Улучшение технико-энергетических показателей сельскохозяйственного трактора методом двухфазного смесеобразования в дизеле тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, кандидат наук Дубин Мансур Джиганшевич

• Дубин Мансур Джиганшевич
• кандидат наук
• 2023

Оглавление диссертации кандидат наук Дубин Мансур Джиганшевич

ВВЕДЕНИЕ

1 СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ

1.1 Анализ известных способов и средств улучшения технико-энергетических показателей сельскохозяйственных тракторов

1.2 Двухфазное смесеобразование в дизеле как способ улучшения технико-энергетических показателей трактора

Выводы. Цель и задачи исследований

2 РАСЧЕТНО-ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ТЕХНИКО-ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ С.-Х. ТРАКТОРА ПРИ ДВУХФАЗНОМ СМЕСЕОБРАЗОВАНИИ В ДИЗЕЛЕ

2.1 Методика расчета технико-энергетических показателей трактора при двухфазном смесеобразовании в дизеле

2.2 Результаты расчета технико-энергетических показателей трактора с двухфазным смесеобразованием

Выводы

3 РАЗРАБОТКА ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ, ОБЕСПЕЧИВАЮЩИХ ДВУХФАЗНОЕ СМЕСЕОБРАЗОВАНИЕ В ДИЗЕЛЕ С.-Х. ТРАКТОРА

3.1 Разработка алгоритма работы автоматической системы распределенного впрыска топливного активатора в первой фазе смесеобразования

3.2 Разработка электронной системы впрыска топливного активатора в первой фазе смесеобразования

Выводы

4 ПРОГРАММА И МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

4.1 Программа экспериментальных исследований

4.2 Методика лабораторных исследований системы двухфазного смесеобразования в дизеле

4.3 Методика стендовых исследований тракторного дизеля, оснащенного системой двухфазного смесеобразования

4.4 Методика тяговых испытаний трактора с двухфазным смесеобразованием в дизеле

4.5 Методика эксплуатационных исследований трактора с двухфазным смесеобразованием в дизеле

Выводы

5 РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИХ АНАЛИЗ

5.1 Результаты лабораторных исследований системы двухфазного смесеобразования в дизеле

5.2 Результаты стендовых исследований тракторного дизеля, оснащенного системой двухфазного смесеобразования

5.3 Результаты стендовых исследований трактора с двухфазным смесеобразованием в дизеле

5.4 Результаты эксплуатационных исследований трактора

Выводы

6 ОЦЕНКА ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ РАБОТЫ ТРАКТОРА С ДВУХФАЗНЫМ СМЕСЕОБРАЗОВАНИЕМ В ДИЗЕЛЕ

6.1 Расчет затрат на изготовление и монтаж электронной системы впрыска топливного активатора

6.2 Расчет технико-экономических показателей работы трактора

с двухфазным смесеобразованием в дизеле

Выводы

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

РЕКОМЕНДАЦИИ ПРОИЗВОДСТВУ

ПЕРСПЕКТИВЫ ДАЛЬНЕЙШЕЙ РАЗРАБОТКИ ТЕМЫ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЯ

ПЕРЕЧЕНЬ СОКРАЩЕНИЙ И ТЕРМИНОВ

ДВС - двигатель внутреннего сгорания

ДТ - нефтяное дизельное топливо

ПЗВ - период задержки воспламенения

ЦПГ - цилиндро-поршневая группа

РМ - рапсовое масло

к.в. - коленчатый вал

КПД - коэффициент полезного действия

МТА - машинно-тракторный агрегат

ОГ - отработавшие газы

ТНВД - топливный насос высокого давления

МБУ - микроконтроллерный блок управления

ЭБУ - электронный блок управления

ЭФ - электромагнитная форсунка

ДС - двухфазное смесеобразование

СО - содержание оксида углерода

СН - содержание углеводородов

N0 - содержание оксидов азота

Двухфазное смесеобразование - смесеобразование в две фазы: в первой фазе определенная доза топливного активатора (10-20%) подаётся путем её впрыска в поток воздуха, движущемуся по впускному трубопроводу в такте впуска; во второй фазе основная доза моторного дизельного топлива впрыскивается непосредственно в цилиндр дизеля в конце такта сжатия. Топливный активатор - жидкое углеводородное топливо, применяемое для подачи в первой фазе смесеобразования и способствующее зарождению очагов воспламенения, интенсифицирующих рабочий процесс дизеля. Моторное топливо - товарное нефтяное дизельное топливо, впрыскиваемое в цилиндры штатной топливной системой дизеля во второй фазе смесеобразования.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Улучшение технико-энергетических показателей сельскохозяйственного трактора методом двухфазного смесеобразования в дизеле»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы исследования. Значительную долю энергетических средств в АПК составляют тракторы, которые в настоящее время достигли определенного уровня совершенства по основным технико-энергетическим показателям. Основной энергетической установкой с. -х. тракторов являются дизели - двигатели внутреннего сгорания (ДВС) с воспламенением от сжатия и непосредственным впрыском топлива в камеру сгорания. В сложившихся условиях, вызванных ограничением поставок зарубежной техники, становится актуальным поиск новых способов и разработка технических средств улучшения мощностных, топливно-экономических и экологических показателей тракторов производства России и стран СНГ. Опыт эксплуатации таких тракторов в составе машинно-тракторных агрегатов (МТА) при выполнении разнообразных с. -х. работ (вспашка, культивация, боронование, посев и др.) показывает, что они уступают зарубежным аналогам по своим технико-энергетическим показателям. Основной причиной этого является отсутствие конкурентоспособных технических разработок, направленных на практическую реализацию известных способов, улучшающих эксплуатационные показатели с.-х. тракторов.

Одним из таких эффективных способов является двухфазное смесеобразование, заключающееся в подаче во впускной трубопровод дизеля определенной дозы (10-20 %) мелкораспыленного топливного активатора (бензина, спирта, биотоплива и др.) в такте впуска (1-я фаза смесеобразования). При этом основная доза моторного дизельного топлива (80-90 %), впрыскивается в камеру сгорания штатной форсункой в конце такта сжатия (2-я фаза смесеобразования). При такой организации рабочего процесса в такте впуска происходит образование активаторно-воздушной смеси и поступление её в цилиндры дизеля. В такте сжатия указанная смесь сжимается и образует очаги воспламенения, ускоряющие предпламенную подготовку и сгорание основной дозы дизельного топлива (ДТ). В результате повышаются полнота сгора-

ния горючей смеси (топливо + активатор + воздух), увеличивается мощность и КПД дизеля, улучшаются его топливно-экономические и экологические показатели, и, как следствие, технико-энергетические показатели трактора в составе МТА.

Таким образом, исследования, направленные на улучшение технико-энергетических показателей тракторов путем двухфазного смесеобразования в дизеле, является актуальными и практическими значимыми для аграрного производства.

Степень разработанности темы исследования. Вопросами улучшения технико-энергетических показателей с.-х. тракторов в составе МТА занимались Л.Е. Агеев, Н.Р. Адигамов, Д.С. Гапич, А.А. Зангиев, А.П. Иншаков, С.А. Иофинов, С.В. Калачин, А.П. Карабаницкий, В.И. Крутов, Ю.К. Кирт-бая, Ю.А. Коцарь, К.А. Хафизов, В.С. Шкрабак и другие исследователи.

Исследования, посвященные двухфазному смесеобразованию, разработке двухтопливных систем питания и применению смесевых топлив в дизелях автотракторной техники, отражены в работах Г.М. Камфера, А.Ф. Конева,

B.А. Лиханова, С.А. Нагорнова, В.В. Острикова, Н.Н. Патрахальцева, В.А. Рачкина, Ю.В. Родинова, М.В. Рыблова, А.Г. Сахарова, А.Е. Свистулы, Е.А. Сидорова, А.В. Тарканова, А.П. Уханова, Д.А. Уханова, А.Д. Чаромского,

C.S. Cheung, C. Yao, Z. Zhang и др. Однако в данных работах недостаточно полно раскрыта методика, позволяющая на этапе теоретических исследований определять комплексные показатели эксплуатационных свойств трактора в составе МТА при двухфазном смесеобразовании в дизеле.

Для практической реализации двухфазного смесеобразования известны различные устройства и системы, обеспечивающие подачу топливного активатора в такте впуска дизеля: карбюратор, испаритель, дозатор, аэрозольный генератор, реактор, дополнительный ТНВД с механической форсункой и др. При этом наиболее перспективными являются электронные системы распределенного впрыска топливного активатора в 1-й фазе смесеобразования электромагнитными форсунками, управляемыми по информативным сигналам

датчиков электронным блоком. Однако в данных устройствах и системах остается нерешенной проблема разработки технических средств, обеспечивающих на различных нагрузочных и скоростных режимах тракторного дизеля автоматическое поддержание необходимой дозы топливного активатора, подаваемого в 1 -й фазе смесеобразования, согласованной с основной дозой моторного дизельного топлива, подаваемого во 2-й фазе. Кроме того, недостаточно исследовано влияние двухфазного смесеобразования на экологические показатели тракторного дизеля (содержание оксида углерода, углеводородов и оксидов азота в отработавших газах).

Работа выполнена по плану НИОКР ФГБОУ ВО Пензенский ГАУ на 2021-2025 гг. по теме «Разработка энергоресурсосберегающих экологически безопасных технологий и средств технического сервиса транспортно-технологических машин и комплексов», раздел III «Энергоресурсосбережение при эксплуатации автотракторной техники методом двухфазного смесеобразования в дизеле».

