ВЛИЯНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА НАПОЛНЕНИЯ НА РАСХОД ТОПЛИВА ДВС В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ТЕМПЕРАТУРЫ И ДАВЛЕНИЯ ВОЗДУХА НА ВХОДЕ В ДИЗЕЛЬНЫХ ДВИГАТЕЛЯХ Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

УДК 656.135/656.137

ВЛИЯНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА НАПОЛНЕНИЯ НА РАСХОД ТОПЛИВА ДВС В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ТЕМПЕРАТУРЫ И ДАВЛЕНИЯ ВОЗДУХА НА ВХОДЕ В ДИЗЕЛЬНЫХ ДВИГАТЕЛЯХ

КАРНАУХОВА Инна Владимировна, аспирант каф. эксплуатации автомобильного транспорта, ikarka13@yandex.ru

КАРНАУХОВ Владимир Николаевич, д-р техн. наук, профессор каф. эксплуатации автомобильного транспорта, Karnauhov1948@yandex.ru

ЗАХАРОВ Дмитрий Александрович, канд. техн. наук, доцент, заведующий каф. эксплуатации автомобильного транспорта, zaharovd@tsogu.ru

КАРНАУХОВ Олег Владимирович, канд. соц. наук, доцент каф. бизнес-информатики и математики, ovkx@yandex.ru

Тюменский государственный нефтегазовый университет

По статистическим данным стоимость ГСМ по отдельным сельскохозяйственным культурам составляет от 13 до 25% их себестоимости. Это доказывает исключительную важность совершенствования системы механизации в направлении снижения энергоемкости выполняемых механизированных работ. Сегодня особое внимание уделяется проблемам снижения потребления топлива и существенному сокращению выбросов углеводородов при сохранении высокой удельной мощности ДВС. Данная работа посвящена увеличению эффективности работы дизельных ДВС. Определяющее влияние на эффективные, удельные и экономические показатели работы ДВС оказывает количество воздуха, проходящее через камеру сгорания. Основными элементами топливовоздушной смеси являются воздушный заряд и топливо. Состояние воздушного заряда характеризуется рядом параметров: на впуске - давлением, температурой, влажностью, в цилиндре - дополнительно интенсивностью и направлением движения. К управляющим параметрам процесса сгорания топлива можно отнести, например: давление и температуру воздушного заряда на впуске, вихревое отношение, коэффициент избытка воздуха, давление, скорость и продолжительность впрыскивания топлива, конструктивные соотношения и элементы камеры сгорания, число отверстий распылителя и т.п. Возможности изменения этих параметров ограничены и определяются конструктивными особенностями дизеля. В дизелях без наддува такие параметры воздушного заряда как давление, температура и влажность определяются условиями окружающей среды. Влияние давления и температуры воздушного заряда на показатели рабочего цикла широко известны, однако возможность управления интенсивностью выгорания топлива в отдельных периодах процесса сгорания изменением указанных параметров требует дополнительного анализа. Количество воздуха, проходящего через камеру сгорания ДВС, оценивается коэффициентом наполнения. В статье рассмотрен вопрос влияния изменения давления и температуры воздуха на значение коэффициента наполнения и определен эффективный удельный расход топлива при изменении данных параметров.

Ключевые слова: коэффициент наполнения, расход топлива, температура, давление окружающего воздуха.

Введение зультате многочисленных экспериментов, прове-

Основным показателем, характеризующим денных на кафедре эксплуатации автомобильного процесс впуска, является коэффициент наполне- транспорта Тюменского государственного нефте-ния, увеличение которого приводит к повышению газового университета (ТюмЖГУ) установлено, эффективности работы двигателя. Величина ко- что разница в величине коэффициента наполне-эффициента наполнения в основном определяет- ния для ДВС с внутренним и внешним смесеобра-ся давлениями на впуске и выпуске, подогревом зованием незначительна (колеблется в интервале свежего заряда, скоростным и нагрузочным режи- пу ± 0,5-0,8 %) поэтому для всех типов двигателей мами работы двигателя, применением наддува и коэффициент наполнения определяется по возду-другими факторами. ху.

