизеля также производится подачей ЛВЖ на всасывании. Одновременно впрыскивается дизельное топливо. После первых вспышек системой СОЦЦ отключатся соответственно один, два, три цилиндра. Указанным выше методом получены соответствующие ВСХ, приведённые на рис. 4.4.3.

Характеристики расхода дизельного топлива и ЛВЖ (доли ЛВЖ «X» в дизельном топливе) при работе двигателя по внешним скоростным характеристикам получены при работе топливной аппаратуры на топливном стенде как в штатном исполнении, так и с системой РНД. Поскольку в условиях работы на дизеле результаты могут как — то отличаться, то эти данные использованы в качестве оценочных (измерить расходы дизельного топлива и тем более ЛВЖ в режимах разгонов не представляется возможным). Расход ЛВЖ приведён по теплоте сгорания к дизельному топливу. Доля ЛВЖ в дизельном топливе составляет при пусковой частоте вращения порядка 13%, а на номинальной - до 23%.

Смоделированные характеристики разгонов показаны на рис. 4,4.4. и рис. 4.6.1.

Видно, что наибольшая интенсивность разгона получена при применении системы РНД для подачи ЛВЖ на «горячем» двигателе. «Холодный» двигатель с такой системой также разгоняется достаточно быстро, причём, у него нет режимов неустойчивого пуска.

2200 2000 1800 1600 *1400 ^ 1200 ^ 1000 с 800 600 400 200 О

О 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 5,5 6 6,5

Рис. 4.6.1. Характеристики пусков - разгонов в разных вариантах: 1, 2 - «горячий» дизель на дизельном топливе и с ЛВЖ, 3, 4, 5, 6 - «холодный» дизель с ЛВЖ и разгон на четырёх, трёх, двух и одном цилиндрах, 7 - «холодный» с непрерывной подачей ЛВЖ.

Видно, что например, к третьей секунде разгона полноразмерный «холодный» дизель достигает 750 1/мин, а на двух цилиндрах - лишь 600 Шин. До такой же частоты полноразмерный дизель разгоняется за 2,4 секунды.

Приведённые результаты изменения задержек воспламенения в единицах времени и угла поворота коленчатого вала при разных режимах пуска - разгона дизеля полноразмерного, а также с отключением одного или двух цилиндров показывают следующее. К третьей секунде разгона полноразмерного двигателя период задержки воспламенения составляет 0,0129 секунды, что меньше, чем при медленном разгоне (0,0! 32 е.). г, с. 0,0069

100

0,0064

О 0,4 0,8 1,2 1,6 2 2,4 2,81с.

Рис. 4.6.2. Изменение времени задержки воспламенения (г) и угла задержки воспламенения {(р) при разгоне дизеля после «холодного» пуска при Тк = 243 К ((к = -30°С;: угол опережения впрыска = \$град. п.к.в. до ВМТ; начало появления нестабильности воспламенения и затем прекращений вспышек в цилиндрах порядка 45 град, п.к.в. после ВМТ.

Это объясняется тем, что при одинаковом времени работы двигателя более интенсивный прогрев достигается тогда, когда двигатель в течение того же времени работает с повышенной частотой вращения. В то же время угол задержки воспламенения составляет 58 градусов п.к.в. при быстром разгоне (полноразмерного двигателя), а при более медленном (например, на двух цилиндрах) - 49 0 п.к.в. Т. е. при быстром разгоне вероятность появления неустойчивого пуска более велика, раньше достигается пкр.

Этот эффект проявляется ещё существеннее при отключении трёх цилиндров. В этом случае угол задержки воспламенения меняется от 58° п.к.в. на третьей секунде разгона полноразмерного дизеля до 41° . Интенсивность разгона снизилась. Критический угол задержки воспламенения не был достигнут даже после 7 секунд разгона. Более того, осциллограммы показали тенденцию к уменьшению угла начала видимого сгорания после 6-6,5 секунд разгона.

Ф град, п.к.в. 70 60 50 40 30 20 10 О

О 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 5,5 6 6,5 7 Рис. 4.6.3. Изменение угла начала сгорания (<рнач.сг. после ВМТ): 1 -при разгонах дизеля после «холодного» пуска и всех работающих цилиндрах; 2 - то же на одном работающем цилиндре.

