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

• Сорокотяга, Александр Семенович
• кандидат технических наук
• 1984

Оглавление диссертации кандидат технических наук Сорокотяга, Александр Семенович

ВВЕДЕНИЕ. Ю

I. МЕТОДИКИ ИССЛЕДОВАНИЯ И АНАЛИЗА РАБОЧЕГО ПРОЦЕССА

ДИЗЕЛЯ С АВТОНОМНЫМ ТУРБОКОМПРЕССОРОМ.

1.1. Обоснование и выбор метода исследования.^

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

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

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

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

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

2. ВЫБОР РАЦИОНАЛЬНЫХ ПАРАМЕТРОВ РАБОЧЕГО ПРОЦЕССА ДИЗЕЛЯ

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

2.1. О возможности форсирования базового дизеля

6ЧН13Д1,5.

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

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

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

Уел = 20,0 кВт/л.

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

20,0 кВт/л.

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

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

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

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

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

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

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

Выводы.

3. НЕКОТОРЫЕ РЕЗЕРВЫ ПОВЫШЕНИЯ ТОПЛИВНОЙ ЭКОНОМИЧНОСТИ

ДИЗЕЛЯ 64HI3/II,5.

3.1. Особенности экспериментального исследования.

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

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

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

Zz= 11,0 МП а. J

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

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

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

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

Выводы.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

I.I. Обоснование и выбор метода исследования.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

В соответствии с этим в работе предусмотрено:

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

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

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

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

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

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

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

- 212 -Выводы

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

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

2 гДкВт.ч).

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

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

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

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

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

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

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

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

- форсирование исследуемого двигателя до уровней

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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