Коэффициент наполнения пу - это отношение На коэффициент наполнения влияет давление массы воздуха, фактически поступившего в дви- впуска Ра (кг/см2), температура Та (К) и темпера-гатель, к массе воздуха теоретической, которая тура подогрева воздуха во впускном коллекторе могла бы заполнить рабочий объем двигателя Vh ДТ [2].

при условии, что температура и давление в нем Тф = Та + ДТ (2)

равняются температуре и давлению окружающей

среды [1]. где Тф - температура фактическая в цилиндрах

двигателя.

_ Ф /-|\ Но наряду с вышеперечисленными факторами

"у ~ необходимо учитывать и режим работы двигателя.

ш Экспериментальные исследования показали, что

где тф, тт - фактическая и теоретическая мае- степень сжатия е практически не влияет на коэф-са воздуха соответственно (кг). фициент наполнения. С увеличением скорости

Коэффициент наполнения служит оценкой со- движения воздуха во впускном коллекторе коэф-вершенства процесса впуска двигателей. В ре- фициент наполнения уменьшается. У дизельных

© Карнаухова И. В., Карнаухов В. Н, Захаров Д. А., Карнаухов О. В., 2016г .

двигателей пу выше, чем у бензиновых с внешним смесеобразованием из-за наличия топлива в воздушной смеси. Бензиновые ДВС с непосредственным впрыском топлива имеют одинаковое пу при прочих равных условиях (Ра, Т , е и т.д.). По экспериментальным данным ТюмгНгУ пу У дизельных ДВС колеблется в интервале пу = 0,6У + 1.

Подогрев воздуха во впускном коллекторе двигателей уменьшает разность температур между стенками впускного коллектора, цилиндрами ДВС и поступающим воздухом, и в результате интенсивность теплообмена и величина ДТ уменьшается, а коэффициент наполнения пу увеличивается.

Методика исследования Методика испытаний разработана в соответствии с требованиями ГОСТ 14846-81 «Двигатели автомобильные. Методы стендовых испытаний». Испытания двигателя на топливную экономичность проводятся на тормозном стенде МПБ-32,7/28 с весовым устройством ВКМ-57. Для получения низких температур охлаждающей жидкости топлива радиатор и топливный бак расположены вне помещения. С целью получения низких температур воздуха на входе в двигатель использован способ подачи в соответствии с патентом РФ №2162594 «Устройство для климатических испытаний двигателя внутреннего сгорания», автор В.Н. Карнаухов.

Лабораторные исследования проводились в соответствии с п.1.1 ГОСТ-20306-90 «Автотранспортные средства. Топливная экономичность».

Результаты

В результате экспериментов установлено, что увеличение температуры воздуха во впускном коллекторе Тр > 67 оС приводит к уменьшению массового заряда в связи с резким изменением плотности заряда после этой температуры, потому что к воздуху подводится больше теплоты, чем можно использовать для испарения топлива.

С увеличение нагрузки пу уменьшается из-за подогрева заряда в камере сгорания у автомобиля КАМАЗ-5410 с двигателем КАМАЗ-740 на 3,7 %. С увеличением числа оборотов сопротивление во впускном коллекторе возрастает; в результате впускное давление Рф снижается и, как следствие, уменьшается коэффициент наполнения пу [4].

Коэффициент наполнения оценивает качество газообмена в ДВС. Масса действительного заряда обычно меньше теоретической и коэффициент наполнения пу меньше единицы. Коэффициент наполнения может быть и больше единицы при условии воздействия волновых явлений во впускном трубопроводе; в этом случае давление в цилиндре в конце наполнения превышает среднее давление во впуском трубопроводе.

Размеры впускного трубопровода и оптимальные значения вышеизложенных параметров принимают для всех ДВС в области максимального крутящего момента Мкр мах, что автоматически приводит к максимальному коэффициенту наполнения ДВС. В двигателях с впуском из атмосферы сопротивление впускной системы не зависит

от нагрузки и поэтому коэффициент наполнения Пу изменяется в связи с подогревом воздуха во впускном коллекторе.

