WWW.DISS.SELUK.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА
(Авторефераты, диссертации, методички, учебные программы, монографии)

 

РОССИЙСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ДРУЖБЫ НАРОДОВ

ИНЖЕНЕРНЫЙ ФАКУЛЬТЕТ

УДК 621.436.038.001

На правах рукописи

МЕЛЬНИК ИВАН СЕРГЕЕВИЧ

РЕГУЛИРОВАНИЕ ТРАНСПОРТНЫХ ДИЗЕЛЕЙ

ИЗМЕНЕНИЕМ ИХ РАБОЧИХ ОБЪЁМОВ

Автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

по специальности 05.04.02 – тепловые двигатели Москва, 2013 1

Работа выполнена на кафедре теплотехники и тепловых двигателей Российского университета дружбы народов.

Научный руководитель: Заслуженный работник высшей школы РФ, доктор технических наук, профессор Патрахальцев Николай Николаевич

Официальные оппоненты: Доктор технических наук, профессор Марков Владимир Анатольевич, Московский государственный технический университет (МГТУ) им. Н.Э. Баумана Заслуженный деятель науки РФ доктор технических наук, профессор Ерохов Виктор Иванович Московский государственный машиностроительный университет - МАМИ

Ведущая организация: ГНЦ РФ ФГУП - НАМИ

Защита диссертации состоится “23 ” октября 2013 г. в 1500 часов на заседании диссертационного совета Д 212.203.33 ВАК РФ при Российском университете дружбы народов по адресу:

117302, г. Москва, ул. Подольское шоссе, 8/5. ауд. 431.

С диссертацией можно ознакомиться в Научной библиотеке Российского университета дружбы народов по адресу:

117198, Москва, ул. Миклухо – Маклая, д. 6.

Автореферат разослан «_22 _» сентября 2013 г.

Отзывы на автореферат просим представлять в двух экземплярах с подписью, заверенной печатью, в адрес диссертационного совета.

Телефоны для справок: 952-67-87, 952-62-47.

E-mail: nikpatrah@mail.ru Учёный секретарь диссертационного совета Д 212.203. профессор Л. В. Виноградов Список принятых сокращений и обозначений ВСХ – внешняя скоростная характеристика дизеля.

ДТ – дизельное топливо.

ЛВД – линия высокого давления.

ЛНД – линия низкого давления.

МН – малые нагрузки.

НУР – неустановившийся режим работы.

РНД – регулирование начального давления.

СОЦЦ – система отключения цилиндров или циклов.

УР – установившийся режим работы.

ХХ – холостой ход.

ЧСХ – частичная скоростная характеристика.

п.п. – переходный процесс.

Lполн, Lуд – полная и удельная работа двигателя, [Дж].

Ме, Мi, Мм, Мс – эффективный, индикаторный крутящие моменты на валу дизеля, момент механических потерь и момент сопротивления. [Нм].

Ne, Ni, Nм – мощности эффективная, индикаторная и механических потерь, [кВт].

Vh – рабочий объём цилиндра двигателя, [дм3].

ge, gi – удельный эффективный, индикаторный расходы топлива, [г/(кВт·ч)].

n – частота вращения, [1/мин].

pe, pi, pм – средние давления эффективное, индикаторное, механических потерь, [МПа].

р ост, рнач – остаточное и начальное давления топлива в линии высокого давления топлива, [МПа].

z – число работающих (активных) цилиндров.

i, e, м – индикаторный, эффективный и механический КПД.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальными проблемами современного дизелестроения являются дальнейшее повышение мощностных, экономических и экологических качеств. Это относится как к автотракторным двигателям, так и двигателям других транспортных средств, например, тепловозным, судовым. Повышение экономичности – это, как правило, и снижение выбросов парникового газа (СО2).

Доля транспортных средств с дизелями непрерывно растёт, что объясняется их высокой экономичностью и низкой токсичностью выбросов. Однако, в условиях эксплуатации реальные загрузки современных автомобильных и других транспортных двигателей чрезвычайно низки. Доля режимов малых нагрузок (МН) и холостых ходов (ХХ) достигает 50 %, а на железнодорожном транспорте 70 % и более. Для этих режимов типичны высокие удельные расходы топлива и пониженные экологические качества. Поэтому актуальными проблемами являются дальнейшее совершенствование эксплуатационных, в том числе экономических, показателей режимов малых нагрузок. Один из путей частичного решения проблем – применение двигателей с регулируемым рабочим объмом. Метод повышения экономичности режимов МН отключением части цилиндров уже давно считался многообещающим решением для повышения экономичности двигателей и снижения эмиссии токсичных компонентов ОГ. Метод отключения цилиндров иначе стали называть методом изменения рабочего объёма двигателя.

Изменение рабочего объёма двигателя во время его работы может достигаться либо изменением хода поршней, либо, чаще всего, отключением части цилиндров. Это выполняется либо отключением подач топлива в часть цилиндров, либо в сочетании с изменением фаз газообмена, с остановкой части поршней, с остановкой части коленчатого вала с поршнями отключаемых цилиндров. Наиболее реально, в том числе для модернизации существующих дизелей, применим метод отключения части цилиндров прекращением подач топлива в них. Метод широко применяется на бензиновых двигателях, но пока не нашёл широкого применения на дизелях, особенно оснащённых традиционной топливной аппаратурой разделённого типа.

Постановка цели и задач исследования.

Целью исследования является уточнение возможностей повышения эффективности использования метода регулирования дизеля изменением его рабочего объёма.

Для достижения указанной цели в работе решаются следующие задачи.

1. Выбор системы отключения цилиндров или циклов.

