CC BY
70
МАШИНОСТРОЕНИЕ
УДК 621.431.73 (07); 629.114.2
Б. А. Шароглазов, М. Ф. Сафаров
МОДЕЛИРОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ ДИЗЕЛЕЙ ПРИ РАБОТЕ НА РЕЖИМАХ ВНЕШНЕЙ СКОРОСТНОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ
В статье на основании анализа экспериментальных данных о характере изменения цикловой подачи топлива при работе дизеля (имеются в виду дизели, топливная аппаратура которых снабжена корректором подачи топлива) по безрегуляторной корректорной ветви ВСХ делается вывод уравнения для оценки численных значений цикловой подачи топлива и других параметров (в частности, часового и удельного эффективного расходов топлива, коэффициента наполнения) в функции частоты вращения коленчатого вала. Внешняя скоростная характеристика; цикловой расход; номинальный режим; коэффициент наполнения; коэффициент избытка воздуха
В технической документации на выпускаемые моторостроительной промышленностью двигатели (в частности, поршневые ДВС) сообщаются лишь краткие сведения о численных значениях параметров, характеризующих работу этих машин на режимах полных нагрузок. Чаще всего эти сведения относятся к режимам номинальной мощности и, в очень сокращенной форме, - режиму максимального крутящего момента.
В этой связи необходимо отметить, что при решении ряда практических вопросов применения двигателей (комплектование машиннотранспортных агрегатов, расчетной оценке тяговых характеристик машин, оценке параметров производительности, экономичности и др.) необходима более полная информация о численных значениях их (двигателей) параметров. В первую очередь - на режимах работы с полной нагрузкой. В частности, на режимах корректорной ветви внешней скоростной характеристики (ВСХ).
Сегодня известны работы и методы приближенной оценки значений параметров при работе ДВС по ВСХ, когда в качестве исходных (опорных) параметров принимаются значения показателей при работе двигателя на номинальном режиме, см. например [1-3]. Однако чаще всего эти работы касаются оценки характера изменения эффективной мощности Ые, крутящего момента М и среднего эффективного давления цикла.
Работ, касающихся моделирования экономических параметров, таких как эффективный КПД цикла, цикловой gц, удельный эффектив-
Контактная информация: 8(351)267-94-31
ный gе и часовой От расходы топлива значительно меньше. Чаще всего они носят эмпирический характер. И вследствие этого обстоятельства могут быть распространены на относительно узкий класс двигателей. В статье на основании анализа экспериментальных данных о характере изменения цикловой подачи топлива при работе дизеля (имеются в виду дизели, топливная аппаратура которых снабжена корректором подачи топлива) по безрегулятор-ной корректорной ветви ВСХ делается вывод уравнения для оценки численных значений gц в функции частоты вращения коленчатого вала п.
При этом в качестве исходных могут быть выбраны значения этого параметра ^ц), соответствующие номинальной частоте вращения пн или частоте пм, соответствующей режиму максимального крутящего момента.
Благодаря корректированию, повышению цикловой подачи топлива с ростом нагрузки, обеспечивается устойчивая работа дизеля по безрегуляторной ветви ВСХ в интервале частот вращения от пн до пм (названный интервал частот вращения характерен для мощных колесных и гусеничных тягачей и промышленных тракторов). Увеличение цикловой подачи при этом может составить 10...20 %. И это обстоятельство (повышение gц с увеличением нагрузки) не приводит к ухудшению протекания процессов в камере сгорания двигателя по ряду причин. В частности, на участке положительного кор-реагирования ВСХ с ростом нагрузки (уменьшение частоты вращения коленчатого вала), как правило, повышается коэффициент наполнения цилиндров свежим зарядом, что дает возможность сохранить неизменным, по сравнению
Б. А. Шароглазов, М. Ф. Сафаров • Моделирование параметров дизелей.
81
с режимом номинальной нагрузки, численное значение коэффициента избытка воздуха, а в отдельных случаях даже повысить его, несмотря на увеличивающуюся цикловую подачу топлива.
Действительно, массовый часовой расход топлива определяется записью:
От = 60—gц или От = С ■ gц ■ п, х
где постоянная С = 120/т, т - коэффициент такт-ности двигателя.
Для цикловой подачи свежего заряда (воздуха), пользуясь понятием коэффициента избытка воздуха, можно записать
,?цв =Ли -Р0 Ук ,
где - коэффициент наполнения, р0 - плотность свежего заряда, Ук - рабочий объем цилиндра.