Повышение пу за счет подогрева позволяет увеличивать количество теплоты за цикл и величину индикаторного давления р:, поэтому увеличение пу никогда не вызывает уменьшения индикаторного КПД, что позволяет совершенствовать ДВС путем уменьшения потерь на впуске в цилиндры.

Теоретическая масса воздуха, поступающего в ДВС, определяется по формуле:

(3)

где Rв - газовая постоянная; в диапазоне температур 180-317 оК она постоянна и равняется 287 Дж/кг К;

Vh - рабочий объем двигателя (л);

То - оптимальная (минимальная) температура воздуха (К);

Ро - оптимальное давление воздуха во впускном коллекторе (кг/см2).

Для фактических значений массы, температуры и давления имеем:

'Л =

Рф ' ^о

Р*

1Ф

подставляя формулы (3), (4) в (1) получаем:

™ф =■

Рф'Ун

(4)

(5)

К тф

где Рф и Тф - фактическое давление и температура воздуха во впускном коллекторе.

Расход топлива является параметром аддитивным. Поэтому зависимость расхода топлива от пу имеет симметричный и- образный вид. Следовательно, искомая модель является квадратичной:

д = д0+3(??>ф?1„)2 (6)

где д0 - оптимальный расход топлива (л/100 км); S - параметр чувствительности расхода топлива от коэффициента наполнения пу; Пуф - фактический коэффициент наполнения, г|уо - оптимальный коэффициент наполнения.

Показатели адаптивности q0, S, пуо определяются маркой и моделью автомобиля, а также результатами экспериментов и могут несколько меняться в зависимости от конкретных условий.

Подставляя формулу (5) в (6), получаем:

(7)

Заключение

В результате, проведенных на кафедре ЭАТ ТюмГНгУ экспериментов для дизельных двигателей, установлено, что оптимальное (минимальное) значение коэффициента наполнения (птт) составляет 0,943.

Результаты экспериментов, проведенных на двигателе КАМАЗ-740 автомобиля КАМАЗ 5410 отражены в таблице 1.

Таблица 1 - Результаты замера расхода топлива двигателем КАМАЗ-740 при изменении температуры и давления воздуха во впускном коллекторе

Тф, оС ф' Р ., кг/см2 аф' 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 0,95 1

-50 Дq, л/100 км 2,3 0,74 0,04 0,23 1,3 3,15 4,5 6,06

q, л/100 км 27,3 25,74 25,04 25,23 26,3 28,15 29,5 31,06

-40 Дq, л/100 км 2,66 1 0,07 0,1 0,8 2,35 3,44 4,7

q, л/100 км 27,66 26 25,07 25,1 25,8 27,35 28,44 29,7

0 Дq, л/100 км 4 2,13 0,85 0,15 0,28 0,45 0,95 1,55

q, л/100 км 29,2 27,13 25,85 25,15 25,028 25,45 25,95 26,55

+20 Дq, л/100 км 4,63 2,71 1,32 0,41 0,061 0,13 0,4 0,75

q, л/100 км 29,63 27,71 26,32 25,41 25,061 25,13 25,4 25,75

+40 Дq, л/100 км 5,23 3,27 1,8 0,75 0,16 0,007 0,1 0,3

q, л/100 км 30,23 28,27 26,8 25,7 25,16 25,007 25,1 25,3

+60 Дq, л/100 км 5,7 3,79 2,26 1,123 0,4 0,03 0 0,1

q, л/100 км 30,7 28,79 27,26 26,123 25,4 25,03 25 25,1

+80 Дq, л/100 км 6,22 4,3 2,78 1,54 0,7 0,16 0,05 0

q, л/100 км 31,22 29,3 27,78 26,54 25,7 25,16 25,05 25

+ 100 Дq, л/100 км 6,61 4,78 3,2 1,97 1,02 0,36 0,16 0,05

q, л/100 км 31,61 29,78 28,2 26,97 26,02 25,36 25,16 25,05

Таблица 2 - Поправочный коэффициент нормирования расхода топлива двигателем КАМАЗ-740 от температуры и давления воздуха во впускном коллекторе