2. Уточнение методики определения возможностей повышения экономичности дизеля методом отключения – включения циклов или цилиндров.

3. Оценка целесообразности применения метода для разных условий эксплуатации двигателей.

4. Оценка применимости метода для двухтактных двигателей Научная новизна работы заключается в следующем.

Выбрана модернизация топливной аппаратуры для реализации метода регулирования дизеля изменением рабочего объёма.

Исследованы возможности экономии топлива дизелями 6 Ч 11/12,5 (Ди 8 ЧН 13/14 (ЯМЗ-238) при реализации 13 – ступенчатого и типичного тракторного испытательного циклов применением методов отключения числа цилиндров, регулируемого в зависимости от величины малой нагрузки.

Показано, что эксплуатационная эффективность метода отключения цилиндров или циклов существенно зависит как от характера протекания скоростных характеристик удельного расхода топлива, так и от доли режимов малых нагрузок в условиях эксплуатации.

Подтверждена эффективность метода регулирования дизеля изменением рабочего объёма при поддержании исходного режима малой нагрузки разгонами – выбегами при полных подачах топлива в активные цилиндры.

С использованием усовершенствованной методики исследована и показана возможность регулирования двухтактного дизеля 12 ДН 23/30 (Д-40) методом изменения рабочего объёма.

Практическая значимость результатов исследования заключается в подтверждении применимости модернизированной топливной аппаратуры разделённого типа для регулирования дизеля в функции от величины малой нагрузки изменением числа работающих цилиндров или циклов. Математические модели позволяют ускорить анализ возможностей получения положительных эффектов от применения метода. Применение предложенного метода и реализующей его системы могут позволить снизить расходы топлива при работе дизелей типа 8 ЧН 13/14, 6 Ч 11/12,5 и 12 ДН 23/30 на режимах малых нагрузок в широком диапазоне скоростных режимов.

Методы исследования. В работе применены экспериментальные и расчётно – экспериментальные методы исследования, в том числе математическое моделирование ряда эксплуатационных режимов работы дизеля.

Достоверность результатов экспериментальных исследований и результатов математического моделирования определяется достаточной точностью применявшегося оборудования и стендов, сходимостью с результатами опубликованных экспериментальных исследований.

Реализация результатов работы. Материалы исследования применяются при выполнении госбюджетной научно – исследовательской работы кафедры, в учебном процессе и при подготовке магистерских и кандидатских диссертаций.

Апробация работы. Результаты работы доложены на научно – технических конференциях инженерного факультета РУДН в 2010 и 2011 г.г., на Всероссийском семинаре в МГТУ им. Н.Э. Баумана (2010 г.), на юбилейной конференции в МАДИ – ГТУ в 2011 г. и конференции инженерного факультета РУДН в 2012 г.

Публикации. По результатам исследований, вошедших в диссертацию, опубликованы 11 работ, из которых 8 - в изданиях по списку ВАК РФ.

Структура и объём работы. Диссертация содержит 122 страницы, в том числе 57 рисунков и 5 таблиц и состоит из введения, четырёх глав, выводов и списка использованной литературы в количестве 103 наименований. Основное содержание диссертации изложено на 104 страницах машинописного текста.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность проблемы разработки методов и средств, обеспечивающих повышение качества работы дизеля на режимах малых нагрузок и холостых ходов.

В первой главе проведён обзор работ, направленных на решение проблемы. Вопросам разработки и исследования методов и средств организации рабочих процессов дизелей, работающих на режимах малых нагрузок и холостых ходов, а также их регулирования методами отключения – включения цилиндров или циклов посвящены работы ряда отечественных и зарубежных учёных: Балабин В.Н., Болховитинов Г.В., Голубков Л.Н., Девянин С.Н., Драгунов Г.Д., Злотин Г.Н., Марков В.А., Ерохов В.И., Гусаков С.В., Кутенёв В.Ф., Олесов И.Ю., Островский Г.Л., Патрахальцев Н.Н., Славуцкий В.М., ТерМкртичьян Г.Г., Толшин В.И., Филиппов А.З., Шатров Е.В., Ekkert K., Gauger R. и др.

Проведённый анализ позволил сделать следующие выводы.

Метод регулирования дизеля изменением его рабочего объёма получил определённое развитие применительно прежде всего к автотракторным и тепловозным дизелям. В большинстве случаев метод реализуется путём выключения подач топлива в отключаемые цилиндры. Отключение одного и того же количества и одних и тех же цилиндров известно более широко, чем отключение отдельных циклов. Кроме достижения широко известного и доказанного эффекта от применения метода – эффекта повышения экономичности, метод изменения рабочего объёма применим для решения задач испытаний и диагностирования двигателя, защиты его от аварийных ситуаций, для повышения эффективности экстремальных пусков – разгонов, для повышения динамических качеств двигателя и т.д. Эффективность метода как правило оценивалась сравнением с аналогичными условиями работы полноразмерного дизеля, нередко без учёта возможных условий его эксплуатации. Как оценки, так и реальные эксперименты проводились в условиях, когда повышение мощности активных цилиндров достигалось простым смещением рейки ТНВД в произвольное положение, позволяющее компенсировать потерю, связанную с отключением части цилиндров. Это положение не всегда является оптимальным с точки зрения удельной экономичности. По результатам анализа сформулированы цель и задачи работы.