Исследования выполнены при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (РФФИ) в рамках научного проекта № 20-38-90194\20.

Цель исследований - улучшение технико-энергетических показателей сельскохозяйственного трактора тягового класса 1,4 путем реализации смесеобразования в дизеле в две фазы.

Задачи исследований:

1. Выполнить расчетно-теоретическое обоснование технико-энергетических показателей трактора с двухфазным смесеобразованием в дизеле.

2. Разработать и изготовить опытно-конструкторский образец электронной системы впрыска топливного активатора, устанавливаемой в штатную систему питания тракторного дизеля и обеспечивающей автоматическую дозированную подачу активатора в такте впуска дизеля при его работе на различных нагрузочных и скоростных режимах.

3. Провести лабораторные исследования системы двухфазного смесеобразования в дизеле, стендовые исследования дизеля и трактора и эксплуатационные исследования колесного трактора класса 1,4 с двухфазным смесеобразованием.

4. Определить технико-энергетические показатели трактора в составе пахотного агрегата и показатели экономической эффективности при работе дизеля с двухфазным смесеобразованием.

Объект исследований. Процесс работы сельскохозяйственного трактора тягового класса 1,4 в составе пахотного агрегата при работе дизеля с двухфазным смесеобразованием.

Предмет исследований. Технико-энергетические показатели колесного трактора типа МТЗ-80/82 в составе пахотного агрегата при работе дизеля с двухфазным смесеобразованием.

Исследуемые технико-энергетические показатели трактора: эффективная мощность дизеля, эксплуатационная мощность трактора, касательная сила тяги, тяговая мощность, сила тяги на крюке трактора, крюковая мощность, удельный крюковой расход топлива, погектарный расход топлива, производительность МТА, удельный эффективный расход энергии на коленчатом валу дизеля, содержание оксида углерода, углеводородов и оксидов азота в отработавших газах дизеля.

Научную новизну работы составляют:

- методика и результаты расчета технико-энергетических показателей трактора в составе пахотного агрегата с учетом изменения показателей дизеля с двухфазным смесеобразованием;

- алгоритм электронного управления впрыском топливного активатора в первой фазе двухфазного смесеобразования в дизеле, реализующий дозированную подачу активатора в зависимости от нагрузочного и скоростного режима трактора;

- технические средства, обеспечивающие двухфазное смесеобразование в тракторном дизеле, оснащенном штатной топливной системой с механическим управлением топливоподачей;

- мощностные, топливно-экономические и экологические показатели дизеля и технико-энергетические показатели трактора с двухфазным смесеобразованием в дизеле.

Новизна технического решения подтверждена положительным решением о выдаче патента на ПМ «Обогатитель воздушного заряда автотракторного дизеля углеводородным активатором».

Теоретическая и практическая значимость работы. Предложенные теоретические зависимости позволяют рассчитать технико-энергетические показатели трактора в составе МТА при работе дизеля с двухфазным смесеобразованием с учетом вида и дозы топливного активатора, подаваемого в первой фазе смесеобразования. Использование разработанной системы двухфазного смесеобразования позволяет повысить эффективную мощность тракторного дизеля на 7-16 % (в зависимости от вида и дозы активатора), снизить содержание оксидов азота в отработавших газах на 6-25 % на режимах высоких нагрузок и на 39-74 % - на безнагрузочных режимах. При этом касательная сила тяги на ведущих колесах трактора увеличивается на 5-9 %, тяговая мощность повышается на 7-11 %, удельный расход топлива снижается на 7-12 %, эксплуатационная мощность трактора увеличивается на 7-12 %, производительность МТА на 8-14 %, погектарный расход топлива снижается на 6-9 %, удельный эффективный расход энергии на коленчатом валу дизеля уменьшается на 2-4 %.

Методология и методы исследования. Исследования выполнены с использованием основных положений эксплуатации машинно-тракторного парка, теории движения колесных машин, теории сельскохозяйственных машин и теории ДВС. Экспериментальные исследования выполнены с использованием стандартных методов испытаний (ГОСТ Р 52777-2007, ГОСТ 30745-2001, ГОСТ 18509-88 и др.) и частных методик. За метод исследования принят метод сравнительных стендовых и эксплуатационных исследований дизеля, трактора и МТА в штатной комплектации (с однофазным смесеобразованием) и в экспериментальной комплектации (с двухфазным смесеобразованием).

Разработка системы двухфазного смесеобразования в тракторном дизеле базировалась на современном состоянии развития электронных систем автоматического управления с использованием средств САПР КОМПАС 3D V16, IAR Embedded Workbench, Mentor Graphics PADS DxDesigner. Обработка результатов исследований выполнялась с использованием программ Microsoft Excel 2013 и MathCAD 14.

Научные положения и результаты исследований, выносимые на защиту:

- алгоритм электронного управления впрыском топливного активатора при работе дизеля с двухфазным смесеобразованием;

- устройство микроконтроллерного блока управления (МБУ), обеспечивающего автоматическое управление впрыском топливного активатора в первой фазе двухфазного смесеобразования в тракторном дизеле;

- конструкция датчика момента впрыска активатора и скоростного режима тракторного дизеля с двухфазным смесеобразованием;

- количественные оценки технико-энергетических показателей дизеля и трактора с двухфазным смесеобразованием.

Реализация результатов исследований. Сравнительные стендовые исследования дизеля и трактора с однофазным и двухфазным смесеобразованием, выполнялись в лаборатории испытаний тракторов и автомобилей ФГБОУ ВО Пензенский ГАУ. Сравнительные эксплуатационные исследования трактора в составе МТА проводились в ООО «Русское поле» Пензенской области.

Степень достоверности и апробация результатов. Достоверность результатов подтверждается сравнительными экспериментальными исследованиями дизеля, трактора и МТА при работе с однофазным и двухфазным смесеобразованием, а также сходимостью результатов теоретических расчетов технико-энергетических показателей трактора с результатами экспериментальных исследований, применением современных средств контроля, измерения и обработки исследуемых параметров.

Основные положения диссертации доложены на научно-практических конференциях ФГБОУ ВО Пензенский ГАУ (2017-2022 гг.), ФГБОУ ВО Воронежский ГЛТУ (2021 г.) и IOP Conference Series (2021 г.).

Опытно-конструкторский вариант системы двухфазного смесеобразования в дизеле представлялся на выставках научных достижений ФГБОУ ВО Пензенский ГАУ (2019-2022 г.). Технические разработки по теме диссертации представлялись к участию в конкурсе У.М.Н.И.К. Фонда содействия инновациям (2017 г., 2019 г.) и получили поддержку по результатам конкурса «Аспиранты» Российского фонда фундаментальных исследований (2020 г.).

Личный вклад соискателя. Все этапы диссертационного исследования, включая анализ научной и патентной литературы по теме диссертации, постановку цели и задач исследований, теоретическое обоснование технико-энергетических показателей трактора в составе МТА с двухфазным смесеобразованием в дизеле, разработку системы двухфазного смесеобразования в дизеле, комплектование экспериментальных установок, проведение лабораторных, стендовых и эксплуатационных исследований, обработку результатов исследований, подготовку публикаций по теме диссертации и подачу заявки на полезную модель, выполнены лично автором или под руководством научного руководителя при его непосредственном участии.

Публикации результатов исследований. По результатам исследований опубликованы 23 работы, в том числе 2 статьи перечня ВАК, 1 статья в издании, входящем в международную базу Scopus, получено положительное решение о выдаче патента на полезную модель. Общий объем публикаций составляет 4,88 п.л., из них 2,1 п.л. принадлежит автору.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, шести разделов, заключения, списка использованной литературы из 158 наименований и приложения на 18 с. Работа изложена на 132 с., включает 49 рис. и 10 табл.

1 СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ

1.1 Анализ известных способов и средств улучшения технико-энергетических показателей сельскохозяйственных тракторов

Основными современными тенденциями развития с.-х. тракторов являются: расширение тягового диапазона; применение нетрадиционных видов топлива; снижение удельного давления движителей на почву; использование системы электронного управления топливоподачей, совершенствование ходовых систем тракторов, применение трансмиссий с переключением передач под нагрузкой; регулирование навесной системы [1- 3].

Эти и другие способы и средства повышения эффективности использования тракторов направлены на решение приоритетных задач энергоресурсосбережения: повышение производительности машинно-тракторных агрегатов (МТА), снижение затрат на моторное топливо и сокращение экологического ущерба, вызванного различными факторами техногенного воздействия автотракторной техники на окружающую среду (выбросы отработавших газов, стоки отработанных нефтепродуктов, уплотнение почвы и др.).

Эффективность использования с.-х. тракторов в составе МТА при выполнении различных видов работ в растениеводстве и животноводстве может быть оценена по ряду показателей: эффективная мощность, касательная сила тяги, тяговая мощность, сила тяги на крюке трактора, крюковая мощность, удельный крюковой расход топлива, погектарный расход топлива, производительность и др. [4-19]. Однако все эти показатели характеризуют какое-либо одно эксплуатационное свойство трактора (например, тяговую динамику или топливную экономичность). При этом в научной и технической литературе недостаточно внимания уделено показателям, позволяющим комплексно оценить эффективность функционирования трактора в составе МТА. Одним из таких показателей является удельный эффективный расход энергии на коленчатом валу тракторного дизеля [20-22]:

ЕУд=Е0 • Пе, МДж/га. (1.1)

12

где Е0 - общие удельные энергозатраты МТА, МДж/га; це -эффективный КПД тракторного дизеля.

