CC BY
46
УДК 621.431
М. А. Масуев, А. С. Дадилов
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ КАЧЕСТВ СУДОВЫХ МАЛОРАЗМЕРНЫ1Х ДИЗЕЛЕЙ ЗА СЧЕТ УЛУЧШЕНИЯ ПРОЦЕССА СМЕСЕОБРАЗОВАНИЯ
Совершенствование эксплуатационных качеств и показателей судовых малоразмерных двигателей внутреннего сгорания (ДВС) неразрывно связано с эффективностью смесеобразования, которая определяется в том числе типом камеры сгорания (КС) и способом организации завихрения воздушного заряда.
Отечественные дизели Ч8,5/11 и Ч9,5/11 были разработаны и выпускались с вихревыми КС. Однако, как известно, малоразмерные дизели с вихревыми КС имеют невысокие показатели и пусковые качества. В целях улучшения эксплуатационных качеств и показателей отечественных малоразмерных дизелей ОАО «Завод «Дагдизель» и ЦНИДИ провели исследование возможности замены вихревой КС на КС в поршне типа ЦНИДИ. Это позволило существенно улучшить их пусковые качества, повысить литровую мощность и снизить удельный расход топлива. Однако в процессе исследований были выявлены и недостатки, ограничивающие или исключающие использование таких КС в малоразмерных дизелях.
Было установлено, что направленный поток сгораемых газов через суживающуюся горловину КС создает повышенные термические нагрузки на межклапанные перемычки, наконечники распылителей топлива и кромки горловин КС. Тепловые нагрузки вызывали появление трещин на межклапанных перемычках и кромках горловин камер, а сопловые отверстия распылителей топлив начинали закоксовываться уже через 15-20 часов работы. Все это приводило к снижению надежности работы, повышению вероятности возникновения отказа ДВС.
Вследствие этого было признано нецелесообразным устанавливать КС в поршне типа ЦНИДИ и ее разновидности на дизель Ч8,5/11. На дизелях Ч9,5/11 в настоящее время устанавливаются тороидально-конические КС в поршне. Следует отметить, что и для дизеля Ч9,5/11 с тороидально-конической КС в поршне не решены полностью проблемы, связанные с повышенными термическими нагрузками на детали, в связи с чем предпринимались попытки применить цилиндрические КС в поршне этого дизеля, позволяющие значительно снизить термические нагрузки на детали ДВС.
Серьезным недостатком цилиндрической КС в поршне по сравнению с КС типа ЦНИДИ и ее разновидностей является то, что она не создает достаточного тороидального завихрения воздушного заряда в КС и не обеспечивает эффективного смесеобразования. Для улучшения смесеобразования в малоразмерных дизелях с цилиндрической КС в поршне могут использоваться профилированные впускные системы с осевым закручиванием воздушного заряда при впуске (осевое закручивание заряда воздуха - закручивание воздуха с центром в оси цилиндра или КС.) Однако такие системы смесеобразования имеют и существенные недостатки. Закручивание воздушного заряда в них осуществляется только при впуске. При движении поршня к нижней мертвой точке (н. м. т.), а затем к верхней мертвой точке (в. м. т.) направление и скорость движения воздушного заряда претерпевают значительные изменения, и к моменту впрыска топлива завихрение воздушного заряда оказывается недостаточным, чтобы обеспечить эффективное смесеобразование.
Для обеспечения достаточного завихрения воздушного заряда и высокоэффективного смесеобразования в малоразмерных дизелях с цилиндрической КС (Ч8,5/11 и Ч9,5/11) нами предлагается использовать поршень с профилированным днищем (рис. 1, 2).
Рис. 1. Поршень с цилиндрической КС и профилированным днищем
Рис. 2. Общий вид поршня с профилированным днищем
Схема воздушного потока и завихрения в надпоршневом пространстве при движении поршня с цилиндрической КС к в. м. т. изображена на рис. 3.
а
б
Рис. 3. Схема образования завихрения в КС при движении к в. м. т. поршня: а - с цилиндрической КС; б - с профилированным днищем
При движении поршня к в. м. т. воздушный заряд сжимается и перемещается из объема цилиндра Удп над днищем поршня в объем Укс, расположенный над КС. Рост давления в объеме Удп происходит с некоторым опережением по отношению к давлению внутри КС [1]. Это приводит к перетеканию заряда из объема, расположенного над профилированной частью поршня, ограниченного плоскостью днища поршня, в КС через суживающуюся горловину.
Профилирование днища выполняется как наклонная плоскость, сужающаяся у КС. Воздушный заряд, расположенный над профилированным участком, по наклонной плоскости (см. рис. 1, вид А-А), через узкую горловину канала (см. рис. 1, вид Б) перетекает в КС. Количество перетекающего в единицу времени воздушного заряда через узкую горловину канала можно определить по параметром идеального потока:
в = РцЧ/к ,
где р ц - плотность заряда в цилиндре; ю к - скорость истечения заряда через канал; /к - площадь сечения горловины канала.
Расход воздуха за бесконечно малый интервал времени составит:
ёв = (рцЮкЛ) &.
Воздушный поток направляется в КС через узкие горловины каналов из шести профилей с таким расчетом, чтобы они создавали завихрение потока воздуха вокруг оси КС с диаметром вихря 0,5...0,75 ё. Согласно [2], высокоэффективное смесеобразование можно обеспечить при вихревом отношении частоты вращения заряда к частоте вращения коленчатого вала О равном 2,5...4,5. В ДВС с предлагаемыми поршнями вихревое отношение можно регулировать размерами площадей профилирования днища поршня, угла наклона профиля и размерами площадей сечения горловин каналов.
Скорость истечения заряда через горловину в КС можно определить из выражения
в
юк =—V.
РцЛ
Для получения оптимального вихревого соотношения необходимо обеспечить скорость истечения воздушного заряда через горловину канала в КС в пределах 15.25 м/с. Указанная
скорость истечения заряда в КС достигается созданием шести профилированных участков на днище поршня с общей площадью 2 400 мм2 и площадью сечения каждой из горловин каналов равной 15 мм2 .
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Девянин С. Н., Марков В. А., Микитенко А. В. Математическая модель движения воздушного заряда в камере сгорания дизеля // Тр. МВТУ им. Н. Э. Баумана. - 2004. - С. 315-321.
2. Бордуков В. В. Исследование влияния закрутки заряда на показатели рабочего процесса высокообо-
ротного дизеля // Тр. ЦНИДИ. - 1980. - С. 31-42.
Статья поступила в редакцию 6.10.2008
PERFECTION OF OPERATIONAL QUALITIES OF LOW-SIZED DIESEL ENGINES DUE TO THE IMPROVEMENT OF CARBURETION PROCESS
M. A. Masuev, A. S. Dadilov
An essentially new engineering decision on the improvement of carburetion process in low-sized diesel engines (^8,5/11, XI9,5/11) with a cylindrical combustion chamber is offered in the paper. The improvement of carburetion is provided by profiling of the bottom of the piston and creation of a direct axial stream of an air charge into the combustion chamber while piston’s going up to the top dead point.
Key words: cylindrical combustion chamber; profiling of the bottom of the piston; axial turbulence of an air charge; improvement of carburetion process.