Во второй главе Выбрана система топливоподачи, содержащая элементы отключения цилиндров или циклов, а также регулирования начального давления. Система (рис. 1) выполнена на базе клапанов регулирования начального давления (РНД) (7) [2] и электромагнитных катушек (8) и магнитных пластин 2 – топливоподкачивающий насос, 3 - топливный фильтр, 4 – плунжер ТНВД, 5 – нагнетательный клапан ТНВД, 6 – линия высокого давления (ЛВД), 7 – клапан регулирования начального давления (РНД), 8 – электромагнитная катушка, 9 – магнитная пластина, 10 – форсунка, 11 – дизель Открытие клапана РНД 7 происходит за счёт перепада давления на нём, которое возникает, когда после отсечки подачи сформированная в ЛВД 6 волна пониженного давления или разрежения подходит к клапану. Т.е. клапан РНД управляется гидродинамическими явлениями в ЛВД. Клапан удерживается в открытом положении электромагнитным приводом (8, 9). Тогда нагнетаемое ТНВД топливо сливается (слив) в ЛНД. Цилиндр отключён.

С использованием математической модели движения системы двигатель – потребитель обоснована необходимость регулирования начального давления.

При выключении – включении цилиндров или циклов в ЛВД происходят п.п.

изменения Рнач (ост), а следовательно и развиваемого дизелем момента. Для устранения этого явления применена система регулирования начального давления (РНД).

Возможность уменьшения расхода топлива дизелем на режимах малых нагрузок (МН) путём отключения части цилиндров зависит от вида (протекания) регулировочной характеристики дизеля по составу горючей смеси (i = f()).

Работа на ХХ и МН со всеми работающими цилиндрами происходит при индикаторном КПД существенно ниже, чем при нагрузочных режимах, в том числе на номинальном режиме. Отключение одного или нескольких цилиндров приводит к увеличению подач топлива в работающие цилиндры для поддержания того же режима МН дизеля. Т. е. для сохранения выполняемой двигателем работы. Коэффициент избытка воздуха в работающем цилиндре снижается, приближаясь к ном., а индикаторный КПД растёт до определённого уровня. В таких режимах работа топливной аппаратуры происходит с максимальной эффективностью по максимальному и среднему давлениям впрыскивания, по характеристикам распыливания топлива, по показателям равномерности и стабильности подач по циклам. В работающем цилиндре рабочий процесс протекает при оптимальных условиях теплообмена, теплового состояния, что и приводит к повышению индикаторного и эффективного КПД, повышенной экономичности.

В работе применена методика оценки возможностей повышения экономичности дизеля методом регулирования дизеля изменением его рабочего объма. При реализации методики воспользуемся универсальной характеристикой дизеля, построенной в координатах Lуд, - n, где Lуд – удельная работа двигателя с разным числом работающих (активных) цилиндров. Пусть поддерживаемый режим МН дизеля составляет Ме = 35 Нм, n = 1000 мин-1. При всех работающих цилиндрах (z = i) удельная работа определяется соотношением Полная работа, выполняемая на этом режиме полноразмерным двигателем, составляет При работе с частью отключённых цилиндров, т. е. при работе с z работающими цилиндрами, удельная работа будет определяться соотношением где z·Vh – рабочие объёмы дизеля с z работающими цилиндрами. Выигрыш в удельном эффективном расходе топлива определяется соотношением:

где g e.i удельный эффективный расход при всех работающих цилиндрах, g e.z удельный эффективный расход при z работающих цилиндров.

Поскольку удельный эффективный расход топлива зависит не только от индикаторного КПД, но и от механического, то в работе проведён анализ изменения механических потерь при применении метода регулирования дизеля изменением его рабочего объёма. При выключении подачи топлива в часть цилиндров развиваемая двигателем индикаторная мощность производится активными цилиндрами, а мощность механических потерь двигателя сохраняется для всего двигателя с определёнными изменениями, связанными с изменением числа работающих цилиндров. В первом приближении эта мощность (Nz.м) остаётся примерно равной мощности механических потерь полноразмерного двигателя (Nм). Т. е. в первом приближении Nz.м = Nм.

Для оценки механических потерь используют такие показатели: работа Lм, удельная работа или среднее давление рм, мощность Nм механических потерь и механический КПД двигателя.

Так как индикаторная работа имеет две статьи распределения – это эффективная работа и работа механических потерь, то Суммарные механические потери и их составляющие наиболее достоверно определяются экспериментальным путем. Большое распространение получили два метода: индицирование цилиндра и прокрутка двигателя посторонним источником энергии (электромотором). А также методы разгонов – выбегов и методы отключения цилиндров. Чаще всего при расчете суммарных механических потерь рм используются формулы, полученные обработкой экспериментальных данных при допущениях линейной зависимости давления рм от средней скорости поршня сп и независимости рм от нагрузки Анализ приведённой информации показал, что при отключении части цилиндров можно допустить сохранение абсолютных значений механических потерь дизеля.

Предложена методика повышения экономичности путём реализации разгонов – выбегов с частью выключенных цилиндров. Cущество методики регулирования заключается в том, что дизель как со всеми активными цилиндрами, так и при отключении цилиндров или циклов, работает с полными подачами топлива. Т. е. на всех режимах положение рейки ТНВД сохраняется равным %. Топливная аппаратура по существу является однорежимной (по нагрузке). А регулирование мощности дизеля происходит отключением – включением цилиндров или циклов.