Из анализа составляющих формулы (1.1) следует, что в данном выражении учтены все основные технико-энергетические показатели, характеризующие свойства применяемого топлива, совершенство конструкции трактора и его энергетической установки, а именно: теплотворная способность топлива, погектарный расход топлива, производительность МТА и др [23-26].

Для улучшения перечисленных эксплуатационных свойств были проанализированы известные способы и средства улучшения технико-энергетических показателей с.-х. тракторов (рис. 1.1)

1.1.1 Совершенствование тракторных трансмиссий

Для расширения тягового диапазона и улучшения тягово-скоростных показателей сельскохозяйственные тракторы оснащают коробками передач [27-31], позволяющими полностью или частично автоматизировать процесс переключения передач, а также обеспечить переключение без разрыва потока мощности (например, коробки передач с гидроподжимными муфтами тракторов ХТЗ-150 К, «Кировец», Беларус-1221 и др.), в которых ручное управление переключением передач осуществляется с помощью гидросистемы.

Различные модели тракторов «Ростсельмаш», выпускаемые по лицензии канадской фирмы Buhler-Versatile, могут оснащаться коробками передач [32,33] ZF (с электрогидравлическим управлением), OKUBO (с ручным управлением и переключением под нагрузкой), Caterpillar (с электрогидравлическим управлением и переключением под нагрузкой).

Способы улучшения технико-энергетических показателей с х троктороЬ

I | 1

д У 10 1 « В

X Ш Ш 1й 1

С=>

э-

3

ГС3

2

I в I ё & &

си 11

си

СП

га

с= си

3

Ы о

е£=Э Е • Н Й &

в 1—1

си 2

И а

СреЗстЬа улучшения техника—энергетических показателей с.-х. трикгпораЬ

изменение конструкции каперы сгорания

Г

Нанесение покрытие на ЗеталиФ ИПГ

I

регулирование систем газообмена и возЭухопоЗочи

Чйеличение числа и рабочего объема ииЛинЭроб

I

Перехой к дйухтактному _циклу_

Реализация Викамического режима холостого хоЭо

I

НаЗбув

Электронное управление топлиЬопо дачей [Соттоп-гаИ и насос-форсунки)

Т

Форсирование пр частоте брашения коленчатого бола

Форсирование по среВнему эффекту &нсму

Зайлени». увеличение

ииклабой паЭачи топлиЬа поЬышение коэффициента наполнения

Механические трансмиссии с гиЗравлическик управлением

Бесступенчатые трансмиссии

Т

Гиброооъемные трансмиссии

I

ГидрооСъемно-механические трансмиссии

Электрические трансмиссии

По заСросселирс-ьонному Оа&лению

I

По расхождению грузиков РЧВ

ГиЗромеханические трансмиссии

По замыканию электрокантакта рычага с упором номинальной побачи РЧВ

I

По сигналам □т рычага РЧВ и иитока корректора

I

По сигналу контактного Вотчика нагрузки

I

по положению рейки тнвл

X ■ "

По тепловому состоянию Эвиготеля

По массовому расхоВу топлива

СЗЬоенные колесо

I

Шины ровного размера срочные шины

Ги Преувеличите ль

сцепного беса Соллост

Полугусеничный хоЗ

Увеличение числа йеОущих колес

I

Роииональное комплектойоние МТА

С ПОМОЩЬЮ 0ОГ1ОЛ-

нительнсго ТНВП

и механической форсункой 1

Современное и качественное ПрОвеВение ТО

С помощью оПного ТНБД Зля топлийа и окти&аторо

С помощью испарителя

ПоЭвержание нормотибмых регулировок механизмов и систем трактора

С ПОМОЩЬЮ

кар Вюратора

I

Контроль качества топли&а и смазочных материалов

С панощью электронной системы оВноточечного Спрыска

Повышение квалификации механизаторов

С помощью электронной системы

распределенного _Впрыска_

Рисунок 1.1 - Способы и средства улучшения технико-энергетических показателей с.-х. тракторов в составе МТА

Некоторые модели тракторов John Deere оснащены трансмиссией с автоматической коробкой передач Automatic PowerShift, представленной на рисунке 1.2. Коробка передач имеет контроллер управления, который позволяет производить автоматическое переключение передач, учитывая при этом положение рейки топливного насоса и угловую скорость коленчатого вала двигателя. Обеспечение контроллером коробки передач перехода на пониженные или повышенные передачи осуществляется переключением соответствующего переключателя с индикатором на панели приборов и включением автоматического режима работы коробки PowerShift. Данная коробка передач управляет силовым потоком посредством гидравлики и включения ряда внутренних фрикционных муфт [34-37].

домногсдаскоеьЕМуФШ гщриагиккий

а) б)

Рисунок 1.2 - Автоматическая коробка передач Automatic PowerShift: а) общий вид; б) внутреннее устройство в разрезе

Коробка передач Vario, которой оснащаются тракторы марки Fendt, является примером бесступенчатой трансмиссии. Мощность передаётся от двигателя к движителям после разделения двух потоков - механического и гидравлического от первичного вала коробки Vario и последующего их объединения на суммирующем валу (рисунок 1.3). Разделение потока мощности осуществляется при помощи планетарной передачи. Особенностью является то, что при не большой скорости движения трактора основной поток мощно-

сти передаётся через гидравлическую часть системы, а когда скорость трактора начинает возрастать, механическая часть системы передает большую часть мощности по сравнению с гидравлической. Если скорость трактора превышает 30 км/ч передача потока мощности будет осуществляться только посредством механического звена коробки [39-41]. Такая трансмиссия обеспечивает улучшение условий труда оператора (отсутствует необходимость разъединять трансмиссию при помощи муфты сцепления и вручную переключать передачи), повышение транспортной скорости трактора до 60 км/ч и снижение удельного расхода топлива.

а)

б)

Рисунок 1.3— Бесступенчатая тракторная трансмиссия Vario: а) общий вид; б) принципиальная схема работы

16

Для улучшения тягово-сцепных свойств при тяжелых условиях движения сельскохозяйственные тракторы оснащают передним ведущим мостом, подключаемым принудительно или автоматически. Для исключения буксования ведущих колес тракторы оснащают системой автоматической блокировки межколесного дифференциала (МТЗ-80 и модификации) или дифференциалом свободного хода («Кировец»). В то же время, на тракторах Ростсельмаш (Versatile) производитель не использует каких-либо блокировок дифференциала, т.к. опыт эксплуатации этих машин показывает, что при их грамотной балластировке обеспечивается достаточная проходимость за счет использования сцепного веса трактора.

К бесступенчатой трансмиссии также относятся электромеханические трансмиссии. Их появление было результатом последовательных многолетних исследований и изысканий способов замены традиционных видов топлива, используемых в ДВС на более экологичный способ приведения машин в движение. Кроме того изобретенные электротракторы имели не мало значимые положительные свойства, к которым относятся высокие тяговые качества, простота пуска и обслуживания [42].

Интенсивное развитие электростанций на возобновляемых ресурсах, появление разнообразных современных электронных систем управления, появление электродвигателей с высоким КПД и энергетическими возможностями работы на критических значениях частот вращения способствовало разработке электротракторов с возможностью работы в течение рабочей смены без дозаправки. Электротракторы (рис. 1.4) типа «Беларус-3023» фирмы МТЗ и «Multi Tool Trac», разработанный в Голландии приводятся в движение электродвигателями имеющими силовую мощность 170 кВт.

а) б)

Рисунок 1.4 - Электротракторы а) «Беларус-3023» фирмы МТЗ, 6)«Multi Tool Trac» фирмы Boessenkool

1.1.2 Совершенствование ходовой части и навесной системы

тракторов

Примером совершенствования тракторов в направлении модернизации ходовой части может служить зарубежные фирмы Caterpillar и Buhler, выпускающие гусеничные тракторы с применением резинотросовых гусениц (рисунок 1.5). Применение данной конструкции позволяет повысить максимальную скорость движения трактора до 40 км/ч, а также, пользуясь возможностью изменения ширины колеи гусеницы, можно обеспечить увеличение годовой загрузки трактора при выполнении различных сельскохозяйственных операций. В связи со своими особенностями, данный вид гусениц нуждается в применении основной рабочей гидросистемы трактора для подпитки натяжного гидроцилиндра гусеницы, которая находится под большим натяжением в 110 кН [43-45].

Рисунок 1.5 - Трактор Ростсельмаш (Buhler) с резинотросовой гусеницей

К совершенствованию ходовой части, можно отнести такой способ снижения буксования и уменьшения воздействия на почву, как применение широкопрофильных шин, сдваивание и страивание колёс (рисунок 1.6).

Рисунок 1.6 - Трактор Ростсельмаш со сдвоенными колесами

Для рационального использования энергонасыщенных тракторов в эксплуатации с почвообрабатывающими агрегатами кроме расчёта полной загрузки двигателя и комплектования тракторов сдвоенными колесами необходимо использовать балластирование, которое при правильном расчёте может

увеличить производительность агрегата до 2,0 % и снижение буксования на 3-4 % [44,45].

Некоторые навесные системы тракторов могут быть снабжены устройством, которое позволяет догружать ведущие колеса трактора для улучшения сцепных свойств с почвой. В гидросистеме трактора устанавливается так называемый гидроувеличитель сцепного веса с гидроаккумулятором, позволяющий использовать часть веса навесного орудия как сцепной вес.

Кроме того, улучшение опорной проходимости трактора можно осуществить за счёт оборудования ходовой части дополнительным ведущим мостом [46]. При выполнении основных сельскохозяйственных операций, а также при переездах, центр тяжести машины переносится в основном на ведущий мост, тем самым стремясь перевернуть трактор относительно точки соприкосновения колеса с почвой, вследствие чего возникают дополнительные техногенные воздействия на почву. Считается, что добавив в ходовую часть дополнительный ведущий мост, можно улучшить тягово-сцепные свойства трактора.