Тф, оС/ Раф, кг/см2 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 0,95 1

-50 1,1 1,03 1,002 1,001 1,05 1,15 1,18 1,24

-40 1,1 1,04 1,023 1,003 1,032 1,1 1,15 1,2

-20 1,13 1,06 1,02 1 1,01 1,05 1,08 1,12

0 1,16 1,085 1,035 1,006 1,001 1,02 1,045 1,065

+20 1,185 1,11 1,053 1,017 1,002 1,005 1,02 1,03

+40 1,21 1,13 1,075 1,03 1,006 1 1,004 1,01

+60 1,23 1,15 1,09 1,045 1,016 1,001 1 1,004

+80 1,25 1,172 1,11 1,062 1,028 1,006 1,002 1

+100 1,265 1,19 1,128 1,08 1,04 1,015 1,008 1,006

Установлено, что на всех режимах работы дизельного двигателя наибольшая экономия топлива в размере 9,8% наблюдается при давлении во впускном коллекторе Ра = 0,8 кг/см2 (рис. 1). Максимальный расход топлива достигается в интервале температур от 0 до -50 оС и интервалах давлений во впускном коллекторе Ра = 0,4 - 0,6 кг/ см2 и Ра = 0,9 -1 кг/см2.

При нагреве воздуха электронагревателем и поддержании температуры во впускном коллекторе в интервале от + 21 до +67 оС достигается минимальный расход топлива на всех режимах работы ДВС. В таблице 2 рассчитан поправочный коэффициент при применении которого в зависимости

от давления и температуры воздуха во впускном коллекторе значительно упрощается механизм корректирования норм расхода топлива, повышается эффективность его расхода при различных условиях эксплуатации за счет уменьшения погрешности расчета. Поправочный коэффициент минимален при температуре воздуха во впускном коллекторе от + 21 оС до +67 оС и давлении от 0,6 до 0,85 кг/см2 (рис. 2). Применение корректировочных коэффициентов и поддержание температуры и давления в вышеизложенных интервалах позволяет экономить топливо в дизельных двигателях от 27 до 32%.

Рис. 1 - Зависимость расхода топлива двигателя КАМАЗ-740 от температуры и давления воздуха

во впускном коллекторе

Рис. 2 - Зависимость значения поправочного коэффициента нормирования расхода топлива двигателем КАМАЗ-740 от температуры и давления воздуха во впускном коллекторе

Список литературы

1.Автомобильные двигатели [Текст] / В.М. Архангельский [и др.]; отв. ред. М.С. Ховах. - М. : Машиностроение, 1977. - 591 с.

2.Двигатели внутреннего сгорания. Теория поршневых двигателей. Д.Н. Вырубов [и др.]. - М. : Машиностроение, 1983. - 387 с.

3.Карнаухова, И. В. Система корректирования зимних норм расхода топлива [Электронный ресурс] //Современные проблемы науки и образования. - 2014. - № 5. - Режим доступа : URL:http:// www.science-education.ru/ru/article/уiew?id=14579 . - 21.01.16.

4.Лазарев, Е. А. Основные принципы, методы и эффективность средств совершенствования процесса сгорания топлива для повышения технического уровня тракторных дизелей [Текст] : моногр. / Е. А. Лазарев. - Челябинск : ЮУрГУ, 2010. - 289 с.

5.Ленин, И. М. Теория автомобильных тракторных двигателей [Текст] / И. М. Ленин. - М. : Высшая школа, 1976. - 364 с.

6.Шароглазов, Б. А. Двигатели внутреннего сгорания: теория, моделирование и расчет процессов [Текст] : учеб. / Б. А. Шароглазов, М. Ф. Фарафонтов,В. В. Клементьев. - Челябинск : ЮУрГУ, 2004. - 344 с.