Для моделирования длительных режимов разгонов – выбегов воспользуемся методом представления скоростных характеристик двигателя и потребителя в виде аппроксимирующих (обычно полиномиальных) зависимостей. Эти зависимости подставляются в уравнение движения системы двигатель – потребитель. Такой подход применим при условии допустимости квазистатического представления НУР. Аппроксимируем ВСХ Ме = f(n) дизеля (при hp = 100 %) и скоростную характеристику нагрузочного устройства Мс = f(n) (при положении регулирующего органа N = const) полиномами, например, следующих видов:

Тогда, задавая шаг расчёта t, изменение частоты вращения вала при разгоне без нагрузки и с нагрузкой определим по соотношениям:

Итак, при отключении части цилиндров или циклов регулятор частоты вращения выводит рейку в некоторое новое положение повышенной подачи топлива в активные цилиндры, чтобы сохранить исходный скоростной и нагрузочный режим малой нагрузки или холостого хода. Очевидно, что новое положение рейки не всегда соответствует положению, обеспечивающему максимальный индикаторный КПД активных цилиндров. Следовательно в таком случае не достигается максимум выигрыша в расходе топлива. Для устранения этого недостатка предлагается осуществлять поддержание режима дизелем с разными рабочими объёмами путём реализации режимов разгонов – выбегов вблизи исходного режима. Причём, положение рейки ТНВД устанавливается и сохраняется на уровне, обеспечивающем получение максимального индикаторного КПД активных цилиндров.

Все математические модели движения системы двигатель - потребитель основаны на решении уравнения динамического равновесия системы, которое имеет следующий вид Поддержание режима холостого хода при минимальной частоте вращения возможно включением – выключением одного цилиндра, причём, номера работающих цилиндров всё время чередуются. Режим поддерживается чередованием разгонов (на одном цилиндре) и выбегов (при всех отключённых цилиндрах). В этом случае продолжительность времени, в течение которого цилиндр остаётся во включённом или выключенном состоянии, становится сравнительно малым. Очевидно, что на возможность реализации регулирования дизеля включением - выключением цилиндров влияет момент инерции установки.

В третьей главе приведено описание стендов для испытаний топливной аппаратуры с системой регулирования начального давления (РНД) и системой отключения цилиндров и циклов (СОЦЦ), а также для испытаний дизеля в штатном исполнении и с установленными на нём системами топливоподачи с РНД и СОЦЦ. Изложена методика исследования, проведена оценка погрешностей измерений и регистрации параметров и показателей работы двигателя.

Выполнено построение внешних и частичных скоростных характеристик дизеля при его регулировании традиционным «реечным» методом, (т.е. методом смещения рейки ТНВД) и методом изменения рабочего объёма дизеля (иначе говоря, методом отключения цилиндров). Проанализированы ошибки прямых и косвенных измерений и показана возможность решения поставленных задач с использованием рассмотренного стенда и его измерительной и регистрирующей аппаратуры. Для реализации математического моделирования режимов дизеля 8ЧН13/14 проведена аппроксимация характеристик дизеля (построение трендов) при его регулировании традиционным методом и методом изменения рабочего объёма (отключением подач топлива в отключаемые цилиндры). Например.

Здесь индексами е, i, т, м обозначены эффективные, индикаторные показатели, расход топлива, момент. 8, 7…2 –число активных цилиндров. Аппроксимация проведена с достаточно высокой достоверностью (R2, превышающей 0,99) В четвёртой главе исследованы возможности экономии топлива дизелями Ди ЯМЗ-238 при реализации 13 – ступенчатого и типичного тракторного испытательных циклов применением методов отключения постоянного числа цилиндров или регулируемого в зависимости от величины малой нагрузки.

Показано, что эксплуатационная эффективность метода отключения цилиндров или циклов существенно зависит как от характера протекания характеристик удельного расхода топлива, так и от доли режимов малых нагрузок в испытательном цикле. Показано, что при реализации 13 – ти ступенчатого цикла дизелем ЯМЗ-238 (рис. 3) отключением постоянного или регулируемого числа цилиндров достигается повышение экономичности работы дизеля на 2, и 4,7 % соответственно. При реализации тракторного испытательного цикла отключение постоянного числа цилиндров даёт повышение экономичности на %, а регулирование числа отключаемых циклов или цилиндров в зависимости от нагрузки – 14 % (рис. 4). Для дизеля типа Д-260 при реализации 13-ти ступенчатого цикла отключение трёх цилиндров даёт повышение экономичности на 3,5 %, а при регулировании числа активных цилиндров – на 5,9 %. При реализации тракторного цикла эти показатели составляют соответственно 15 и % (рис. 5).

Рис. 3. Универсальная характеристика дизеля 13/14): знаками +1, +2, обозначены режимы работы полноразмерного (i = 8) двигателя на ступенях 1, 2, 3…13 испытательного цикла Подтверждена эффективность метода регулирования дизеля изменением рабочего объёма при поддержании исходного режима малой нагрузки разгонами – выбегами. Так, разгонами – выбегами при числе активных цилиндров 3 и соответственно и нагрузке порядка 20 % экономия топлива составляет 15 – лизации тракторного цикла в течение 1 часа и разных меДел.G, % переменного числа цилиндШтатн z=4 (8) z=var ров в соответствии с нагрузкой на данной ступени цикла.

Поддержание режима МН разгонами – выбегами даёт экономический эффект и при разных моментах инерции I установки (рис.6).

Режимы в диапазоне частот вращения от 700 до 1900 включительно поддерживаются разгонами – выбегами двигателя при работе на числе цилиндров 2ц или 0ц (2ц-0ц). Режим 2200 мин-1 поддерживается чередованием работы на трёх и на двух цилиндрах (3ц-2ц-3ц-2ц).

Аналогичные результаты получены и для дизеля ЯМЗ-238 (рис. 7).

С использованием усовершенствованной методики исследована возможность регулирования двухтактного дизеля (рис. 8) методом изменения рабочего объёма. Так на режиме нагрузки порядка 15 % достигается экономический эффект около 21 %.