Рисунок 1.7 -Схема трактора с дополнительным ведущим мостом. Д-двигателъ; К-коробка передач; К1 - дополнительный ведущий мост; К2 -основной ведугций мост; 1,2,3 - потоки мощности.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Дубин Мансур Джиганшевич, 2023 год

- М„

• Л-) •г(-) - р

I тр тр /

(2.20)

• (1 -з) ,кВт. (2.21)

г

к

г

к

1

г

к

Удельный крюковой расход топлива [117,118]

(г) 10000и , _ qKр)=, г / кВтч.

кр

д( z) =

Укр

При двухфазном смесеобразовании

1000 -(ОТД1 + ом)

0,377- п - г 3600 - /(!)

1 Г пз (Отдт + Отл} -(кдт-Ни дт + Кдл Ни АЙ

(2.22)

, г/кВт-ч (2.23)

103

0,377-п

- Ml.

П z) ^z) - P

I тр тр /

(1 -8)

Производительность МТА:

ш = 0,1-V -В = 0,1-V -{тр 'Птр х

4 р р р I К -г

I К уд Г к

103 -

(ртдт + ОтЛ ) \КД1 Ни дг + КДА -Ни А )-

0, 1 2 - ж - п

- М,.

- Р

/МТА

, га/ч (2.24)

где Вр - рабочая ширина захвата агрегатируемой с.-х. машины, м; Куд -удельное сопротивление агрегатируемой машины, кН/м; РмгА - сила сопротивления передвижению МТА , Н.

Погектарный расход топлива МТА

О

_г

ш

(отдт + Отл )

0,1- V -

1 - п

тр I тр

'р 1 К -Г

1 уд ' к

103

(огдг + Отл)- (кдт ■ Ни ДТ + КДА ■ НиА } - п

0,12- ж - п

- М,

кг/га (2.25)

- Р

/МТА

Удельный эффективный расход энергии на коленчатом валу дизеля

МТА

Еуд = Н -8 -п

(ОТдг + Отл}

3600

0,1 -V,

I - п

тр I тр

р {Куд -гя

103

(ОТдг + Огл ) - (к дт - Н и д т + К да - Ни А } - П

0,12-ж-п

- М,.

- Р

п. -п

1 м

МДж/га(2.26)

/МТА |

где пе - эффективный КПД двигателя.

2.2 Результаты расчета технико-энергетических показателей трактора с

двухфазным смесеобразованием

Результаты расчета технико-энергетических показателей трактора с двухфазным смесеобразованием в дизеле представлены в таблице 2.2 и при-

ложении 1.

г

к

8

га

x

X

x

Таблица 2.2 - Расчетные технико-энергетические показатели трактора с двухфазным смесеобразованием в дизеле_

Вид активатора Доза активатора Показатели

Pк, кН P 1 кр, кН Nр, кВт .?кр, г/кВтч Ж, га/ч ни, МДж/ кг §га , га/ч Ле Еуд, МДж/ га

Однофазное смесеобразование

- - 14,03 10,16 32,7 432 0,75 42,437 18,84 0,338 270,23

Двухфазное смесеобразование с подачей активаторов

Бензин АИ-92 10 % 15,36 11,49 37,0 382 0,848 42,754 16,66 0,366 260,69

20 % 15,66 11,79 38,0 372 0,870 43,070 16,25 0,371 259,66

Этиловый спирт 95% 10 % 14,09 10,22 32,9 429 0,755 40,900 18,69 0,351 268,31

20 % 14,16 10,29 33,2 425 0,761 39,363 18,54 0,367 267,83

Нефтяное топливо ДТ-Л-62 10 % 14,18 10,31 33,2 425 0,765 42,437 18,44 0,340 266,06

20 % 14,81 10,94 35,2 401 0,810 42,437 17,42 0,356 263,17

Смесевое топливо 50%РМ50%ДГ 10 % 14,01 10,13 32,7 432 0,750 42,113 18,84 0,340 270,21

20 % 14,09 10,22 32,9 429 0,755 41,843 18,69 0,342 268,03

Бензанол Е30 10 % 14,98 11,38 35,8 396 0,820 41,983 17,27 0,361 262,98

20 % 15,21 11,34 36,6 388 0,837 41,528 16,94 0,370 262,11

Анализ полученных результатов расчета показывает, что двухфазное смесеобразование способствует увеличению касательной силы тяги трактора на 3-12%, силы тяги на крюке - на 3-16%, крюковой мощности - на 3-16%, производительности МТА - на 3-16% (в зависимости от вида и дозы активатора) по сравнению с работой трактора с однофазным смесеобразованием в дизеле. При этом удельный крюковой расход топлива уменьшается на 3-14 %, погектарный расход топлива - на 3-14%, удельный эффективный расход энергии на к.в. дизеля - на 2-4%. Наибольшему улучшению технико-энергетических показателей трактора способствует подача 20%-ой дозы активаторов обладающих высокими теплотворными свойствами (бензин АИ-92, нефтяное ДТ и смесевые топлива).

Выводы

1. Разработана методика расчета эффективных показателей дизеля и технико-энергетических показателей трактора с двухфазным смесеобразованием, учитывающая соотношение доз моторного топлива и активатора и их теплотворной способности.

2. Результаты расчетов показывают, что двухфазное смесеобразование способствует увеличению касательной силы тяги трактора на 3-12%, силы тяги на крюке - на 3-16%, крюковой мощности - на 3-16%, производительности МТА - на 3-16% (в зависимости от вида и дозы активатора) по сравнению с работой трактора с однофазным смесеобразованием в дизеле. При этом удельный крюковой расход топлива уменьшается на 3-14 %, погектарный расход топлива - на 3-14%, удельный эффективный расход энергии на к.в. дизеля - на 2-4%.

3 РАЗРАБОТКА ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ, ОБЕСПЕЧИВАЮЩИХ ДВУХФАЗНОЕ СМЕСЕОБРАЗОВАНИЕ В ДИЗЕЛЕ С.-Х. ТРАКТОРА 3.1 Разработка алгоритма работы автоматической системы распределенного впрыска топливного активатора в первой фазе смесеобразования

Для практической реализации двухфазного смесеобразования в тракторном дизеле необходимо разработать автоматическую систему распределенного впрыска активатора в 1 -й фазе двухфазного смесеобразования, обеспечивающую дозированную подачу активатора в ветви впускного трубопровода двигателя в такте впуска.

Основным элементом электронной системы распределенного впрыска активатора является микроконтроллерный блок управления (МБУ) на основе программируемого микроконтроллера. Для программирования микроконтроллера необходимо разработать алгоритм электронного управления впрыском активатора электромагнитными форсунками [120,121].

Разработка алгоритма электронного управления впрыском активатора включала: обоснование порядка работы электромагнитных форсунок впрыска активатора в зависимости от количества форсунок и порядка работы многоцилиндрового дизеля; расчет требуемых цикловых подач активатора в различных режимах работы дизеля; вывод формулы для программы МБУ, необходимой для расчета длительности управляющего импульса, подаваемого на электромагнитные форсунки. расчет длительности управляющих импульсов, подаваемых на электромагнитные форсунки; написание программы для микроконтроллера на машинном языке С++ [123].

Порядок работы электромагнитных форсунок, используемых для впрыска активатора в 1 -й фазе двухфазного смесеобразования, согласован с порядком работы цилиндров двигателя с учётом числа ветвей впускного трубопровода [122]. Например, у дизеля ММЗ Д-243 (4411,0/12,5) конструктивной особенностью является невозможность установки индивидуальных форсунок

для каждого цилиндра, так как на четыре цилиндра приходится только две ветви впускного трубопровода. Впрыск активатора на данной модели дизеля можно осуществить двумя электромагнитными форсунками: первая впрыскивает активатор во впускной канал, общий для 1-го и 2-го цилиндров дизеля, вторая - во впускной канал 3-го и 4-го цилиндров. Описанный порядок работы электромагнитных форсунок представлен в виде круговой диаграммы (рис. 3.1). Для определения момента впрыска активатора в начале такта впуска используется датчик момента впрыска активатора и скоростного режима, установленный на приводной шестерне кулачкового вала топливного насоса высокого давления (ТНВД).

Поворот кулачкового еала ТЛЗД

О°

180°

Рисунок 3.1. диаграмма управляющих импульсов, подаваемых на электромагнитные форсунки, осуществляющие впрыск активатора в 1-й фазе двухфазного смесеобразования.

В программу МБУ записывается формула для вычисления длительности управляющего импульса Твпр (продолжительности впрыска активатора элек-

тромагнитной форсункой), которая соответствует требуемой цикловой подаче активатора gца в функции от параметров, характеризующих нагрузочный и скоростной режимы дизеля [120]:

£ца = F п), (3.1)

где Ох - массовый расход моторного топлива, кг/ч; п - частота вращения коленчатого вала дизеля, мин-1.

В устройстве МБУ должны быть предусмотрены задающие клавиши для ввода коэффициента дозы активатора Кда (10% или 20% основной дозы моторного топлива) и коэффициента коррекции цикловой подачи активатора КВ, учитывающего изменение пропускной способности электромагнитных форсунок при использовании различных видов активаторов, отличающихся физико-химическими свойствами. Информация о текущих параметрах нагрузочного и скоростного режимов дизеля поступает в МБУ соответственно от датчика массового расхода топлива и датчика момента впрыска активатора и скоростного режима. Датчик расхода топлива вырабатывает импульсы, частота / которых прямо пропорциональна параметру Оь Параметр п определяется датчиком момента впрыска активатора через частоту вращения кулачкового вала ТНВД.