Следует отметить, что пуск - разгон с отключением части цилиндров более эффективен, когда он проводится при подаче ЛВЖ на всасывании в дизель. В этом случае после нескольких первых вспышек и после начала разгона дизеля также необходимо отключать подачу ЛВЖ. В противном случае из - за прогрева двигателя, в цилиндрах может происходить слишком раннее самовоспламенение, вплоть до воспламенения задолго до ВМТ. Это приводит к повышенным ударным нагрузкам в кривошипно - шатунном механизме, повышенной жёсткости процесса, к появлению отрицательных крутящих моментов на валу. Подача ЛВЖ через клапан РНД такого недостатка не создаёт, так как ЛВЖ вводится вместе с основным топливом незадолго до ВМТ, т.е. начало сгорания не может происходить несвоевременно, до ВМТ. Т. е, ЛВЖ можно подавать в течение всего периода пуска - разгона дизеля. Правда, при этом повышается жёсткость процесса и возрастает максимальное давление цикла. заглохания" ч И

1 9 2 2—1 и

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Соболев, Иван Александрович, 2009 год

1. Боровиков В. Ф. Расчётная оценка возможности пуска тракторного дизеля и эффективность облегчения пуска подогревом впускного воздуха. Автореферат дисс. канд. техн. наук. М. 1993. 16 с.

2. Бранцевич В. С. Повышение пусковых качеств тракторных дизелей путём защиты топливной аппаратуры от парафинов в условиях низких температур. Автореферат.дис. канд. техн. наук. М. 1995. 16 с.

3. Возможности форсирования дизеля изменением физико химических свойств топлива. /Н. Н. Патрахальцев, А. К. Синицын, А. А. Бадеев и др. // Строительные и дорожные машины. 2005, № 3, с. 33 - 35.

4. Гальянов И. В., Шуруев А. В. Новый способ запуска двигателя в холодное время года. // Тракторы и сельскохозяйственные машины. 2007, № 11. С. 10.

5. Горбунов В. В., Патрахальцев Н. Н. Улучшение пусковых качеств дизелей, работающих в условиях крайнего севера. //Науч. техн. сб. "Природный газ в качестве моторного топлива".-ИРЦ.-ГАЗПРОМ.-1997, №12.-С. 38-42.

6. Горбунов В. В., Патрахальцев Н. Н., Фомин А. В. Улучшение пусковых качеств дизелей в условиях пониженных температур окружающего воздуха. //Грузовик, автобус .1998, №1. С. 19-22.

7. Гуликашвили Т. И. Совершенствование пусковых качеств дизеля и улучшение показателей его работы на частичных режимах. Автореферат дисс.канд. техн. наук. М. 1990. 16 с.

8. Гусаков С. В. Физико химические основы процессов смесеобразования и сгорания в ДВС. Основы теории горения. Учебное пособие. М. Изд-во РУДН, 2001. - 134 с. - С. 30-38.

9. Гусаков С. В., Кульчицкий А. Р., Патрахальцев Н. Н. Некоторые возможности повышения эффективности работы топливной аппаратуры припуске дизеля. //"Пути снижения токсичности о.г. тракт, диз."-Сб.ЦПИИТЭИтракторосельхозмаш.-1977.-Вып.2.

10. Двигатели армейских машин. / П. М. Белов, В. Р. Бурячко, К. К. Константинов и др. Воениздат. 1972. 568 с.

11. Девянин С. Н., Марков В. А. Топливо утяжелённого состава и пуск дизеля. // Автомобильная промышленность, 2003, № 5. С. 10-12.

12. Дружинин П.В., Прудников И.О., Петрюк Н.И. Специальная система пуска дизеля. Междунар. симпоз. «Автономн. энергет. сегодня и завтра», Санкт-Петербург, 7- 12 июня, 1993, Сб. докл. 4.1. -СПб. 1993. С. 62.

13. Измерение работы цилиндров при пуске поршневого транспортного дизеля. / Г.Д. Поляков, Р.Д. Карцев, Б.И. Цымбал, Е.И. Апасова. // Двига-телестроение. 1989, № 7. С. 35 37.

14. Ильчук И. А. Способы повышения надёжности пуска ДВС при низких температурах//Автомобильная промышленность. М. 2003, № 12. С. 22 - 24.

15. Исследование процесса тепловыделения при выгорании топлива в период пуска дизеля сжатым воздухом./ Е. X. Кадышевич, М. А. Миселёв, А. К. Костин и др. //Двигателестроение. 1980, № 8. С. 9-13.

