CC BY
38
УДК 621.436.001
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ДИЗЕЛЯ В-31, ОСНАЩЕННОГО СИСТЕМОЙ ОТКЛЮЧЕНИЯ ЦИЛИНДРОВ
Н.Н.Патрахальцев, М.В.Эммиль1, В.И.Козлов2
1). Кафедра комбинированных ДВС Российского университета дружбы народов Россия, 117198, Москва, ул. Миклухо-Маклая, б 2). Научно - исследовательский тракторный институт (НАМИ)
Москва, ул. Верхняя, 6, Россия
Приводятся результаты экспериментального исследования на стенде дизеля В-31, оснащенного системой отключения цилиндров, Представлены характеристики по расходу топлива на режимах холостого хода и вибрационные характеристики в зависимости от числа отключенных цилиндров.
Одним из перспективных методов повышения топливной экономичности двигателей внутреннего сгорания (ДВС) является отключение части цилиндров на режимах малых нагрузок и холостого хода (XX). Различными исследованиями показано, что применение отключения цилиндров снижает эксплуатационный расход топлива на 10 - 15 % в зависимости от типа и размерности двигателя и режимов эксплуатации. Максимальная эффективная мощность двигателя вообще используется довольно редко, например, при скорости 90 км/ч в цилиндре двигателя развивается только 35 - 40% от среднего эффективного давления. Отключение части цилиндров на режимах холостого хода весьма актуально для дизелей тракторов и армейских машин, а учитывая, что большинство дизелей производства Российской Федерации для указанного вида техники оснащаются топливной аппаратурой с многоплунжерными ТНВД и механическими регуляторами частоты вращения, для отключения отдельных цилиндров должны применяться специально разработанные клапаны, позволяющие отключить в них подачу топлива.
Для испытаний рассматриваемого дизеля была разработана система отключения цилиндров и циклов (СОЦЦ) путем включения в линию высокого давления (ЛВД) ТНВД клапана СОЦЦ, принципиальная схема которого показана на рис. 1.
Рис. 1. Конструктивная схема клапана системы отключения цилиндров:
I - корпус клапана:, 2. 3, 5- штуцеры, 6 - корпус электромагнитного клапана, 7 - направляющая сливного клапана, 8 - сливной клапан, 9 - резьба, 10 - крышка, // - тарелка, 12 - шток, 13 - катушка электромагнитного
клапана, 14 - канал для слива топлива
Исследования, проведенные при доводке клапана СОЦЦ на безмоторном стенде для испытаний дизельной топливной аппаратуры, показали, что его работа возможна во всем диапазоне скоростных режимов, характерных для топливной аппаратуры дизеля В-31. В испытаниях было определено, что клапан СОЦЦ полностью сохраняет свою работоспособность при снижении напряжения с 24 до 10 В, что свидетельствует о возможности дальнейшего совершенствования электромагнитного привода по габаритам и потребляемой энергии. Время открытия обратного клапана при напряжении на катушке электромагнита 24 В и отсутствии противодавления со стороны ЛВД равно 15 мс, что вполне достаточно для отключения подачи топлива через один цикл на всех возможных для данного дизеля скоростных режимах. При этом изменения разгрузочного объема нагнетательного клапана ТНВД и длины трубопровода ЛВД в экспериментах не потребовалось. Осциллограмма изменения сигнала подачи и снятия электропитания на катушку привода клапана СОЦЦ и сигнала от датчика частоты вращения при отключении и включении цилиндра показана на рис. 2.
Рис. 2. Осциллограммы изменения сигнала подачи и снятия электропитания на катушку привода клапана системы отключения цилиндров и циклов (а) и сигнала от датчика частоты вращения при отключении и включении цилиндров (б)
Испытания дизеля В-31, оснащенного клапанами СОЦЦ, проводились на тормозном стенде НАТИ Программой испытаний предусматривалось снятие контрольных скоростных характеристик, характеристик XX при отключении цилиндров, а также вибрационных характеристик при различном числе работающих цилиндров. Цель испытаний заключалась в проверке работы клапанов СОЦЦ и оценке влияния числа отключаемых цилиндров на топливную экономичность дизеля на режимах XX. При этом оценивался уровень вибраций дизеля по различным направлениям.
При снятии характеристик XX коленчатый вал дизеля был отсоединен от вала генератора. Отключение цилиндров осуществлялось дистанционным управлением вручную, при этом выполнялись четыре варианта работы - при всех 12 работающих цилиндрах, при 9, 6 и 3 работающих цилиндрах при различных комбинациях отключения.
Приведенные экспериментальные результаты подтверждают предполагавшиеся величины снижения расхода топлива при отключении части цилиндров ДВС. Анализ экспериментальных кривых на графике рис. 3 показывает, что примерная величина снижения расхода топлива при отключении части цилиндров по отношению к работе на всех двенадцати цилиндрах достигает 20% при работе на трех цилиндрах. Следует также отметить, что порядок величин снижения расхода топлива приблизительно один и тот же для всех значений частоты вращения в рассматриваемом диапазоне (600 - 1500 мин'1).