Формула для программы МБУ получена из условия, что массовая доза активатора, впрыскиваемого в первой фазе двухфазного смесеобразования, должна быть согласована с массовым расходом моторного топлива через коэффициент дозы активатора Кда [120,121]:

°ТА = КДА■ °ТД , (3.2)

где ОтА - массовая доза (часовой расход) активатора, кг/ч; ОТд - масссовая доза (часовой расход) моторного топлива, кг/ч.

Через часовой расход активатора выражается цикловая подача активатора (яца), которая является функцией параметров, характеризующих нагрузочный (Отд) и скоростной (п) режим работы дизеля:

Яда = Б п). (3.3)

Количество активатора, впрыскиваемого форсункой за цикл (г/цикл),

может быть выражено через часовую подачу основного моторного топлива:

„ А _ 1000• аТА_ 1000 •КДА -дТд ц 30^п•г 30^п•г

Это же количество активатора зависит от времени открытия электромагнитного клапана форсунки (мс), вычисляемого микроконтроллерным блоком управления:

\3

60 103 ^ЦА

впр V .г ' (3-5)

г Ф С п

где 2Ф - количество электромагнитных форсунок для впрыска топливного активатора (в системе двухточечного впрыска активатора 7Ф = 2); Сп - статическая производительность (пропускная способность) форсунки, г/мин. Подставим в это выражение формулу (3.4):

60-103 1000 • к да-Стд 106 • К ДА •атд т —---—-

впр 2•С 30• п•г С •п•г

(3.6)

При использовании различных топливных активаторов, отличающихся составом и физико-химическими свойствами (плотность, вязкость и др.), пропускная способность форсунки может меняться. Чтобы учесть это возможное изменение, в конструкции МБУ необходимо предусмотреть клавиши, задающие коэффициент коррекции дозы активатора, и ввести данный коэффициент

(К в ) в формулу для вычисления Твпр. Считая, что отклонение фактической часовой подачи активатора от теоретической может составлять ±30%, для проведения экспериментальных исследований был выбран ряд коэффициентов коррекции Кв от 0,7 до 1,3 с шагом 0,1.

С учетом введенного коэффициента Кв формула (3.6) примет вид

= 106 кв -кда •Стд

впр — С • п • г • (3.7)

Величина расхода основного топлива Отд прямо пропорциональна частоте электрических импульсов (/, Гц), вырабатываемых датчиком расхода топлива. В свою очередь, величина этой частоты обрабатывается микро-

контроллерным блоком управления для последующего вычисления времени Твпр. Чтобы преобразовать формулу 3.7 для МБУ, необходимо математически связзать частоту / с расходом Отд:

/ = Гц, (3.8)

' 3600рдт

где #имп - количество электрических импульсов, вырабатываемых датчиком за 1 л проходящего топлива (Ы^ = 10400/л); рдт - плотность моторного топ-

-5

лива, г/см3.

Тогда, с учетом выражения (3.8) формула (3.7) преобразуется к виду:

= 10б -Кв-КДА 3600 • Рдт-/ = 3,6-109-Кв-КДА РДТ-/

впр С ' N С ' N ' ( )

п ^ имп п ^ имп

В формуле (3.9) число цилиндров дизеля (2 = 4), плотность (рдт = 0,82

-5

г/см ), количество импульсов (#имп = 10400/л) и производительность форсунки (Сп = 164 г/мин) являются константами, перемножив которые, получаем постоянный коэффициент 432,7.

Тогда формула для программирования МБУ примет вид:

3,6 • 109 -0,82 Кв-Кда-/ Кв - Кда - /

впр = 164-4-10400 П = 432'7 П • (310)

Тогда функция (3.1) преобразуется к виду:

ТВПр = Кв-КДА •*-(/,п). (3.11)

Поскольку датчик момента впрыска активатора и скоростного режима устанавливается на приводной шестерне ТНВД, частота вращения коленчатого вала дизеля будет равна:

и=2«дмв, (3.12)

где пдмв - частота импульсных сигналов датчика момента впрыска активатора.

С учетом формулы (3.12) получаем формулу, которую специалист по разработке программного обеспечения должен интерпретировать на машинном языке программы МБУ:

Кр> • Кп. • т

Твпр — 216,4 • В дА т . (3.13)

пкул.в

Результаты расчета времени Твпр при 10%-ной и 20%-ной дозах активатора представлены в таблицах 3.1 и 3.2. В зависимости от заданной дозы активатора (10% или 20%), а также в зависимости от нагрузочного и скоростного режима дизеля Д-243-648, расчетная продолжительность управляющего импульса, подаваемого на электромагнитные форсунки, варьируется от 0,184 до 2,416 мс (таблица 3.1-3.2).

Таким образом, выходным параметром МБУ является время 7впр, подаваемого в обмотки электромагнитных форсунок. От времени 7впр зависит количество активатора впрыскиваемого форсункой за цикл.

Разработанный алгоритм (рис. 3.2) электронного управления впрыском активатора при двухфазном смесеобразовании в дизеле представляет собой набор команд, написанных на машинном языке.

Таблица 3.1 - Время впрыска активатора (Твпр, мс) при ДС с подачей 10%-ной дозы активатора на различных нагрузочных и скоростных режимах дизеля Д-243-648

Степень загрузки дизеля Частота вращения к.в., мин-1

1400 1600 1800 2000 2200

Номинальная нагрузка 1,209 1,2 1,159 1,112 1,011

Нагрузка 90 % 0,837 0,847 0,879 0,892 0,894

Нагрузка 80 % 0,675 0,686 0,72 0,731 0,762

Нагрузка 60 % 0,567 0,543 0,541 0,57 0,616

Нагрузка 40 % 0,435 0,439 0,440 0,45 0,477

Нагрузка 20 % 0,303 0,305 0,312 0,327 0,329

Холостой ход 0,184 0,199 0,212 0,228 0,248

Таблица 3.2 - Время впрыска активатора (Твпр, мс) при ДС с подачей 20%-ной дозы активатора на различных нагрузочных и скоростных режимах дизеля Д-243-648

Степень загрузки дизеля Частота вращения к.в., мин-1

1400 1600 1800 2000 2200

Номинальная нагрузка 2,416 2,401 2,321 2,226 2,023

Нагрузка 90 % 1,677 1,695 1,761 1,783 1,787

Нагрузка 80 % 1,35 1,371 1,439 1,463 1,523

Нагрузка 60 % 1,132 1,086 1,084 1,143 1,232

Нагрузка 40 % 0,87 0,876 0,881 0,9 0,956

Нагрузка 20 % 0,609 0,609 0,625 0,654 0,658

Холостой ход 0,369 0,400 0,424 0,457 0,499

После включения МБУ в цепь бортовой сети трактора оператор с помощью задающих клавиш вводит коэффициенты Кда и КВ. После ввода численного значения коэффициента КВ происходит автоматическое включение электрического насоса, а микроконтроллер начинает обрабатывать информацию, поступающую с датчиков. Если сигнал одного из датчиков будет не определён, через 5 секунд произойдёт автоматическое отключение электрического насоса. Если сигналы с датчиков определены, осуществляется вычисление продолжительности Твпр, определение момента впрыска активатора по углу поворота кулачкового вала ТНВД и включение электромагнитных форсунок, впрыскивающих активатор в ветви впускного трубопровода в соответствии с порядком работы цилиндров дизеля. По истечении времени Твпр микроконтроллер заново определяет сигналы с датчиков, и цикл повторяется [120,123].

По данному алгоритму разработан машинный код (программное обеспечение), написанный на языке программирования С++ для записи в микроконтроллер блока управления (Приложение 2).

а\

Рисунок 3.2 - Алгоритм электронного управления впрыском активатора при двухфазном

смесеобразовании в дизеле

3.2 Разработка электронной системы впрыска топливного активатора

в первой фазе смесеобразования

Конструктивно система питания дизеля с двухфазным смесеобразованием (рис. 3.3) состоит из штатной топливной системы дизеля и электронной системы впрыска топливного активатора [122-124].

Рисунок 3.3 - Схема системы питания дизеля с двухфазным смесеобразованием в дизеле: 1 - топливный бак основного топлива; 2 - всасывающий топливопровод; 3 - фильтр-отстойник;4 - филътр основного моторного топлива; 5 - подкачивающий насос низкого давления; 6 - ТНВД; 7 - нагнетательный топливопровод; 8 - форсунка впрыска дизельного топлива; 9 -головка блока цилиндров; 10 - воздухоочиститель; 11 - рычаг регулятора частоты вращения; 12 - бак для активатора; 13 - фильтр очистки активатора; 14 - насос электрический; 15 - впускной трубопровод; 16 - регулятор давления; 17 - вставка-удлинитель впускного канала; 18 - электромагнитная форсунка; 19 - рампа; 20 - микроконтроллерный блок управления; 21 - источник питания; 22 - датчик момента впрыска активатора и скоростного режима; 23 - датчик расхода дизельного топлива; 24 - выключатель массы; 25 - электрический кабель

В свою очередь, электронная система впрыска топливного активатора (рис. 3.4) содержит форсунки 1 впрыска активатора, установленные во впускных каналах 2 дизеля, насос подачи активатора (электробензонасос) 3, микроконтроллерный блок управления (МБУ) 4, источник питания 5, датчик 6 расхода топлива, датчик 7 момента впрыска активатора и скоростного режима, топливную рампу 11, регулятор давления 12, бак для активатора 13 и фильтр 14 [125-127].