THE FILLING RATIO INFLUENCE ON THE FUEL CONSUMPTION OF THE INTERNAL COMBUSTION ENGINE THAT DEPENDING FROM THE TEMPERATURE AND PRESSURE OF INTAKE AIR IN DIESEL

ENGINES

Karnaukhova Inna V., aspirant, Department of Transport operation, ikarka13@yandex.ru

Karnaukhov Vladimir N., doctor of technical sciences, professor, Department of Transport operation, Karnauhov1948@yandex.ru

Zakharov Dmitriy A., candidate of technical sciences, associate professor, head of Department of Transport operation, zaharovd@tsogu.ru

Karnaukhov Oleg V., candidate of sociology, associate professor, Department of Business-informatics and math, ovkx@yandex.ru Tyumen State Oil and Gas University

In official statistics price of oil and gas in agricultural production constitute from 13 to 25 %. This proves that improving of system of mechanization in reducing the energy intensity is very important. Today, special attention is paid to problems of reducing fuel consumption and the emission of hydrocarbons while maintaining a good power engine. This work is about increasing the efficiency of the diesel engine. Defining influence on effective and economic value of internal combustion engines provides the amount of air passing through the combustion chamber. The main elements of fuel-air mixture are the air and fuel charge. The air charge condition characterized by a number of parameters: inlet - pressure, temperature, humidity, in the cylinder - further intensity and direction of movement. Control parameters of the combustion process may include, for example: pressure and temperature of the air charge in the inlet, vortex ratio, excess air ratio, pressure, speed and duration of the fuel injection, construction relations and the elements of the combustion chamber, the number of spray holes, etc. These parameters are limited and determined by the design characteristics of the diesel engine. In diesel engines without supercharging, parameters of the air charge such as pressure, temperature and humidity are determined by environmental conditions. Effect of pressure and temperature of the air charge on the performance of the work cycle is widely known, but the possibility of controlling the intensity of the combustion of fuel in separate periods of the combustion process by changing these parameters requires additional analysis. The amount of air passing through the combustion chamber, in the internal combustion engine, is estimated by the coefficient of filling. In this article reviewed the question of the influence of pressure and temperature on the value of the filling ratio and determent the effective fuel consumption while changing discussed settings.

Key words: filling ratio, fuel consumption, temperature, pressure of the air.

Literatura

1. Avtomobilnyie dvigateli. V.M. Arkhangelskiy [i dr.]; otv. red. M.S. Hovah. - M.: Mashinostroenie, 1977. -591 s.

2. Dvigateli vnutrennego sgoraniya. Teoriya porshnevyih dvigateley. D.N. Vyirubov [i dr.]. - M.: Mashinostroenie, 1983. - 387 s.

3. Karnauhova I.V. Sistema korrektirovaniya zimnih norm rashoda topliva//Sovremennyie problemyi nauki i obrazovaniya. - 2014. - №5. [Elektronnyiy zhurnal] URL:http://www.science-education.ru/ru/article/ view?id=14579 (data obrascheniya 21.01.2016)

4. Lazarev, E.A. Osnovnyie printsipyi, metodyi i effektivnost sredstv sovershenstvovaniya protsessa sgoraniya topliva dlya povyisheniya tehnicheskogo urovnya traktornyih dizeley: monografiya /E.A. Lazarev.-Chelyabinsk: Izdatelskiy tsentr YuUrGU, 2010. - 289 s.

5. Lenin I.M. Teoriya avtomobilnyih traktornyih dvigateley. - M.: Vyisshaya shkola, 1976. - 364 s.

6. Sharoglazov B.A., Farafontov M.F., Klementev V.V. Dvigateli vnutrennego sgoraniya: teoriya, modelirovanie i raschet protsessov: Uchebnik po kursu «Teoriya rabochih protsessov i modelirovanie protsessov v dvigatelyah vnutrennego sgoraniya». - Chelyabinsk: Izdatelstvo YuUrGU, 2004. - 344 s.

