CC BY
228
УДК 621.43
РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ИССЛЕДОВАНИЯ НОВОЙ СИСТЕМЫ ОРГАНИЗАЦИИ СМЕСЕОБРАЗОВАНИЯ В ВЫСОКООБОРОТНОМ ДИЗЕЛЕ 2У 8,2/8,8 (СМД-900)
Ф.И. Абрамчук, профессор, д.т.н., Д.И. Тимченко, ассистент, Г.В. Майстренко, студент, ХНАДУ
Аннотация. Приведены результаты экспериментального исследования новой системы организации процесса смесеобразования в высокооборотном маломощном дизеле 2К 8,2/8,8 (СМД-900).
Ключевые слова: высокооборотный дизель, экспериментальное исследование, смесеобразование, сгорание, индицирование дизеля.
Введение
Организация рабочего цикла в современных высокооборотных автотракторных дизелях малой мощности, в первую очередь, определяется особенностями процессов смесеобразования и сгорания.
Анализ конструкций показывает (табл. 1), что рабочие циклы в них осуществляются как в камерах сгорания (КС) разделенного типа (предкамеры и вихрекамеры), так и преимущественно в КС неразделенного типа (КС в поршне различной конфигурации). Последнее объясняется, во-первых, их более высокой топливной экономичностью, а, во-вторых, успехами в организации эффективного рабочего цикла в этих КС при сравнительно невысоких значениях коэффициента избытка воздуха а, что позволяет обеспечить необходимые уровни литровой мощности, токсичности и дымности ОГ. В этих дизелях применяются различные способы смесеобразования (объемное и пленочное - ограниченно или объемно-пленочное - преимущественно). Объемнопленочный способ смесеобразования реализован в цилиндрической КС в поршне в высокооборотных дизелях семейства СМД-900.
Анализ публикаций
Данные табл. 1 и результаты предварительной аналитической оценки эффективности работы дизеля СМД-900 показывают, что:
- по уровню показателей работы этот дизель не уступает лучшим, в том числе зарубежным образцам аналогичных дизелей этого класса;
- уровень показателей его работы не гарантирует ему конкурентоспособности уже в ближайшей
перспективе, поэтому целесообразно их улучшить, по-возможности, без радикальных конструктивных изменений дизеля; осуществить это целесообразно за счет изменения условий смесеобразования;
- дизель СМД-900, как показала оценка его с использованием цифровой модели проф. Маца З.З (рис. 1, т. А1), имеет большое значение коэффициента запаса сз, что свидетельствует о возможности такого изменения путем:
II и и !* 15 и 17 <« 19 2.0 2.1 2.2 2.3
Л„ -----------—
Рис. 1. Цифровая модель проф. Маца З.З.
1) уменьшения доли пленочности, 5пл и улучшения смесеобразования и сгорания за счет выравнивания длины топливных факелов и усиления локальной турбулизацией заряда в дообработан-ной КС в поршне;
Таблица 1 Основные технические характеристики двигателей малой мощности отечественных
и зарубежных фирм
Марка, страна из-\готовитель СМД - 900 12ЬБ435218 X 2 12ЬБ4752 9 2 <С 00 ю 4 Р2Ь1011Б 102-04
Параметры Украина Италия а н Ук Италия а н Ук а н Ук Германия Англия
Мощность, кВт (л.с.) 14 (19) 14.7 (20) 10.3 (14) 15.8 (21.5) 12.5 (17) 10.3 (14) 21 (28.6) 7.5 (10)
Частота вращения, мин-1 3000 3600 2800 3000 3000 4100 1500 3000
Число и положение цилиндров 2У 2У 2Р 2У 2Р 2Р 2Р 2Р
Диаметр цилиндра, мм 82 86 79 90 88 78 91 64
Ход поршня, мм 88 75 82 75 82 78 105 64
Рабочий объем, см3 900 871 800 954 1000 750 1366 411
Удельный расход топлива, г/(кВт-ч) 252 235 272 235 271 285 - -
Эффективный крутящий момент, Н-м 50 48 38.3 56 45 - - -
Масса двигателя, кг 150 98 85 98 80 115 167 51
2) улучшения использования воздушного заряда в КС путем оптимизации расположения факелов распыленого топлива в ней, кфт и количества рас-пыливающих отверстий, /р;
3) оптимизацией эффективного проходного сечения распылителя форсунки / давления предварительной затяжки пружины иглы форсунки Рфн и внутреннего диаметра трубопровода высокого давления й?Твп.