расходы топлива (8 Ч ечном» (Gт, 2ц-0ц) ля и выигрыш в расходе (дел.()Gт, 2ц- 0ц) при применении лирования по сравнению с «реечным»

Рис. 8. Универсальная (комбинированная) характеристика судового двухтактного дизеля ДН 23/30 (40 ДМ): 1 – винтовая характеристика с полным (максимальным) шаговым отношением, равным шаговому отношению винта фиксированного шага ВФШ (H/Dвфш); 2 - ограничительная характеристика; 3 – экономическая характеристика;

4, 5, 6, 7 – винтовые характеристики при шаговых отношениях соответственно H/D4 H/D5 H/D H/D На режиме, обозначенном точкой В, т.е. при n = 600 об/мин и ре = 0, МПа, полноразмерный дизель выполняет полную работу Lполн = 1000·ре· i·Vh = 1000·0,13·12·12,458 = 19434 Дж. При этом его удельная работа равна Lул = 1000·ре = 1000·0,13 = 130 Дж/(дм3). Для того, чтобы выйти на режим максимальной экономичности, выполняя ту же нагрузку и при той же частоте вращения, дизель должен выполнять удельную эффективную работу, равную L’уд = 520 Дж/(дм3) (см. рис. 8). Следовательно, число работающих цилиндров должно составлять z = Lуд·i/L’уд = 130·12/520 = ~3 цилиндра. Полноразмерный дизель на исходном режиме имел ge = 320 г/(кВт·ч), а после изменения рабочего объёма г/(кВт·ч). Следовательно повышение экономичности (выигрыш в расходе топлива) может составить Очевидно, что удельный расход топлива определяется не только индикаторным КПД, но и механическим, который при снижении нагрузки существенно снижается. Поэтому возникает вопрос, а может ли данный дизель работать на трёх цилиндрах, как соотнесутся его механические потери с учётом выключенных цилиндров, с развиваемым индикаторным моментом, мощностью. Отметим, что все приведённые рассуждения выполнены при допущении, что абсолютные значения механических потерь сохраняют свои значения как для полноразмерного, так и для дизеля с выключением части цилиндров (но без изменения фаз газообмена, а только при выключении подач топлива в деактивируемые цилиндры), и зависят только от частоты вращения,. Такое допущение представляется приемлемым, в связи с тем, что методами определения момента механических потерь, являются метод прокрутки вала от постороннего источника при выключенных подачах топлива, метод отключения отдельных цилиндров и измерения изменений развиваемого момента, а также метод выбега после отключения всех цилиндров.

Очевидно, что механический КПД (м) конечно изменяется с изменением нагрузки (рис. 9).

Показано, что отключение цилиндров приводит к снижению механического КПД дизеля, который может снижаться до 0,2 – 0,4 при отключении части цилиндров и работе с минимальной нагрузкой по винтовой характеристике.

режиме малой нагрузки он составлял м = ~0,45 (рис. 9). При этом индикаторные показатели активных цилиндров соответственно должны быть повышенными. С учётом принятых допущений на том же нагрузочном режиме и той же частоте вращения, но с числом работающих цилиндров z = 3 механический КПД сохраняется. Поскольку очевидно, что Lуд.i=Lуд/м (Lуд.i- удельная индикаторная работа) и следовательно для активного цилиндра дизеля получаем рi = 520/(0,45·1000) = ~1,16 МПа. Однако в соответствии с ограничительной характеристикой 2 (рис. 8) (ре = 0,83, точка Д на рис. 8) и при м = 0,79 (рис. 9) среднее индикаторное давление активного цилиндра рi не может составить более 0,83/0,79 = 1,05 МПа. Следовательно на данном режиме отключать можно не более восьми цилиндров (z 4). Тогда удельная работа Lуд будет равна Дж/(дм3), ge составит 262 г/(кВт·ч) (точка Е на рис. 8), а выигрыш в удельном расходе топлива будет составлять около 18 %.

Следует отметить, что данный анализ проводится при допущении, что отключение (а затем включение) цилиндров происходят мгновенно. Реально, как отмечено ранее, существуют ограничения на проведение таких операций, например, ограничение по неравномерности вращения вала, крутильным колебаниям и т.д. Для автомобильного дизеля (где важным показателем является комфортность поездки) считается, что с учётом ограничений на реализацию метода регулирования дизеля изменением его рабочего объёма полученный анализом результат может быть на 25 – 50 % ниже расчётного. Кроме того, важна доля режимов малых нагрузок во всём времени работы двигателя. Очевидно, что чем эта доля ниже, т.е. чем выше коэффициент загрузки двигателя, тем меньше будет и выигрыш в расходе топлива.

Подтверждена возможность регулирования как четырёхтактного, так и двухтактного транспортного дизеля изменением рабочего объёма путём отключения цилиндров или циклов с целью повышения экономичности режимов малых нагрузок.

Усовершенствована методика оценки достижимой экономичности дизеля при его регулировании на малых нагрузках отключением цилиндров или циклов. Методика основана на анализе универсальных характеристик дизеля, перестроенных в координаты удельной эффективной работы и частоты вращения.

Исследован метод регулирования дизеля путём отключения постоянного числа цилиндров или циклов. Предложены и исследованы методы регулирования отключением – включением переменного числа цилиндров или циклов, зависящего от текущей нагрузки, а также поддержания режима малой нагрузки реализаций разгонов – выбегов дизеля на части активных цилиндров, работающих с постоянным положением рейки ТНВД. Положение рейки может быть выбрано либо полным, либо вблизи полного, но соответствующего режимам максимальной экономичности двигателя.

Для моделирования режимов разгонов – выбегов при реализации метода поддержания режима малой нагрузки выбрана математическая модель, учитывающая стабилизацию начального давления топлива в линях высокого давления.