16. Кноре В. Г., Махов В. 3., Славинскас С. С. Некоторые особенности воспламенения газовоздушных смесей при поджатии. // Сб. науч. трудов МАДИ ТУ. "Улучшение показателей работы автомобильных и тракторных двигателей". М. 1990. - С. 51-58.

17. Колчин А. И., Демидов В. П. Расчёт автомобильных и тракторных двигателей. Учебное пособие для вузов. 3-е изд. перераб. и дополн. М.: Высшая школа, 2003. - 496 с. С. - 162-172.

18. Костин А. К., Пугачёв Б. П., Кочинев Ю. Ю. Работа дизелей в условиях эксплуатации: Справочник. Под. Ред. А. К. Костина. Л.: Машиностроением. Ленингр. отд., 1989. - 284 с. - С. 17-36.

19. Костин А. К., Степанов В. Н., Руднев Б. И. Исследование рабочего процесса и теплообмена при пуске высокооборотного дизеля. //Двигателестроение. 1979, № 8. С. 6-9.

20. Кульчицкий А. Р., Честнов Ю. И. Оценка дымности дизелей на переходных режимах//Сб. тез. докл. НАМИ М.: НИЦИАМТ. - 1989. - С. 106107.

21. Купершмидт В. Л. Средства облегчения пуска двигателей в холодных условиях. //Тракторы и сельскохозяйственные машины. 2001, № 1. С. 3032.

22. Кухарёнок Г. М., Стесин Ю. М. Моделирование пусковых процессов дизелей. //Конструирование и эксплуатация автомобилей и тракторов. 1991, №6.-С. 94-98.

23. Леонов О. Б., Патрахальцев Н. Н., Фомин А. В. Проблема неустойчивого пуска дизеля и пути её решения. //Известия вузов. Машиностроение. 1999, № 3. С. 69-75.

24. Липчук В.А., Быков В.Ю. Особенности работы дизелей ДМ-21 (ЧН 21/21) в условиях низких температур окружающего воздуха при эксплуатации на большегрузных автосамосвалах БелАЗ. // Двигателестроение. 1989, №4. С. 43-44.

25. Мамедова М. Д. Работа дизеля на сжиженном газе. М.: Машиностроение, 1980.- 149 с.

26. Марков В. А., Кислов В. Г., Хватов В. А. Характеристики топливопо-дачи транспортных дизелей. М. Изд.-во МГТУ. 1997. 160 с. - С. 25-34.

27. Махутов А. А. Совершенствование пуска тракторных двигателей в условиях низких температур. М. 1987. Автореферат дисс.к.т.н. 16 с.

28. Москаленко О. А. Повышение надёжности пуска тракторных дизелей при износе кривошипно шатунного механизма. М. 2002. - 16 с.

29. Обеспечение качества транспортных дизелей. / Григорьев М. А., До-лецкий В. А., Желтяков В. Т. и др. М. ИПК Изд. -во стандартов. 1998. 630 с. - С. 593-597.

30. Особенности рабочего процесса и теплообмена в быстроходных дизелях при пуске./ А. К. Костин, Л. И. Михайлов, Ж. О. Сазаев и др. // Двига-телестроение. 1981, № 12. С. 46-48.

31. Олесов И. Ю. Повышение экономических, эффективных и экологических качеств автотракторного дизеля использованием метода отключения включения цилиндров или циклов. Автореферат. канд. техн. наук. М., 1993, 16 с.

32. Оценка термодинамических параметров заряда дизеля на пусковых режимах и возможности пуска. / Ч. Б. Дробышевский, В. Ф. Боровиков, А. Г. Фахрутдинов и В. П. Лазурко. // Двигателестроение. 1989, № 11. С 9 - 10, 15.

33. Патрахальцев Н. Н. Влияние переходных процессов в топливной аппаратуре на динамические свойства дизеля.//."Известия ВУЗов. Машиностроение". 1987, №4. С. 65-70.

34. Патрахальцев Н. Н. Дизельные системы топливоподачи с регулированием начального давления. // Двигателестроение. 1980, № 10. С. 33-37.

35. Патрахальцев H. H. Наддув двигателей внутреннего сгорания. М. Изд. -во РУДН. 2003 г.-320 с. С. 210-215.

36. Патрахальцев H. Н., А. Вальдеррама, X. Градос. От отключения цилиндров к отключению циклов. // Автомобильная промышленность. 1995, № 11.-С. 23-24.