Эффект снижения часового расхода топлива при отключении части цилиндров тем больше, чем больше число цилиндров двигателя, что, впрочем, легко предположить, учитывая разницу величин механических потерь двенадцатицилиндрового и, например, четырехцилиндрового двигателя. В частности, при испытаниях четырехцилиндрового тракторного дизеля Д-240 эта величина составила 4 - 7%. Эта тенденция подтвердилась и при испытаниях дизеля ЯМЭ-238 [2].
Дополнительное снижение часового расхода топлива дает уменьшение минимально устойчивой частоты вращения XX, которая в данном исследовании составила 500 мин'1, по сравнению со штатной минимальной частотой вращения дизеля В-31 600 мин'1.
-і
Рис 3 Скоростные характеристики изменения часового расхода топлива (GT) на режимах холостого хода днзеля 12 Ч 15/18 при работе с разным числом включенных цилиндров *
О—О' работают все 12 цилиндров,
Ь работают 9 цилиндров, х—к - работают 6 цилиндров,
работа двигателя на rpfx цилиндрах
Рис.
Вибрационные характеристики, снятые при испытаниях рассматриваемого дизеля при различном числе отключаемых цилиндров и при работе на всех цилиндрах, при различной частоте вращения и по направлениям “у” и “г”, показаны на рис. 4. Характеристики снимались аппаратурой «Брюль и Кьер». Как видно из графика рис. 4, отключение цилиндров практически не влияет на величину вибрации в направлении оси “г”. В то же время виброскорость в направлении оси “у” имеет небольшой минимум при работе дизеля на шести и девяти цилиндрах при частоте вращения ниже номинальной. Снижение виброскорости при шести работающих цилиндрах можно объяснить тем, что при отключении работал один блок, и дизель, таким образом, становился шестицилиндровым, при этом другой, неработающий, блок цилиндров выступал как бы своеобразным демпфером. Впрочем, возможно, причиной был некоторый разброс в срабатывании клапанов С01Щ, исследование которых, как и вообще системы отключения цилиндров, продолжается.
40-|------------г *
1еЛ
3 6 9 12
Число работающих цилиндров
Рис 4 Вибрационная характеристика дизеля 12 Ч 15/18 при разном числе работающих цилиндров-.
----измерения в плоскости “у".
---измерения в плоскости V,
х - п=600 мин ' , о -п=1100 мин, л-п=1300 мин \ v-n=1500 мин' ‘
Следует также отметить, что полученные в данной работе результаты по измерению величины виброскорости расходятся с данными работы [3], в которой, впрочем, не указывает-
ся конкретный двигатель. Что касается вывода о том, что при увеличении частоты вращения влияние отключения цилиндров на вибрацию двигателя уменьшается, нашло некоторое подтверждение и в нашей работе, правда, с некоторыми отличиями, которые хорошо видны на рис. 4.
По результатам исследований могут быть сделаны следующие выводы.
1. Разработанный клапан СОЦЦ работоспособен во всем диапазоне скоростных режимов XX при работе с топливной аппаратурой дизеля 124 15/18, обладает высоким быстродействием и малой энергоемкостью, не оказывает большого влияния на протекание скоростных характеристик XX.
2. Для установки клапана СОЦЦ не требуется вносить каких-либо изменений в конструкцию штатной топливной аппаратуры дизеля, установка клапана СОЦЦ незначительно влияет на протекание внешней скоростной характеристики двигателя.
3. Величина снижения часового расхода топлива при отключении цилиндров на режимах XX составляет 10 - 20% и увеличивается при увеличении числа отключаемых цилиндров.
4. Результаты измерения виброскорости показали, что отключение цилиндров практически не влияет на величину вибраций в направлении оси "г".
ЛИТЕРАТУРА
1. Крутов В.И. Двигатель внутреннего сгорания как регулируемый объект. - М.: Машиностроение, 1978. 470 с.
2. Зиняев А.Б., Корнилов Г.С., Курманов В.В. и др. Возможности повышения топливной экономичности дизелей типа ЯМЗ-238 отключением цилиндров и циклов. "Двигателестрое-ние", №3, 1991. С. 39-41.
UDC 621.436.001
EXPERIMENTAL RESEARCH OF B-31 DIESEL EQUIPPED WITH CYLINDER
CUT-OFF SYSTEM
N.N.Patrakhaltcev, M.V.Emmil, V.I.Kozlov
1). Department of Combined Internal Combustion Engines Peoples’ Friendship University of Russia Miklukho-Maklaya sir., 6, 117198 Moscow, Russia
2). Scientific Research Tractor Institute Verchnya sir., 6, Moscow, Russia The stand experimental results of V-31 Diesel, equipped with cylinder cut-off system is considered. The produced idle characteristics is that of by fuel consumption and vibration depending on a number of cut-off cylinders.