Подтверждена работоспособность топливной аппаратуры с элементами отключения цилиндров и регулирования начального давления топлива. Получены новые характеристики дизеля, позволившие уточнить результаты математического моделирования режимов разгонов – выбегов.

Показано, что эффективность метода существенно зависит от доли режимов малых нагрузок. Так для исследованных автотракторных дизелей показано, что при испытаниях по 13-ти ступенчатому или тракторному циклам повышение экономичности может составлять порядка 5 – 6 и 14 – 22 % соответственно.

Сравнением с результатами опубликованных экспериментальных результатов оценочные показатели, полученные с использованием предложенной методики, могут быть понижены на 20 – 50 %, что определяется ограничениями на вибрации, плавность включения - включении цилиндров или циклов и т.д. в реальных условиях.

Основные положения диссертации изложены в следующих работах.

1. Патрахальцев Н. Н., Страшнов С. В., Корнев Б. А., Мельник И. С. Экономия нефтяного дизельного топлива частичным замещением его этанолом (тезисы доклада) //Юбилейные 5-е Луканинские чтения «Проблемы и перспективы развития автотракторного комплекса». М. – МАДИ, 10 февраля 2011. – 113 – 115.

2. Патрахальцев Н. Н., Соловьёв Д. Е., Мельник И. С., Корнев Б. А. Возможности экономии нефтяного дизельного топлива частичным замещением его альтернативным (статья) // АвтоГазоЗаправочный комплекс + альтернативное топливо. – 2011. - № 2 (56). - С. 21 – 24.

3. Санчес Л. В. А., Патрахальцев Н. Н., Корнев Б. А., Мельник И. С. Экспериментальное определение цетановых чисел смесевых и эмульгированных дизельных топлив (статья) // Транспорт на альтернативном топливе. – 2011. - № (20). – С. 30 – 33.

4. Патрахальцев Н. Н., Страшнов С.В., Мельник И.С., Корнев Б.А. Изменение числа работающих цилиндров дизеля вариант повышения экономичности его режимов малых нагрузок (статья) // Автомобильная промышленность. – 2012. С. 11 – 13.

5. Патрахальцев Н. Н., Страшнов С. В., Мельник И. С., Корнев Б. А. Регулирование дизеля изменением его рабочего объёма (статья) // Тракторы и сельхозмашины. – 2012. - № 1. - С. 19 – 22.

6. Патрахальцев Н. Н., Страшнов С. В., Корнев Б. А., Мельник И. С. Регулирование дизеля методом отключения – включения цилиндров или циклов (статья) // Двигателестроение. – 2011. - № 3 (245) июль – сентябрь 2011. - С. 7 – 12.

7. Патрахальцев Н. Н., Соловьёв Д. Е., Корнев Б. А., Мельник И. С. Применение метода отключения цилиндров для регулирования работы дизеля, работающего на спиртовых топливах (тезисы доклада) // Вестник МГТУ им. Н. Э.

Баумана. Сер. «Машиностроение». – 2011. - № 4 (85). – С. 116. (Тезисы доклада на 86-м Всероссийском научно – техническом семинаре (ВНТС) по автоматическому управлению и регулированию теплоэнергетических установок им. проф.

В. И. Крутова. МГТУ им. Н. Э. Баумана, январь 2011).

8. Патрахальцев Н. Н., Соловьёв Д. Е., Мельник И. С., Корнев Б. А. Экономия нефтяного дизельного топлива частичным замещением его альтернативным топливом (тезисы доклада) // Вестник МГТУ им. Н. Э. Баумана. Сер. «Машиностроение». – 2011. - № 4 (85). – С. 116 - 117. (Тезисы доклада на 86-м Всероссийском научно – техническом семинаре (ВНТС) по автоматическому управлению и регулированию теплоэнергетических установок им. проф. В.И. Крутова.

МГТУ им. Н.Э. Баумана, январь 2011).

9. Патрахальцев Н.Н., Соловьёв Д.Е., Мельник И.С., Корнев Б.А. Анализ возможностей повышения эксплуатационной экономичности дизеля 6Ч11/12,5 методом изменения рабочего объёма двигателя (статья) // Материалы V междунар.

науч.-практ. конф. «Наука- Технология- Ресурсосбережение», посвящённой 60летию инженерного факультета. Киров, 6 февраля 2012 г.

10. Регулирование дизеля изменением физико – химических и моторных свойств топлива (статья) / Н.Н. Патрахальцев, С.В. Страшнов, Б.А. Корнев, И.С. Мельник // Вестник РУДН. – сер. Инженерные исследования. - 2012. - №. – С. 52 - 57.

11. Патрахальцев Н.Н., Мельник И.С., Петруня И.А. Повышение экономичности режимов малых нагрузок судового дизеля, работающего на винт регулируемого шага // Двигателестроение. – 2013. - № 1. – С. 38 – 41.

РЕГУЛИРОВАНИЕ ТРАНСПОРТНЫХ ДИЗЕЛЕЙ

ИЗМЕНЕНИЕМ ИХ РАБОЧИХ ОБЪЁМОВ

В работе исследованы возможности повышения экономичности режимов малых нагрузок дизелей типа 8 ЧН 13/14, 6 Ч 11/12,5 и 12 ДН 23/30 регулированием их рабочих объёмов, путём изменения числа работающих цилиндров или циклов. Изменение числа отключаемых цилиндров регулируется в соответствии с уровнем малой нагрузки. Показаны возможности повышения экономичности малых нагрузок судового двухтактного дизеля, работающего на винт регулируемого шага. Подтверждена эффективность повышения экономичности реализацией режимов разгонов – выбегов при постоянной полной подаче топлива. Усовершенствована методика оценки возможности повышения экономичности на основе универсальных характеристик дизеля.