37. Патрахальцев H. Н., Горбунов В. В. Фомин А. В. Улучшение пусковых качеств дизелей, работающих в условиях крайнего севера. //.Науч. техн. сб. "Природный газ в качестве моторного топлива". ИРЦ. - ГАЗПРОМ. 1997, № 12. - С. 38-42.

38. Патрахальцев H. Н., Костиков А. В. Методы повышения динамических свойств дизель генераторов. // Строительные и дорожные машины. 2001, №4.-С. 16-19.

39. Патрахальцев H. Н., Костиков А. В., А. Вальдеррама. Возможности повышения динамических качеств дизель генераторов применением метода отключения цилиндров и циклов. // Автомобильная промышленность". 2001, №.8,-С. 14-16.

40. Патрахальцев H. Н., Куцевалов В. А., Панчишный В. И. Возможности совершенствования рабочего процесса дизеля введением каталитических неорганических веществ в камеру сгорания. //Двигателестроение. 1988, № 9.-С. 8-10.

41. Патрахальцев H. H., JI. В. Санчес. Пути развития топливных систем для подачи в цилиндр нетрадиционных топлив. //Двигателестроение. 1988, №3. С. 11-13.

42. Патрахальцев H. Н., Синицын А.К., Соловьёв Д. Е. Испытания и диагностирование дизелей с использованием неустановившихся режимов их работы. // Вестник РУДН, сер. «Тепловые двигатели», 2003, № 2, с. 11-13.

43. Патрахальцев H. Н., Фомин А. В. Некоторые возможности повышения эффективности работы топливной аппаратуры дизелей при пуске.

44. Исследования двигателей и машин. М. УДН. Сб. науч. труд. 1980. С. 2530.

45. Патрахальцев H.H., Фомин A.B. Повышение эффективности пуска — разгона дизеля созданием начального давления топлива//ДВС. Межвед. науч. техн. сб. Харьков: Вища школа. 1984, вып. 34. - С. 64 - 68.

46. Патрахальцев Н. Н., Харитонов В.В., Фомин A.B. Влияние переходного процесса в топливной аппаратуре дизеля на его пусковые характеристики. // Вестник Российского университета дружбы народов. Серия Инженерные исследования. 2004, № 1 (8). С. 17 -23.

47. Патрахальцев Н. Н., Царитов А. 3. Костиков А. В. Переходные процессы в топливной аппаратуре дизеля и его динамические качества. //Автомобильная промышленность. 2001, № 1. С. 11-13.

48. Повышение эффективности холодного пуска дизеля. /Фомин А. В., Ва-леев Д. X., Патрахальцев Н. Н. и др. //5 науч. практич. семинар. 16-19 мая 1995. Владимир. ВГТУ. С. 70.

49. Повышение эффективности пуска дизеля в условиях высокогорья. / Виноградов JI. В., Ластра Л. Э., Патрахальцев Н. Н. и др. //Материалы ме-ждунар. науч. техн. конф. "Двигатель-97". М. МВТУ. 1997.- С. 100-101.

50. Повышение эффективности холодного пуска дизеля. / Н. Н. Патрахальцев, А. В. Фомин, Д. X. Валеев и др //.Двигателестроение. 1995, № 2. С. 79-80.

51. Проблема запуска двигателей строительных и дорожных машин в условиях низких температур и перспективы её решения. /В. Г. Кривов, С. Д. Гулин, Н. В. Глухаренко и др. //Двигателестроение. 1991, № 4. С. 5556.

52. Савастенко А. А., Казаков С. А., Харитонов В. В. Особенности работы топливной аппаратуры газодизеля с внутренним смесеобразовани-ем.//Вестник Российского университета дружбы народов. Серия Инженерные исследования. 2004, №2 (9). С. 40 -44.

53. Семёнов Б. Н., Павлов Е. П., Копцов В. П. Рабочий процесс высокооборотных дизелей малой мощности. JL: Машиностроение. Ленингр. отд-ние, 1990.-240 с.-С. 173-178.

54. Системы подачи альтернативных топлив в камеру сгорания дизелей./В. И. Мальчук, В. И. Трусов, А. Ю. Дунин и др. // «Поршневые двигатели и топлива в XXI веке». Сб. науч. трудов. МАДИ ГТУ. М. 2003. - С. 53-67.

55. Способ оценки необходимой прокрутки коленчатого вала при пуске двигателя./Е. X. Кадышевич, М. А. Миселёв, А. К. Костин и др. //Двигателестроение. 1980, № 6. С. 51-53.