Для оценки эффективности предложенных мероприятий, проверки результатов аналитического исследования и выводов по нему, проведено экспериментальное исследование дизеля СМД-900 в базовой и улучшенной с точки зрения организации смесеобразования комплектации.
Цель и постановка задачи
Для экспериментального исследования в научноисследовательской лаборатории кафедры ДВС ХНАДУ был оборудован моторный стенд с дизелем 2У8,2/8,8, который для эксперимента был дооснащен измерительным комплексом [1], измерительными системами, устройствами и приборами, часть из которых - оригинальные. Кроме того, моторные испытания были дополнены испытаниями на специальных, в том числе безмоторных стендах и установках: установкой для определения /,, устройством для определения внутреннего диаметра топливопровода закона подачи топлива и др.
Для испытаний были подготовлены экспериментальные детали:
- поршни с дообработанными карманами в соответствии с рекомендациями работы [3] в зонах встречи топливных струй с поверхностью КС (рис. 2);
Рис. 2. Экспериментальные поршни
- распылители с I = 3 и 4 разным направлением их осей в «шатре» и плане (рис. 3);
- трубопроводы с разными йТРш , мм;
- ТНВД 27.1111 005 с увеличенной по сравнению с штатным 9.1111 005 объемной скоростью топ-ливоповодачи и ряд др.
Рис. 3. Схема определения осей распыливающих отверстий форсунки
Диапазоны варьирования параметров экспериментальных деталей были выбраны с учетом литературных рекомендаций, результатов предварительных исследований и возможности практической реализации их на дизеле.
Результаты экспериментального исследования и их анализ
При проведении экспериментального исследования в соответствии с планом МПЭ при каждом изменении комплектации дизеля снимались:
- регулировочные характеристики дизеля (по оптимизации Рфн; 0вивпр и др.);
- нагрузочные характеристики дизеля при п = 3000 и 2400 мин1 (рис. 4);
- регуляторные характеристики дизеля (рис. 4);
- индикаторные диаграммы (рис. 5);
- осциллограммы давления топлива у распылителя и подъема иглы форсунки (рис. 5);
- отметка ВМТ и отметка по углу п. к. в. (рис. 5).
Полученные результаты обрабатывались в виде, позволяющем: оценить изменения принятых показателей смесеобразования в дизеле с базовой и улучшенной комплектацией; установить влияние варьируемых параметров на работу дизеля (экономичность и дымность ОГ); получить исходные данные для выбора при использовании уравнений регрессий наилучшей комплектации варьируемых параметров и факторов.
Рис. 4. Результаты экспериментального исследования
Рис. 5. Экспериментальная индикаторная диаграмма и осциллограмма
Как свидетельствует анализ результатов проведенного исследования, наибольшее влияние из
варьируемых параметров оказывали в порядке уменьшения: 5пл, / и 5ФЛ. , меньшие ^Трвн и РФн. При этом их влияние неодинаково. Так, при увеличении / от 0,1 до 0,12 мм2, т.е. на 18% - gе изменился с 225,2 до 232 г/кВт-ч, т.е. на 3,9%, а показатель дымности ОГ с 63,7 до 61,3 единиц, т.е. на 3,8%. В тоже время при изменении доли пленочности 5пл с 60 до 30%, т.е. на 30% (в 2 раза больше), gе снизился с 240 до 225,2 г/кВт-ч, т.е. на 6,4%. При исследовании не удалось разделить влияние пленочности и турбулизации заряда при выполнении карманов в КС на процесс смесеобразования. Отметим также, что попытка улучшения использования воздушного заряда в КС за счет увеличения количества распыливающих отверстий в форсунке с 3-х до 4-х не привела к ожидаемому результату даже после выравнивания длины топливных факелов, что можно объяснить недостаточным согласованием их количества с тангенциальной составляющей скорости движения заряда в КС. Это привело к его «пере-завихрению» и ухудшению смесеобразования. Так же не получены положительные результаты и при интенсификации объемной скорости впрыскивания топлива применением ТНВД 27.1111 005 (с й?пл = 9 мм) вместо штатного ТНВД 91111005 (с й?ш = 6 мм). Это можно объяснить ухудшением смесеобразования из-за переобогащения смеси в зонах контактов факелов распыленого топлива со стенками КС при уменьшении dкп32 и 8пл из-за увеличения давления впрыскивания топлива (от 28 до 38 МПа).