Рисунок 3.4 - Функциональная схема электронной системы впрыска топливного активатора (наименование позиций в тексте)

Блок 4, выполненный на базе программируемого микроконтроллера 8, содержит двухпозиционный переключатель 9, выполненный с возможностью задавать режим работы микроконтроллеру на обеспечение двух уровней часовой подачи активатора (10 % или 20 %) электромагнитной форсункой 1, а также клавиши 10 для ввода в программу микроконтроллера коэффициента коррекции часовой подачи активатора, выбираемого из диапазона от 0,7 до 1,3 с шагом 0,1 в зависимости от вязкости и плотности подаваемого активатора. Для визуального контроля задаваемых коэффициентов дозы активатора и коррекции часовой подачи предусмотрены индикационные светодиоды.

Электромагнитные форсунки [130,131] устанавливаются во вставках-удлинителях, соединенных с ветвями штатного впускного трубопровода дизеля (рис. 3.5, а).

в) г)

Рисунок 3.5 - Элементы электронной системы распределенного впрыска активатора: а) модернизированный впускной трубопровода дизеля с рампой, электромагнитными форсунками и регулятором давления; б) датчик массового расхода моторного топлива; в) датчик момента впрыска активатора и скоростного режима; г) микроконтроллерный блок управления

Датчик расхода топлива (преобразователь расхода тахометрического типа от мотор-тестера КИ-5524 ГОСНИТИ) [132] используется в качестве датчика нагрузочного режима дизеля и служит для согласования заданной

дозы топливного активатора, подаваемого в 1-й фазе смесеобразования, и основной дозы моторного дизельного топлива, подаваемого во 2-й фазе.

Датчик (рис. 3, б) устанавливается в линии низкого давления штатной топливной системы дизеля в разрыве топливопровода между фильтром грубой очистки и топливоподкачивающим насосом. Основными элементами датчика являются вертушка, фотоизлучатель и фотоприёмник. Вертушка, вращаясь при протекании по топливопроводу топлива, прерывает поток света, падающий от фотоизлучателя на фотоприёмник тем чаще, чем выше часовой расход топлива. Таким образом, частота вращения вертушки, пропорциональная скорости протекания топлива, преобразуется в частоту электрических импульсов в цепи фотоприемника и посылается в МБУ.

На рисунке 3.6 показано устройство МБУ электронной системы впрыска топливного активатора. Основными элементами МБУ являются панель управления 1, монтажные платы 3 и 4 цифровой и аналоговой частей электрической схемы, программируемый микроконтроллер МБР430 [135,136], СЛК-шины 6 и 7, электрический разъем 8.

Рисунок 3.6 - Устройство микроконтроллерного блока управления: 1 - панель управления; 2 - корпус; 3 - монтажная плата аналоговой части схемы; 4 - монтажная плата цифровой части схемы; 5 - микроконтроллер МБР430; 6 - СЛЫ-шина отладочного разъема; 7 - СЛЫ-шина панели управления; 8 - разъем для датчиков и исполнительных устройств

СЛК-шина 6 содержит отладочный разъем, служащий для подключения программатора при прошивке микроконтроллера 5.

Разъем 8 служит для подключения датчиков системы и исполнительных устройств (электрического насоса подачи активатора и форсунок впрыска активатора).

Датчик момента впрыска активатора и скоростного режима служит для определения тактов впуска в цилиндрах двигателя для осуществления фазированного впрыска топливного активатора, а также используется в качестве датчика частоты вращения к.в. дизеля. Основными элементами датчика (рис. 3.7) являются неодимовый магнит 3, установленный радиально на приводной шестерне ТНВД и вращающийся вместе с ней, и магнитоуправляемая микросхема 2 от датчика Холла [133,134], неподвижно закрепленная на передней крышке 1 ТНВД.

а) б)

Рисунок 3.7 - Узел датчика момента впрыска активатора и скоростного режима:а) монтажная схема; б) место установки датчика на дизеле; 1 - передняя крышка ТНВД; 2 - датчик Холла; 3 - неодимовый магнит; 4 - приводная шестерня топливного насоса; 5 - корпус топливного насоса;

6 - вал привода топливного насоса

Микросхема размещена на крышке ТНВД таким образом, чтобы вращающийся магнит своим магнитным полем воздействовал на микросхему в

тот момент, когда в первом цилиндре дизеля начинается такт впуска. За счет того, что штатная крышка 1 изготавливается из алюминиевого сплава, она не способствует искажению магнитного поля, создаваемого неодимовым магнитом 3. Это позволяет установить микросхему 2 от датчика Холла на наружной поверхности крышки. В момент прохождения магнита 3 напротив микросхемы 2 она вырабатывает импульсный сигнал, который посылается в МБУ и служит для него информативным сигналом для подачи команды к срабатыванию электромагнитных форсунок в соответствии с порядком работы цилиндров дизеля.

Электронная система впрыска топливного активатора в составе системы двухфазного смесеобразования работает следующим образом.

После пуска и прогрева дизеля оператор нажатием на кнопку «Вкл.» (см. рис. 3.4) подключает МБУ 4 к источнику питания 5 бортовой сети трактора, после чего с помощью переключателя 9 устанавливает необходимую дозу активатора на уровне 10 % или 20 % от массового расхода моторного топлива, а с помощью клавиш 10 вводит коэффициент коррекции часовой подачи активатора. При выборе того или иного коэффициента происходит включение одного из контрольных светодиодов. Одновременно с этим МБУ даёт команду на включение насоса 3, который подает активатор в рампу 11 и далее к форсункам 1.

Входящие сигналы от датчиков 6 и 7 поступают в блок 4, который обрабатывает входную информацию о текущих параметрах нагрузочного и скоростного режимов дизеля с учетом значений коэффициентов Кдд и КВ, введенных с помощью переключателя 9 и клавиш 10.

На основании полученной информации МБУ вычисляет продолжительность управляющих импульсов Твпр, формирует исходящий сигнал нулевого или единичного уровня напряжения и посылает его в обмотки электромагнитных форсунок 1. При этом сигнал от датчика момента впрыска и скоростного режима, поступающий в МБУ, инициирует подачу командных сигналов

в обмотки электромагнитных форсунок в соответствии с диаграммой, показанной ранее на рисунке 3.1.

С изменением входных параметров, характеризующих нагрузочный и скоростной режим работы дизеля трактора, длительность управляющих импульсов (время открытия электромагнитного клапана форсунки) изменяется таким образом, что количество активатора, впрыскиваемого форсунками 1 за цикл, изменяется пропорционально частоте входящих сигналов от датчика расхода моторного топлива, потребляемого дизелем, с учетом заданного уровня часовой подачи активатора электромагнитной форсункой в количестве 10 % или 20 %, заданной оператором с помощью двухпозиционного переключателя 9, и коэффициента коррекции часовой подачи активатора, введенного оператором с помощью клавиш 10.

Производительность насоса подачи активатора заведомо больше, чем пропускная способность электромагнитных форсунок. При этом на режимах холостого хода и частичных нагрузок давление активатора в системе впрыска может значительно повыситься, что может привести к разрушению шлангов и соединений гидравлической части системы. Для предупреждения данного явления и стабилизации давления в системе впрыска активатора предусмотрен регулятор давления (предохранительный клапан) 12, который осуществляет сброс избыточного давления активатора в рампе и направляет его обратно в бак для активатора.

После останова дизеля информативные сигналы от датчиков 6 и 7 перестают поступать в МБУ, при этом через 5 с цепи питания электромагнитных форсунок 1 и электрического насоса 3 автоматически обесточиваются, а подача активатора к форсункам прекращается.

После окончания работы трактора оператор отключает МБУ от бортовой сети трактора нажатием клавиши «ВКЛ».

На разработанную электронную систему впрыска топливного активатора получено положительное решение о выдаче патента на полезную модель.

Выводы

1. Разработан алгоритм электронного управления впрыском активатора в первой фазе двухфазного смесеобразования и машинный код для его реализации, написанный на языке программирования С++.

2. Разработана и изготовлена система двухфазного смесеобразования в дизеле, содержащая штатную топливную систему и электронную систему распределенного впрыска топливного активатора в первой фазе смесеобразо-вани. В свою очередь электронная система впрыска активатора содержит емкость для активатора, электрический насос, фильтр, модернизированный впускной трубопровод с рампой, электромагнитными форсунками и регулятором давления, датчик массового расхода топлива, датчик момента впрыска активатора и скоростного режима, программируемый микроконтроллерный блок управления.

4 ПРОГРАММА И МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ

ИССЛЕДОВАНИЙ 4.1 Программа экспериментальных исследований

Программа исследований включала:

- лабораторные исследования системы двухфазного смесеобразования в дизеле для проверки ее работоспособности;

-стендовые исследования тракторного дизеля с двухфазным смесеобразованием по оценке его мощностных, топливно-экономических и экологических показателей;

-стендовые исследования трактора с двухфазным смесеобразованием по оценке его тягово-скоростных, топливно-экономических и экологических показателей;

- эксплуатационные исследования технико-энергетических показателей трактора с двухфазным смесеобразованием в дизеле.