56. Способ пуска дизеля. /О.Б Леонов, В.В Арапов, Н. Н. Патрахальцев и др. //Авт. св. № 331185 Бюл. "Открытия. ."1972, № 9.

57. Способ пуска дизеля. /А.В Фомин, И.В Евтеев, О.Б Леонов и др. //Авт. св. № 1588017.

58. Способ пуска дизеля./ Фомин А.В, Жегалин О.И., Козлов В.И. и др.//Авт. св. № 1607507.

59. Степанов В. Н., Шлоссер Б. Экспериментальное подтверждение целесообразности вращения заряда в цилиндре при пуске в условиях низких температур. //Двигателестроение. 1984, № 9. С. 5-7.

60. Стефановский А. Б. Улучшение пусковых качеств автомобильных двигателей при низких температурах с помощью электрического предпускового подогрева. Автореферат диссертации на соиск. уч. степ. к. т. н. М. 1990. 16 с.

61. Тепловозные двигатели внутреннего сгорания.: Учебник для вузов./ А. Э. Симеон, А. 3. Хомич, А. А. Куриц и др. 2-е изд., перераб. и доп. М.: Транспорт, 1987. - 536 с. - С. 190-203, 395-398.

62. Толшин В. И. Форсированные дизели. Переходные режимы, регулирование. М. Машиностроение. 1994. 198 с. - С. 36-55, 160-161, 167-170.

63. Топливоподача при форсированных и переходных режимах транспортных дизелей./ В. М. Славуцкий, В. А. Зубченко, А. В. Курапин и др. Волгоград. Волгогр. гос. техн. унив. 2000. 72 с.

64. Требования к дизельным двигателям. (По материалам зарубежной информации). // Строительные и дорожные машины. 2005, № 5. С. 13 — 14.

65. Улучшение пусковых свойств дизелей с низкой степенью сжа-тия./С.С.Бабушкин, М.М. Буренков, Ю.Н. Исаев и др.// Транспортные и гусеничные машины. М. 1992. С. 62-79.

66. Улучшение пусковых характеристик дизеля Д-144 путём подогрева впускного воздуха./ Ч. Б. Дробышевский, В. Ф. Боровиков, А. Г. Фахрут-динов и др. // Двигателестроение. 1987, № 8. С. 52-54.

67. Фомин А. В. Совершенствование режима пуска автотракторных дизелей воздействием на процессы топливоподачи. Диссертация на соиск. степ, канд. техн. наук. М. 1990. 123 с.

68. Фомин Ю. Я., Меркт А. Р. Обобщённый метод расчёта пускового режима дизеля.// Двигателестроение. 1997, № 4. С. 19-21.

69. Харитонов В. В. Повышение эффективности пуска автотракторного дизеля в условиях низких температур окружающего воздуха. Дисс. на соиск. уч. ст. к.т.н. М., 2006, 186 с.

70. Хомич А. 3. Топливная эффективность и вспомогательные режимы тепловозных дизелей. 2-е изд., перераб и доп. - М.: Транспорт, 1987. - 271 с.-С. 191-201.

71. Центробежный регулятор плунжерного топливного насоса высокого давления. /Н. Н. Патрахальцев, В. А. Медянкина, А. В. Фомин и др. // Авт. св-во СССР № 717384. Кл.Р02Б 1/00. Опубл. 25.02.80. Бюл. № 7.

72. Шароглазов В. А., Шишков В. В. Анализ рабочего цикла дизеля при пуске по индикаторной диаграмме.//Совершенствование мощностных, экономических и экологических показателей ДВС. Тез. докл. V науч. — практич. семинара 16 19 мая 1995 г. - С. 139-140.

73. Шевченко П. Л., Ширлин И. И. Калильные тела и цетановое число дизельного топлива. //Автомобильная промышленность, 2004, № 4. С. 13— 14.

74. Экспериментальная оценка эффективности частотного пуска дизель-генераторных установок от статического преобразователя частоты. /И. О. Прутчиков, В. В. Камлюк, А. К. Воробьёв и др. // Двигателестроение, -2003, №2. - С. 37 - 39.

75. Эренбург С.Г. Пускотормозные характеристики судовых дизелей. // Двигателестроение. 1988, № 5. С. 35 36, 54.

76. Экспериментальная оценка эффективности частотного пуска дизель-генераторных установок от статического преобразователя частоты. /И. О. Прутчиков, В. В. Камлюк, А. К. Воробьёв и др. // Двигателестроение, 2003, №2. С. 37-39.