REGULATION OF TRANSPORT’S DIESELS

BY CHANGING OF WORKING VOLUME

There carried out an investigation of opportunity to rise of economical qualities of transport’s diesels 8 ЧН 13/14, 6 Ч 11/12,5 и 12 ДН 23/30 by regulation of working volume of engine by means of variation of activated cylinders number. This regulation takes place in according to level of small load. There presented opportunities to rise of economy of 2-cycled engine of ship, working with propeller with variable pitch. There used a method of calculation of effectiveness of such regulation with use of universal characteristics of diesel. Investigated some opportunities to regulate of active cylinders on full load and stabilize the regime of low load by acceleration – deceleration of motor.



 


Похожие работы:

«Матвеев Иван Александрович ФОРМИРОВАНИЕ И ОЦЕНКА ИНФОРМАЦИОННОЙ СТРАТЕГИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ Специальность: 05.02.22 – Организация производства (промышленность) АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата экономических наук Санкт-Петербург 2006 Работа выполнена на кафедре операционного менеджмента и бизнес-информатики факультета менеджмента Санкт-Петербургского государственного университета доктор...»

«БОЧКОВ Владимир Сергеевич ПОВЫШЕНИЕ ИЗНОСОСТОЙКОСТИ НАКЛЕПОМ ФУТЕРОВОК ШАРОВЫХ МЕЛЬНИЦ ПРИ ПРОВЕДЕНИИ ИХ ТЕХНИЧЕСКОГО ОБСЛУЖИВАНИЯ Специальность 05.05.06 – Горные машины Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Санкт-Петербург – 2014 Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования Национальный минерально-сырьевой университет Горный Научный руководитель – доктор...»

«Башаров Рашит Рамилович СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ КОНЦЕВОГО ФРЕЗЕРОВАНИЯ С УЧЁТОМ УПРУГИХ ОТЖАТИЙ ВЫСОКОЧАСТОТНОГО ЭЛЕКТРОШПИНДЕЛЯ СТАНКА 05.02.07 – Технология и оборудование механической и физико-технической обработки Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Оренбург 2012 Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования Уфимский государственный авиационный...»

«Дьяков Алексей Сергеевич ПОВЫШЕНИЕ ДЕМПФИРУЮЩИХ СВОЙСТВ ПОДВЕСОК АТС ПУТЕМ ИЗМЕНЕНИЯ СТРУКТУРЫ И ХАРАКТЕРИСТИК РЕЗИНОКОРДНЫХ ПНЕВМАТИЧЕСКИХ РЕССОР 05.05.03 – Колёсные и гусеничные машины АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук Волгоград – 2009 2 Работа выполнена в Волгоградском государственном техническом университете Научный руководитель доктор технических наук, доцент Новиков Вячеслав Владимирович. Официальные оппоненты : доктор...»

«МАКСИМОВА МАРИНА ИВАНОВНА РАЗРАБОТКА СПОСОБОВ АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ УСТАНОВКИ УПЛОТНИТЕЛЬНЫХ КОЛЕЦ В КАНАВКИ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ ДЕТАЛЕЙ И ОПРЕДЕЛЕНИЕ РЕЖИМОВ РАБОТЫ СБОРОЧНОГО ОБОРУДОВАНИЯ Специальность 05.02.08 Технология машиностроения АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Москва 2007 Работа выполнена на кафедре технологии машиностроения государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования...»

«СКОРОДУМОВ ОЛЕГ ИГОРЕВИЧ ПОВЫШЕНИЕ НАГРУЗОЧНОЙ СПОСОБНОСТИ КРУГОВЫХ ЗУБЬЕВ КОНИЧЕСКИХ ПЕРЕДАЧ ЗА СЧЕТ ВЫБОРА ИНСТРУМЕНТА ДЛЯ ЗУБООБРАБОТКИ Специальность 05.03.01 – Технологии и оборудование механической и физико-технической обработки АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Москва 2008 г. Работа выполнена в ГОУ ВПО МГТУ Станкин на кафедре Теоретическая механика Научный руководитель : Доктор технических наук, доцент Волков Андрей Эрикович...»

«Иванченко Татьяна Олеговна НАУЧНО-МЕТОДИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ РЕОРГАНИЗАЦИИ НАУКОЕМКОГО ПРОИЗВОДСТВА Специальность 05.02.22 – Организация производства (в области радиоэлектроники) АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Москва, 2012 Диссертационная работа выполнена на кафедре Технологические основы радиоэлектроники Московского государственного технического университета радиотехники, электроники и автоматики. Научный руководитель : доктор...»

«ЯКИМОВ Артем Викторович ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ТЕХНИЧЕСКОЙ ДИАГНОСТИКИ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ КОНСТРУКЦИЙ ГРУЗОПОДЪЕМНЫХ МАШИН 05.02.13 – Машины, агрегаты и процессы Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Братск – 2013 Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования Забайкальский государственный университет Научный руководитель : доктор технических наук, профессор кафедры...»

«КОНДРЕНКО Виталий Андреевич ПОВЫШЕНИЕ ТЕХНИЧЕСКОГО УРОВНЯ ФОРСИРОВАННЫХ ДИЗЕЛЕЙ ПУТЕМ СНИЖЕНИЯ ТЕПЛОМЕХАНИЧЕСКОЙ НАПРЯЖЕННОСТИ РАСПЫЛИТЕЛЕЙ ФОРСУНОК (на примере дизелей типа ЧН 12/12) 05.04.02 - Тепловые двигатели Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Барнаул-2008 Работа выполнена в Федеральном государственном унитарном предприятии 15 Центральный автомобильный ремонтный завод Министерства обороны РФ Научный руководитель : доктор...»