4.2 Методика лабораторных исследований системы двухфазного

смесеобразования в дизеле

Для проверки работоспособности МБУ и в целом системы впрыска топливного активатора скомплектована лабораторная установка (рис. 4.1), содержащая источник питания 1, ёмкость 2 для активатора с размещенным внутри электрическим насосом 7, рампу 3, электромагнитные форсунки 4, мерные колбы 5, микроконтроллерный блок управления, частотомер 8 и светолучевой осциллограф 9 [137-139]. Для имитации импульсных сигналов, поступающих с датчиков, был разработан двухканальный генератор импульсов 10.

За оценочный показатель работоспособности системы была принята величина часовой подачи активатора. В качестве активатора использовалось товарное нефтяное дизельное топливо ДТ-Л-62-К5 ГОСТ 305-2013 [140] и спирт этиловый 95-ный [141].

Рисунок 4.1 - Экспериментальная установка для лабораторных

исследований системы двухфазного смесеобразования: 1 - источник питания; 2 - емкость с активатором;3 - рампа; 4 - электромагнитные форсунки; 5 - мерные колбы; 6 - микроконтроллерный блок управления;

7 - электрический насос; 8 - частотомер БС-3000;

9 - электронно-лучевой осциллограф С1-72; 10 - генератор импульсов

Проверку работоспособности системы двухфазного смесеобразования в дизеле проводили в следующей последовательности .

С помощью подстроечных резисторов, входящих в состав генератора импульсов 10, устанавливали частоты, соответствующие частотам информативных сигналов датчиков на определенном нагрузочно-скоростном режиме дизеля Д-243. Величины частот контролировали с помощью частотомера 8. Переключателем на панели микроконтроллерного блока 6 устанавливали необходимую дозу активатора (10 % или 20 % от часового расхода моторного топлива). Перед началом замеров с помощью электрического насоса 7 осуществляли заполнение рампы 3 активатором. Включали подачу напряжения в цепи электромагнитных форсунок, осуществлявших впрыск активатора в

мерные колбы. Секундомером засекали время, за которое в колбы поступит количество активатора, равное 400 мл. Одновременно контролировали длительность управляющих импульсов, поступающих на электромагнитные форсунки и равномерность поступления активатора в мерные колбы.

Замеры осуществляли в трехкратной повторности, а полученные результаты заносили в протокол испытаний. Затем с помощью генератора импульсов устанавливали частоты, имитирующие другой нагрузочно-скоростной режим дизеля, и повторяли цикл замеров.

Часовую подачу активатора определяли по формуле (кг/ч):

Ста = 3,6^ , ( 4.1)

где V - объем активатора, поступившего в мерные колбы, мл; р - плотность

-5

активатора при 20 °С, г/см ; ^ - время истечения активатора, с.

4.3 Методика стендовых исследований тракторного дизеля, оснащенного системой двухфазного смесеобразования

Для стендовых исследований дизеля с двухфазным смесеобразованием была скомплектована экспериментальная установка (рис. 4.2), содержащая динамометрическую машину КБ-56/4 с контрольно-измерительной аппаратурой, тракторный дизель Д-243-648, оснащенный разработанной системой двухфазного смесеобразования [122-124] и измерительно-регистрирующий комплекс (ИРК).

В состав ИРК входили: расходомеры моторного топлива и активатора, измерительное устройство ИМД-ЦМ, частотомер FC-3000, измерители температуры топлива, активатора, моторного масла и охлаждающей жидкости, тахометр, газоанализатор ГИАМ-29-М3 (рис.4.3).

В качестве активаторов использовались нефтяное дизельное топливо ДТ-Л-62-К5, смесевое дизельное топливо (50% рапсового масла + 50% нефтяного ДТ), 95%-ный этиловый спирт, бензин АИ-92 и бензанол Е30 (спирто-бензиновое смесевое топливо с объемным содержанием этилового

спирта 30%) [140-144]. Доза активатора, подаваемого в первой фазе смесеобразования, составляла 10% и 20% от часового расхода моторного дизельного топлива, подаваемого во второй фазе.

Рисунок 4.2 - Общий вид экспериментальной моторной установки

а) б)

Рисунок 4.3- Оборудование для экспериментальных исследований: оснащенный системой распределенного впрыска активатора; а) устройство ИМД-ЦМ б) газоанализатор ГИАМ-29-М3;

Исследования проводились в соответствии с ГОСТ 18509-88 [145] «Дизели тракторные и комбайновые. Методы стендовых испытаний».

Исследования дизеля проводились в условиях характеристики холостого хода и в режиме свободного ускорения.

За метод исследования был принят метод сравнительной оценки мощ-ностных, топливно-экономических и экологических показателей тракторного дизеля с типовым (однофазным) и экспериментальным (двухфазным) смесеобразованием.

В условиях характеристики холостого хода оценивались следующие показатели дизеля: часовой расход моторного топлива, активатора и совокупного топлива, содержание оксида углерода, углеводородов и оксидов азота.

Снятие характеристики холостого хода производилось в диапазоне частот вращения к.в. дизеля от 1000 мин-1 до 2200 мин-1 с шагом 200 мин-1 в следующей последовательности:

1) прогреть дизель до рабочей температуры охлаждающей жидкости и моторного масла 80-90°С;

2) установить с помощью рычага всережимного регулятора частоту вращения коленчатого вала дизеля 1000 мин-1;

3) замерить в трехкратной повторности время расхода навески топлива и активатора и экологические показатели;

4) включить на панели управления МБУ подачу 10%-ой дозы активатора и повторить операцию (3);

5) включить на панели управления МБУ подачу 20%-ой дозы активатора и повторить операцию (3);

6) выключить подачу активатора;

7) установить следующую частоту вращения к.в. и повторить операции

(3 - 6).

Обработка результатов замеров проводилась по следующим формулам: -часовой расход моторного топлива и активатора

^ ~ г ЛОд ^ о .г ДОа

Отд = 3,6 • , Ота = 3,6 •-—, кг/ч; (4.2)

Лт ДТа

д

где ЛОд, Лтд - масса навески (г) и время расхода (с) навески дизельного топлива; ЛОа, Лта - масса навески (г) и время расхода (с) навески активатора.

Экологические показатели дизеля определялись с помощью портативного трехкомпонентного газоанализатора ГИАМ-29-М3. Пробозаборник газоанализатора устанавливали в отверстие выпускной трубы дизеля (рис. 4.4) в соответствии с инструкцией по эксплуатации. Перед каждым замером осуществляли продувку оптического канала газоанализатора с помощью встроенного насоса.

Рисунок 4.4 -Место установки пробозаборника газоанализатора в системе отвода отработавших газов дизеля

На режиме свободного ускорения оценивались эффективная мощность дизеля (бестормозным методом) и экологические показатели.

Эффективная мощность дизеля (ме) определялась при помощи измерительного устройства ИМД-ЦМ. Индуктивный датчик (преобразователь частоты вращения) устанавливался в отверстие в картере дизеля напротив зубчатого венца маховика и соединялся электрическим кабелем с электронным блоком измерительного устройства.

Перед замером устройство было откалибровано по частоте вращения и угловому ускорению коленчатого вала, при которых выполнялся замер, согласно инструкции по эксплуатации.

Замеры показателей дизеля на режиме свободного ускорения проводили в следующей последовательности [149,150]:

п

1) нажать клавишу « £ » измерительного устройства;

2) установить номинальную частоту вращения к.в. (п= 2200 мин-1);

3) резко выключить подачу топлива;

4) при достижении минимальной частоты вращения к.в. быстро перевести рычаг РЧВ в положение максимальной подачи, при этом записать показания углового ускорения на цифровом табло устройства и экологические показатели на табло газоанализатора. Замеры произвести в трехкратной по-вторности;

5) включить подачу 10%-ой дозы активатора и повторить операции (2 - 4);

6) включить подачу 20%-ой дозы активатора и повторить операции (2 - 4).

Эффективную мощность дизеля определяли по фомуле (кВт)

Ые = Iдв -е-ю, (4.3)

где 1дв - момент инерции вращающихся масс стенда, приведенный к махови-

2 2 ку дизеля, Н-м •с ; е- угловое ускорение разгона, с- ; ю= п • п / 30- угловая

скорость коленчатого вала, с-1.

4.4 Методика тяговых испытаний трактора с двухфазным смесеобразованием в дизеле

Методика исследований предусматривала определение тягово-экономических и экологических показателей по ГОСТ 30745-2001 [146] трактора МТЗ-82 с дизелем Д-243, укомплектованным топливным насосом 4УТНМ (рис. 4.5) при работе с двухфазным смесеобразованием.

В лабораторных тяговых испытаниях использовались следующие приборы и оборудование: стенд для колесных тракторов КИ-8948, в состав которого входят приводной блок (электромашина АКБ-92-8М и редуктор Ц2УН-315) с двумя барабанами, жидкостный реостат нагружения, пульт управления, догрузочное устройство; расходомеры моторного топлива и активатора; система отвода отработавших газов; термометр (для измерения температуры воздуха); барометр (для измерения атмосферного давления).

Рисунок 4.5 - Экспериментальная установка для тяговых испытаний трактора с двухфазным смесеобразованием в дизеле на стенде с беговыми барабанами: а) измерительный комплекс; б) элементы электронной системы распределенного впрыска топливного активатора; в) общий вид экспериментальной установки; 1 -расходомер активатора; 2-электронные весы; 3-МБУ; 4-частотомер; 5-прибор ЭМДП;; 6-модернизированный впускной трубопровод;?-топливнаярампа; 8-фильтр тонкой очистки активатора;

9-датчик момента впрыска активатора и скоростного режима;

10-расходомер моторного топлива; 11-емкость моторного топлива;

12-панель стенда КИ-8948; 13- жидкостный реостат нагружения;

14-газоанализатор ГИАМ-29-М3; 15- беговые барабаны

Запуск двигателя и его прогрев с однофазным смесеобразованием осуществлялся на режимах, рекомендованных в нормативно-технической документации на проведение тяговых испытаний трактора [146].