УДК 631.243

ЛАБОРАТОРНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССА ХРАНЕНИЯ КАРТОФЕЛЯ В ХОЗЯЙСТВЕ ООО «ПОДСОСЕНКИ» ШАЦКОГО РАЙОНА РЯЗАНСКОЙ ОБЛАСТИ

КОЛОШЕИН Дмитрий Владимирович, аспирант кафедры строительства инженерных сооружений и механики, Рязанский государственный агротехнологический университет имени П.А. Ко-стычева, dkoloshein@mail.ru

Представлены основные недостатки хранения картофеля навальным способом, к которым относят: сложность размещения клубней по сортам (например, с помощью передвижных стенок); невозможность поддержания различных температурно-влажностных режимов хранения в случае размещения картофеля различного назначения; сложность предупреждения прорастания клубней семенного картофеля в процессе посадки, особенно в заключительной её части; расположение напольных воздуховодов приводит к тому, что повышается трудоемкость закладки/выгрузки продукции в хранилище. Целью планируемых исследований явилось повышение сохранности картофеля в длительный период хранения при хранении навалом, применительно для климатических условий Рязанской области. Задачи исследований: разработка усовершенствованной энергосберегающей технологии хранения картофеля, для решения которой была разработана программа, включающая два этапа. Первый этап предполагает проведение полнофакторного эксперимента по хранению продукции с применением воздуховода в виде фронтальной трехгранной призмы с сечением равностороннего треугольника с последующим анализом полученных данных. Второй этап предусматривает сравнение конструкции существующего воздуховода в виде выгнутого полукруга и разработанного в виде фронтальной трехгранной призмы. Экспериментальные исследования усовершенствованной технологии хранения картофеля, указанные в программе, проводились на базе картофелехранилища в хозяйстве ООО «Подсосенки». Исследования проводились при загрузке секции А картофелехранилища, имеющей размер 4*18 м и высоту насыпи 3,5 м., при этом использовался сорт картофеля Удача. Во время эксперимента были учтены физико-механические и биологические свойства сорта картофеля, в результате чего были сделаны определенные выводы по корректировке работы системы вентиляции помещения хранилища.

Ключевые слова: картофель, картофелехранилище, система вентиляции, лежкость, фронтальная трехгранная призма, технология хранения картофеля, воздуховод.

Введение

В настоящее время в связи с введенными санкциями против РФ резко встал вопрос об импор-тазамещении картофеля. Однако следует учитывать, что импортозамещение зависит не только от передовых технологий выращивания, но и от мощностей по хранению продукции. В рамках развития картофелеводства в РФ планируется строительство современных ангаров и реконструкция существующих хранилищ, что сразу же отразится на увеличении посевных площадей картофеля. Реконструкция картофелехранилищ предусматривает утепление здания, установку климат-контроля и полную замену системы вентиляции, с расчетом на климатические особенности района. Все эти нововведения позволят повысить лежкость картофеля в период длительного хранения, что в условиях экономических санкций позволит избавиться от импорта картофеля. Исходя из этого, нами предложена конструкция хранилища сельскохозяйственной продукции, удовлетворяющая современным требованиям.

Обоснование применения разработанной тех-

нологии хранения

Для обеспечения циркуляции и повторного использования воздушной смеси в хранилище установлены два магистральных канала. Конструкция силовой установки кондиционирования воздуха позволяет с помощью вентиляторов и тэнов направлять воздушную смесь в магистральный канал, выполненный с окнами, в которых установлены воздуховоды. Из магистральных каналов воздушная смесь подается в воздуховоды, выполненные в виде фронтальной трехгранной призмы из деревянных брусьев. Далее сквозь зазоры между брусьями воздуховода воздушная смесь проходит через насыпь картофеля, воздушная смесь при этом циркулирует между клубнями. Возможна также регулировка температуры и влажности клубней, что приводит к хорошим условиям хранения картофеля. В магистральных каналах установлены заслонки с возможностью изменения их в вертикальном положении. Деревянные брусья закреплены с зазором, при котором мелкий картофель согласно таблице 1 [1] не попадает в воздуховод.

© Колошеин Д. В., 2016 г .