Влияние температуры наддувочного воздуха на рабочий процес дизельного двигателя Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

аспирант,

Омский танковый инженерный институт имени Маршала Советского Союза П.К. Кошевого, филиал Военного учебнонаучного центра Сухопутных войск «Общевойсковая академия ВС РФ», г. Омск Shabalin D.V.

ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ НАДДУВОЧНОГО ВОЗДУХА НА РАБОЧИЙ ПРОЦЕС ДИЗЕЛЬНОГО ДВИГАТЕЛЯ

Аннотация. Автор статьи рассматривает задачу увеличения мощности поршневых двигателей внутреннего сгорания без повышения их удельных показателей.

EFFECT OF TEMPERATURE CHARGE AIR BY OPERATION-DIESEL

SUMMARY. The author considers the problem of increasing the capacity of reciprocating internal combustion engines without increasing their specific parameters.

Ключевые слова: поршневой двигатель, наддув, дизель, воздух, топливо.

Keywords: piston engine, supercharged, diesel, air, fuel.

Увеличение мощности поршневых двигателей внутреннего сгорания без изменения их размеров (т. е. повышение удельных показателей) связано с необходимостью решения задачи сжигания в цилиндрах больших порций топлива за один рабочий цикл. Решение этой задачи требует наличия в цилиндрах дизеля большего количества воздуха. Увеличение количества воздуха при неизменном рабочем объеме двигателя может быть обеспечено только за счет повышения его плотности в результате предварительного сжатия. Этот способ, известный под названием наддува, успешно применяется в современном дви гателестроени и.

Заметим, что сжатие атмосферного воздуха в компрессоре сопровождается не только повышением давления, но и ростом температуры наддувочного воздуха. Последнее существенно отражается на характере рабочего процесса в цилиндрах дизеля и на его надежности.

Анализ работ по исследованию влияния температуры наддувочного воздуха на параметры дизелей с газотурбинным наддувом свидетельствует о том, что повышение этой температуры на каждые 100 С уменьшают массу воздушного заряда на 3,0-3,5 % и рост удельного эффективного расхода топлива на 0,8-1,2 %. На рисунке 1 представлена зависимость параметров рабочего процесса дизеля 1 ЧВН 12/12,5 от температуры наддувочного воздуха при неизменном давлении наддува ^ [1].

Из рисунка 1 отчетливо видно, что снижение 1к приводит к такому увеличению плотности воздуха, поступающего в цилиндр, что коэффициент избытка воздуха повышается с 1,64 до 2,03 (т. е. 23,8 %). Результатом этого является более полное и быстрое сгорание (коэффициент полезного тепловыделения увеличился на 4,1 %; скорость тепловыделения в начальный период сгорания

/шах возросла тоже почти на 4 %; продолжительность сгорания по углу поворота коленчатого вала (97) уменьшилась на 22,5 %), что привело к существенному снижению расхода топлива (на 13, 9 % - часового, на 10,3 % - удельного эффективного и на 12,6 % - удельного индикаторного).

Tmax,

К

1900

1700

р

rmax]

МПа 1 I

10

GT,

кг

ч

7

6

8-,

г

кВт ч 230

220

210

■

1 max

р 1 max

tr

\

^GT

сх v /

И

Vgc

Wn

град ПКВ 0,9 ф»

0,7

0,5

tr?C

600

500

сх

2,0

1,8

1,6

1,4

20

10

рад ПКЕ 140

120

100

gi,

г

кВт ч 190

180

170

хн /

ч. /

Ф„ \

\

г ^ .A2L.!

А Ср та X

\

_ \

gi \

\J

1 т

/ Л і

Х„

0,4

0,2 A2L і Дф тах-_, град ПКВ 0,07

0,05

4

0,9

0,8

П і 0,5 0,4 0,3

40

60

80

tK;c

40

60

80

tK,C

Рисунок 1. Влияние температуры наддувочного воздуха на параметры рабочего процесса дизеля 1 ЧВН 12/12,5 (рк=0,18 МПа=ісІет)

На графике хорошо видно уменьшение максимальной температуры рабочего тела Tmax (практически на 10 %), что, естественно, ведет к соответствующему снижению температуры отработавших газов.

При охлаждении наддувочного воздуха, вследствие перераспределения теплового баланса, удается существенно снизить затраты мощности на привод вентилятора [2].

Однако увеличение плотности воздушного заряда приводит не только к благоприятным изменениям в протекании рабочего процесса и тепловом балансе двигателя. Отмечаемое при этом на индикаторных диаграммах [3] увеличение периода задержки воспламенения приводит к увеличению количества топлива, выгорающего в начальный период сгорания (период «взрывного» сгорания) Хн практически в два раза. В результате, на 42,8 % возрастают максимальная скорость нарастания давления Wр max, максимальное давле-

ние рабочего тела ртах (на 8,4 %), что существенно увеличивает ударные механические нагрузки на детали кривошипно-шатунного механизма.

Не менее заметно, чем на параметры рабочего процесса, температура наддувочного воздуха влияет на температуру основных деталей (рисунок. 2) дизеля 1 ЧВН 12/12,5 [1].

и,°с 160

140

и,°С *пк,°С

240 220 200 180

40 50 60 70 80 90 и, °С

Рисунок 2. Влияние температуры наддувочного воздуха на температуру основных деталей дизеля (рк=0,18 МПа=ісІет)

Как видно из рисунка, рост температуры наддувочного воздуха весьма существенно отражается на тепловом состоянии деталей двигателя. При этом наиболее заметно увеличивается температура межклапанной перемычки и Изменение температуры наддувочного воздуха от 60 до 1000 С вызвало ее повышение на 29,9 %. Несколько меньше (на 22,0 %) увеличилась средняя температура цилиндра 1ц (в 27 мм от газового стыка), на 17,6 % повысилась температура в зоне верхнего поршневого кольца (1пк), и на 9,6 % - средняя температура поршня (1п).

Кроме значений температуры основных деталей дизеля при различных температурах наддувочного воздуха, на рисунке 2 приведено изменение критерий тепловой нагруженности Кт [3]:

где Ст - средняя скорость поршня, м/с; йц - диаметр цилиндра, м; 1> -коэффициент наполнения; ре - среднее эффективное давление, МПа; То -температура окружающей среды, К.

Как видно, Кт существенно (на 24,7 %) повышается при росте температуры наддувочного воздуха в пределах от 40 до 1000 С.

ЛИТЕРАТУРА

1. Нефедов, В.И. Улучшение параметров форсированных дизелей воздушного охлаждения изменением глубины охлаждения наддувочного воздуха [Текст] : Диссертация канд. техн. наук / В.И. Нефедов. - Челябинск, 1998. - 168 с.

2.Чернышев, Г.Д. Развитие методологии конструирования автомобильных дизелей [Текст] : Автореферат диссертации д-ра техн. наук / Г.Д. Чернышев. - М., 1976. - 71 с.

3. Кудряш, А.П. Надежность и рабочий процесс транспортного дизеля [Текст] / А.П. Кудряш. - Киев : Наукова думка, 1981. - 135 с.

4. Особенности теплового баланса тракторного дизеля воздушного охлаждения [Текст] / А.П. Кожевников [и др.] // Тр. ЧИМЭСХ. - Челябинск, 1975. - Вып. 88. -С. 47-49.

5. Патрахальцев, Н.Н. Форсирование двигателей внутреннего сгорания наддувом [Текст] / Н.Н. Патрахальцев. - М. : Легион, 2004. - 197. с.