На тормозном стенде тяговая характеристика трактора снималась на одной из основных (рабочих) передач - на восьмой. О степени загрузки двигателя судили по показанию тахометра трактора или стенда. Испытания начинали с режима холостого хода (нагрузка на колесах отсутствовала) и постепенно увеличивали нагрузку опусканием электродов реостата в раствор кальцинированной соды. Число опытов (ступеней загрузки трактора) устанавливали не менее 10-12. Снятие параметров в каждом опыте производили при установившейся нагрузке по истечении 5 мин. работы дизеля.

За оценочные показатели работы трактора с однофазным и двухфазным смесеобразованием были приняты: касательная сила тяги (Рк), тяговая

мощность (N к), частота вращения коленчатого вала двигателя (пе) и ротора электромашины (барабанов) стенда (пт), часовой расход совокупного топлива (О т), действительная скорость трактора (Уд), удельный расход топлива и экологические показатели (содержание оксида углерода, углеводородов и оксидов азота).

Тяговые испытания трактора с двухфазным смесеобразованием проводили в следующей последовательности:

1. После пуска и прогрева двигателя включали восьмую передачу трактора, что соответствует шестой рабочей передаче.

2. Рычаг управления всережимным регулятором частоты вращения к.в. дизеля устанавливали в положение максимальной подачи топлива.

3. Снимали тяговую характеристику трактора с однофазным смесеобразованием. При этом на каждой ступени загрузки трактора записывались его тягово-экономические и экологические показатели.

4. Переводили двигатель к работе с двухфазным смесеобразованием с подачей 10%-ой дозы активатора и повторяли снятие тяговой характеристики в сходственных точках нагрузочных и скоростных режимов работы трактора.

5. Переводили двигатель к работе с двухфазным смесеобразованием с подачей 20%-ой дозы активатора и повторяли снятие тяговой характеристики в сходственных точках нагрузочных и скоростных режимов работы трактора.

Сила тяги Рк, мощность N^ частота вращения ротора nm определялись по показаниям штатных миллиамперметров, входящих в состав стенда КИ-8948.

Остальные тягово-экономические показатели трактора определяли по следующим формулам [150]:

- теоретическая (Ут) и действительная (Уд) скорости трактора:

n

Ут = 0,377 • nк • гк = 0,377 • ^ • гк, км/ч; (4.4)

1 тр

n

Уд = 0,377 • nб • гб = 0,377 •• гб, км/ч, (4.5)

1

1Р

где n к, n е - частота вращения ведущих колес трактора и коленчатого вала дизеля, мин-1; n б, nm - частота вращения барабанов и ротора электромашины, мин-1; гк, Гб - радиусы качения ведущих колес трактора и барабанов стенда (Гб = 0,33 м); 1 тр- передаточное число трансмиссии трактора (на

восьмой передаче передаточное число трансмиссии у трактора МТЗ-80 1 тр = 33,7); 1 р - передаточное число редуктора стенда (1 р = 8);

- радиус качения ведущих колес трактора

гк = 0,0254 • (0,5 • < + Хш • Ь), м (4.6)

где d, Ь - размеры шин в дюймах (размер ведущих задних колес трактора МТЗ-80 - 15,5Я38); - коэффициент рабочей деформации шин (= 0,80...0,85).

коэффициент буксования ведущих колес

5

Ут - V

V

д • 100%

(4.7)

т

удельный расход топлива

О + О

§к = ~та -103 г/(кВт • ч),

(4.8)

к

где О т- часовой расход топлива, кг/ч; Кк- мощность на ведущих колесах трактора, кВт.

Экологические показатели трактора оценивались с помощью газоанализатора ГИАМ-29-М3 (рис. 4.6) аналогично методике, описанной в подразделе 4.3.

Рисунок 4.6 - Место установки пробозаборника газоанализатора ГИАМ-29-М3 на стенде для тяговых испытаний трактора

с беговыми барабанами

По полученным данным строили тяговую характеристику трактора с однофазным и двухфазным смесеобразованием.

4.5 Методика эксплуатационных исследований трактора с двухфазным

смесеобразованием в дизеле

Исследования трактора в составе пахотного агрегата (рис. 4.7) производили в условиях опытных загонок поля на вспашке зяби в эксплуатационных условиях ООО «Русское поле» Сердобского района Пензенской области.

б) в)

Рисунок 4.? - Экспериментальная установка для эксплуатационных ислледований трактора в составе МТА: а) общий вид МТА; б) 1 - бак для активатора; 2 - впускной трубопровод со вставками, топливной рампой,

электромагнитными форсунками и регулятором давления; 3 - датчик расхода топлива; 4 - датчик момента впрыска активатора и скоростного режима; в) микроконтроллерный блок управления

За оценочные эксплуатационные показатели трактора в составе МТА были приняты: рабочая скорость, часовая производительность МТА, погектарный расход топлива, эксплуатационная мощность, удельный эффективный расход энергии на к.в. дизеля МТА [147].

При проведении эксплуатационных исследований трактор агрегатировался с трехкорпусным плугом ПЛН-3-35 для зяблевой вспашки с глубиной обработки почвы 20-22 см. Длина опытных загонок замерялась саженью. До и после вспашки контрольного участка в баках замерялся объем израсходованного моторного топлива и активатора (бензанола Е30).

Погектарный расход совокупного топлива определялся по формуле (кг/га)

_Удт'Рдт + Ул Ра _ Отд + Отл

я„ = £ = щ ' (49)

где Уж и УА - расход моторного топлива и активатора, л; рж и рА - плот-

-5

ность моторного топлива и активатора, кг/м ; Б - площадь загонки, га.

Эксплуатационную мощность трактора Ыэ определяли по выражению

(кВт)

Nэ = N •К, (4.10)

где- - эффективная мощность дизеля, кВт (определялась бестормозным методом с помощью устройства ИМД-ЦМ аналогично методике описанной в подразделе 4.3); К - коэффициент использования эксплуатационной мощности (принимался равным 0,92).

Часовая производительность пахотного МТА (га/ч) [20]:

щ = 0,36 • , (4.11)

где S = 1000 м - длина участка поля; Вр - рабочая ширина захвата плуга ПЛН-3-35, м; t - время прохождения участка, с.

Удельный эффективный расход энергии на к.в. дизеля (МДж/га):

и ¥ДТ •Рдт + ¥А -Ра 3600

Еуд = Ни -8га 'Ле = Ни--

Я Ни'8е

_н °тд + °та _3600 _3,6- Ые

~ и Ни Л000(0тд + О та) " ' (4.12)

Выводы

1. Программа исследований включала лабораторные исследования системы двухфазного смесеобразования, стендовые исследования дизеля и трактора, эксплуатационные исследования трактора в составе МТА с двухфазным смесеобразованием.

2. Лабораторные исследования системы двухфазного смесеобразования проводились с целью проверки работоспособности системы на соответствие часовой подачи топливного активатора, подаваемого в 1-й фазе смесеобразования, заданной дозе активатора 10 % или 20 % от часовой подачи моторного дизельного топлива, подаваемого во 2-й фазе смесеобразования.

3. Стендовые исследования тракторного дизеля предусматривали оценку его мощностных, топливно-экономических и экологических показателей с двухфазным смесеобразованием.

4. Стендовые исследования трактора предусматривали оценку его тяго-во-экономических и экологических показателей с двухфазным смесеобразованием в дизеле.

5. Эксплуатационные исследования трактора в составе МТА предусматривали оценку его технико-энергетических показателей в производственных условиях ООО «Русское поле» Пензенской области.

5 РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

И ИХ АНАЛИЗ

5.1 Результаты лабораторных исследований системы двухфазного смесеобразования в дизеле

По результатам проверки работоспособности разработанной системы распределенного впрыска активатора в первой фазе смесеобразования строились графические зависимости часовой подачи активатора Ота (кг/ч) в зависимости от частоты вращения коленчатого вала двигателя на режимах полных нагрузок, частичных нагрузок и холостого хода. Полученные графики представлены на рисунках 5.1 - 5.12.

Полученные фактические значения часовой подачи активатора при заданных дозах 10% и 20 % (показаны на рисунках сплошными линиями) сравнивались с расчетными значениями (показаны на рисунках штриховыми линиями).

Из анализа рисунков 5.1 - 5.2 и 5.7 - 5.8 следует, что на режимах больших нагрузок (80-100 % от номинальной) обеспечивается высокая точность дозировки активатора, так как фактические значения часовой подачи активатора практически полностью соответствуют значениям, полученным расчетным путем.

Также, в результате исследований было установлено, что при подаче в качестве активатора 10 %-ной дозы дизельного топлива следует вводить коэффициент коррекции 1,1, а при подаче 20 %-ной дозы - коэффициент 1,0.

При подаче в качестве активатора 10 %-ной дозы этилового спирта следует вводить коэффициент коррекции 1,0, а при подаче 20 %-ной дозы - коэффициент 0,9.

На режимах средних нагрузок (40-60 % от номинальной нагрузки) наблюдалось некоторое отклонение фактической подачи активатора от расчетной (рис. 5.3-5.4 и 5.9-5.10). Однако, погрешность дозировки активатора находится в допустимых пределах.

3,5 3 2,5 2 1,5 1 0,5 0

Т-А- ^Г

- 20% (факт.) —•—10% (факт.)

- • - 10% (жел.)