77. Яманин А. И., Жаров А. В. Динамика поршневых двигателей. М. Машиностроение. 2003. 464 с. - С. 156-163.

78. Burke James О., Solberg Dean R. Starting fluid injection system. Пат. № 5388553. США. МКИ6 F 02 N 17/05. Опубл. 14.02.95.

79. Diesel starting eids.winter is coming! //Diesel progress N. Amer. 1984. 50, № 8. -C. 12-13.

80. Emerson Charles. Stop/start control system. Пат. США № 5074263. НКИ 123/179.5. 1991.

81. High speed direct injection diesel. // «World Pumps». 1984, July. C. 229230.

82. Khovakh M. Motor vehicle engines. Mir Hublishers. Moscow. 1982. -615 c. -C. 378-391.

83. Nagano S., Kawazoe H., Ohsava K. Effect of fuel atomization on startability of engine with flight direction control fuel injector. //JSAE Rev. 1990. 11, № 2. - C. 77-80.

84. Ogawa Hideyuki, Migamoto Noboru, Raihan Khandoker etc. // Trans. Jap. Soc. Mech. Eng. B. 2001. 67, № 659. C. 1855 1860. (рез. Англ.).

85. Selby Ted W. Discussions and author closures on the relationship between engine oil viscosity and engine performance. SAE Prepr., 1977, № 770629, 19 c.

86. Tacahashi Hiroshi, Matsunuma Atsushi. Improved cold startability of emission controlled heavy duty D. I. Diesel engine. Introduction of new starting aid. //ISAEREV. 1984, № 15. C. 24-31.

87. Wang C. Julius, Misiti Paul D. Probabilistic evaluation of automotive cold cranking performance. // SAE Techn. Pap. Ser. 1991. - № 910358. - C. 1-6.

88. Naeim A. Henein. White Smoke Emissions in Diesel Engines//College of Engineering, Wayne State University, 2007, 8 p.p. -http://www.eng. wayne.edu/page.php?id=754.

89. Tom Weyenberg. Improving Biodiesel Handling and Operability in Cold Weather.// Biodiesel Magazine, october 2007, 4 p.p. http://www.biodieselmagasine.com/artice-print.jsp?articleid::=1866.

90. Jim Kerr. Cold Diesel Starting. //Canadian Driver, January 17, 2007, 3 p.p. -http://www.canadiandraiver.com/articles/jk/070117.htm

91. Naeim A. Henein, Zhiping Han, Bogdan A. Nitu, Walter Brizik. Diesel Engine Cold Start Combustion Instability and Control Strategy.//SAE International, march 2001.http://www.sae.org/servlets/productDetail7PROD TYP=PAPER&PROD CD=2 001-01-1237

92. Семёнов H. В. Эксплуатация автомобилей в условиях низких температур. М.: Транспорт, 1993, 190 с. С. 58 - 65.

93. Henein N. A. Starting of diesel engines: uncontrolled fuel injection problem// SAE Techn. Pap. Ser. 1986. - № 860253. - 10 pp.

94. Купершмидт В. Jl. Об оптимальной цикловой подаче топлива в режиме пуска двигателя // Тракторы и сельхозмашины. 1972, № 5, с. 67.

95. Способ пуска дизельного двигателя / Н. Н. Патрахальцев, А. В. Фомин, О. Б. Леонов и др. // Авторск. свидет. № 1588017. Кл. F02N 17/08 -13.06.88.

96. Способ пуска дизеля / Н. Н. Патрахальцев , А. В. Фомин, О. И. Жега-лин и др. //Авторск. свидет. № 1607072А1. Кл. F02M55/00.- 05.11.1987.

97. Система топливоподач дизельного двигателя / Н. Н. Патрахальцев, А. В. Фомин, Д. X. Валеев и др. // Авторск. свидет. № 1829523А1. Кл. F02M55/00/- 10.08.1989.

98. Свод правил по проектированию и строительству. СП 12-104-2002. Механизация строительства, эксплуатация строительных машин в зимний период. http://stroy.dbases.ru/Datal/l 1/11358/index.htm

99. Медведев Е.Д. Повышение эффективности неустановившихся режимов работы дизеля 8 4 13/14 добавкой сжиженного нефтяного газа к топливу. Диссертация на соиск. . степ, к.т.н. М., 2004. — 126 с.