Коэффициент избытка воздуха определяется соотношением
а = gвц /(Т0 ■ gц ),
в котором Т0 - теоретически необходимое количество воздуха в кг для сжигания килограмма топлива.
Таким образом, из записанных соотношений имеем:
Пи-р0 Ук = а Т0 ■ gц.
Если допустить, что на рассматриваемом участке ВСХ коэффициент избытка воздуха сохраняется неизменным, то из полученного следует
g ц = С1 ■Ли,
где
С = Р ■ — ■ Т
М К0 0 •
а
Стало быть, повышение цикловой подачи с точки зрения наполнения цилиндров свежим зарядом и обеспечения подаваемого в цилиндр топлива достаточным количеством окислителя (воздуха) является оправданным.
Характер изменения цикловой подачи топлива при работе дизелей типа ЧН 15/20,5 и Ч 13/14 по безрегуляторной ветви ВСХ иллюстрируется рис. 1. Линия изменения gц имеет параболический характер. Это для текущего изменения цикловой подачи позволяет записать:
или для изменения частоты вращения от пн до
пм'.
gцш £цн Фи Им)
2
б
Рис. 1. Изменение цикловой подачи топлива при работе двигателей на режимах ВСХ: а - для двигателей типа ЧН 15/20,5 (пн =
= 1250 мин-1; Мен = 132 кВт; Отн = 28 кг/ч); б - для двигателей типа Ч 13/14 (пн = 2100 мин-1; Мен = 177 кВт; Отн = 45 кг/ч)
Приведенная запись при известных параметрах, характеризующих показатели двигателя на номинальном режиме (или режиме максимального крутящего момента),- сведения о них могут быть почерпнуты из паспортных данных по двигателям (при проектировании ДВС - из результатов теплового расчета), - делает возможным определение численного значения коэффициента а, т. е. а = —g^нг.
(пн - пм )
Таким образом, для текущей величины цикловой подачи имеем
gцм gцн
gц = gц
= gц
■ (п - пм ) .
Agц = а(п - пм)2
(пн - пм )
При известных конструктивных параметрах двигателя знание цикловых подач топлива позволяет определить массовые часовые, а также и удельные расходы топлива.
а
Для примера на рис. 2 приведены ВСХ упомянутых дизелей, рассчитанные с использованием полученного соотношения для gц.
б
Рис. 2. Изменение основных показателей двигателей при работе по ВСХ: а - для двигателей типа ЧН15/20,5; б - для двигателей типа Ч13/14
Еще раз отметим, что в качестве опорных параметров выбраны показатели двигателя при работе на номинальном режиме (текущие значения мощностей расчетным путем вычислялись по соотношениям, приводимым в [3]). Точ-
ками на рисунке отмечены численные значения параметров, полученных в результате эксперимента.
ВЫВОДЫ
Сопоставление полученных результатов, а также проверка достоверности полученного уравнения для gц на других двигателях, позволяют отметить, что уравнение может быть использовано при моделировании таких параметров как От, gе, в расчетных исследованиях
на стадии проектирования и доводки двигателей.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Дизели. Справочник / Б. П. Байков [и др.]. Л.: Машиностроение (Ленингр. отд.), 1977. 480 с.
2. Теория двигателей внутреннего сгорания. Под ред. проф., д-ра техн. наук Н. Х. Дьяченко. Л.: Машиностроение (Ленингр. отд.), 1974. 552 с.
3. Шароглазов Б. А., Фарафонтов М. Ф., Клементьев В. В. Двигатели внутреннего сгорания: теория, моделирование и расчет процессов: Учеб. / Под ред. засл. деят. науки РФ Б. А. Шароглазова. Челябинск: Изд-во ЮУрГУ, 2006. 382 с.
ОБ АВТОРАХ
Шароглазов Борис Александрович, проф. каф. двигателей внутр. сгорания Южно-Уральск. гос. унта. Дипл. инженер (ССХИ, мехфак, 1962). Д-р техн. наук по тепл. двигателям (МГТУ им. Н. Э. Баумана, 1979), засл. деятель науки РФ (1999). Иссл. в обл. защиты двигателей от тепл. и механ. перегрузок.
Сафаров Марат Фагитович, асп. той же каф. Дипл. инженер (ЮУрГУ, 2009). Иссл. в обл. моделирования параметров поршневых ДВС.
а