Приведенные результаты показали, что измененная комплектация дизеля 2У 8,2/8,8 (/ = 0,11
мм2, РФн = 200 МПа, 5пл = 0,3%, НФТ = 0,55, dтр =
1,2 мм) обеспечивает улучшение условий смесеобразования, а как результат и показателей работы дизеля 2V 8,2/8,8: gе снизился на 6,36%, а К на 7,3%.
Оценка среднеэксплуатационной топливной экономичности дизеля 2V 8,2/8,8 при работе на самоходное шасси Т-16 в типизированном поле режимов на сельхозработах показала снижение Дgе на 4,48 г/кВт-ч, т.е. на 4,2%, что сущест-
еср.экс. ^
венно.
Заключение
По результатам выполненных экспериментальных исследований можно сделать следующие выводы:
1. В дизеле 2V 8,2/8,8 путем изменения условий смесеобразования получены показатели рабочего цикла по среднеэксплуатационной экономичности и дымности ОГ лучше, чем при базовой комплектации.
2. Результаты исследования открывают возможность еще на стадии модернизации существующих, а также при проектировании новых высокооборотных дизелей малой мощности обеспечивать за счет направленного изменения условий смесеобразования высокоэкономичную и экологически безопасную их работу.
3. Анализ влияния осуществленных в работе изменений параметров на показатели смесеобразования показал, что:
- по степени влияния на эффективность смесеобразования варьировавшиеся параметры и факторы могут быть расположены в такой последовательности: 5Ш , / /ф , ^Твп, Рфн
- на эффективность смесеобразования влияют также вихревое отношение, О и местный коэффициент избытка воздуха ам.
4. По результатам исследования также можно отметить, как рациональные направления дальнейшей интенсификации процесса смесеобразования в дизелях данного класса с объёмноплёночным способом смесеобразования: уменьшение продолжительности впрыскивания топлива; обеспечение максимальной интенсификации процесса испарения топлива путём создания локальной турбулизации заряда; обеспечение значения ам близким к единице в течение всего периода смесеобразования; исключение зон, содержащих неиспользованный к концу сгорания воздух путем направленной транспортировки в них топлива; управление «жесткостью» работы дизеля за счет величины ам в топливных факелах к концу Дф,.
5. Оценка уровня полученных показателей модернизированного дизеля по коэффициенту запаса (рис.1, т. А2) позволяет сделать вывод о возможности их дальнейшего улучшения.
Литература
1. Абрамчук Ф.И., Пойда А.И. и др. Новая авто-
матизированная система исследования и диагностирования автотракторных двигателей // Автомобильный транспорт. - Харьков. -2005. - Вып. 17. - С. 28-35.
2. ГОСТ 14905-80 «Дизели тракторные. Методы
стендовых испытаний».
3. Парсаданов И.В., Колпачев Н.Ф., Бондаренко
В.П. Камеры сгорания для рядных дизелей СМД // Двигатели внутреннего сгорания. Вестник ХГПУ. - Харьков. - 1999. - Вып. 60.
- С. 97-101.
Рецензент: А.С.Полянский, профессор, д. т. н., ХНАДУ.
Статья поступила в редакцию 4 апреля 2006 г.