«ВАРЕПО ЛАРИСА ГРИГОРЬЕВНА МЕТОДОЛОГИЯ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ КАЧЕСТВА ОФСЕТНОЙ ПЕЧАТИ С УЧЕТОМ МИКРОГЕОМЕТРИИ ПОВЕРХНОСТИ ЗАПЕЧАТЫВАЕМЫХ МАТЕРИАЛОВ Специальность 05.02.13 – Машины, агрегаты и процессы (печатные средства информации). АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук Москва – 2014 2 Работа выполнена в ФГБОУ ВПО Московский государственный университет печати имени Ивана Федорова и в ФГБОУ ВПО Омский государственный технический университет...»

«БАЧУРИН Александр Борисович ГИДРОАВТОМАТИКА РЕГУЛИРУЕМОЙ ДВИГАТЕЛЬНОЙ УСТАНОВКИ (РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ) Специальность: 05.04.13 – Гидравлические машины и гидропневмоагрегаты АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук УФА 2014 Работа выполнена в ФГБОУ ВПО Уфимский государственный авиационный технический университет на кафедре прикладной гидромеханики Научный руководитель : доктор технических наук, профессор Целищев Владимир Александрович...»

«САМОЙЛОВА Елена Викторовна ПОВЫШЕНИЕ ИЗНОСОСТОЙКОСТИ ЗУБЧАТЫХ ПЕРЕДАЧ ТЯГОВЫХ РЕДУКТОРОВ ТЕПЛОВОЗОВ Специальность 05.02.18 – Теория механизмов и машин АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Санкт-Петербург – 2010 Работа выполнена в Федеральном государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования Петербургский государственный университет путей сообщения на кафедре Теория механизмов и робототехнические системы....»

«САЖИН ПАВЕЛ ВАСИЛЬЕВИЧ ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ И РАЗРАБОТКА СРЕДСТВ НАПРАВЛЕННОГО ГИДРОРАЗРЫВА ГОРНЫХ ПОРОД Специальность: 05.05.06 - Горные машины Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Новосибирск - 2007 Работа выполнена в Институте горного дела Сибирского отделения Российской академии наук Научный руководитель – доктор технических наук Клишин Владимир Иванович Официальные оппоненты : доктор технических наук, профессор Маметьев Леонид...»

«Костюк Инна Викторовна МЕТОДЫ ОЦЕНКИ ЭФФЕКТИВНОСТИ ТЕХНОЛОГИИ АДАПТИВНОГО РАСТРИРОВАНИЯ Специальность 05.02.13 – Машины, агрегаты и процессы (печатные средства информации) АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Москва – 2010   Работа выполнена на кафедре Технологии допечатных процессов в ГОУ ВПО Московский государственный университет печати. Научный руководитель : доктор технических наук, профессор Кузнецов Юрий Вениаминович Официальные...»

«Попиков Андрей Николаевич ПОВЫШЕНИЕ КАЧЕСТВА ОБРАБАТЫВАЕМОЙ ПОВЕРХНОСТИ ПРИ ТВЕРДОМ ТОЧЕНИИ ЗА СЧЕТ УЛУЧШЕНИЯ ДЕМПФИРУЮЩИХ СВОЙСТВ УЗЛА КРЕПЛЕНИЯ РЕЖУЩЕЙ ПЛАСТИНЫ Специальность 05.03.01 –Технологии и оборудование механической и физико-технической обработки АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Москва – 2009 Работа выполнена на кафедре технологии машиностроения металлорежущих станков и инструментов инженерного факультета Российского...»

«Князьков Максим Михайлович ИССЛЕДОВАНИЕ УПРАВЛЯЕМЫХ ДВИЖЕНИЙ МИНИАТЮРНЫХ МНОГОЗВЕННЫХ РОБОТОВ ДЛЯ ДЕЙСТВИЙ В ОГРАНИЧЕННЫХ ПРОСТРАНСТВАХ Специальность 05.02.05 – Роботы, мехатроника и робототехнические системы. АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Москва, 2007 г. Работа выполнена в Институте проблем механики Российской академии наук. Научный руководитель : доктор технических наук, профессор Градецкий В.Г. Официальные оппоненты : доктор...»

«ВИГОВСКАЯ Татьяна Юрьевна Б А Ю - И ТЕРМОДИНАМИКА ДРОССЕЛЬНЫХ ПНЕВМОУДАРНЫХ МЕХАНИЗМОВ С ФОРСАЖЕМ И КАМЕРОЙ ПНЕВМАТИЧЕСКОГО БУФЕРА ДЛЯ СТРОИТЕЛЬНЫХ РУЧНЫХ МАШИН 05.05.04. Дорожные, строительные и подъемно-транспортные машины АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук 0мск-2002 if-1 0 Работа выполнена в Новосибирском государственном архитектурно-строительном университете Научный руководитель: заслуженный изобретатель РСФСР, хт.н., профессор...»

«БУРДЫГИНА ЕКАТЕРИНА ВАЛЕРЬЕВНА ПОВЫШЕНИЕ ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТИ ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ УСТАНОВОК ПЕРВИЧНОЙ ПЕРЕРАБОТКИ НЕФТИ Специальность 05.02.13 – Машины, агрегаты и процессы (Машиностроение в нефтеперерабатывающей отрасли) АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Уфа - 2003 2 Работа выполнена в Уфимском государственном нефтяном техническом университете. Научный руководитель доктор технических наук, профессор Байков Игорь...»

«БУЯНКИН ПАВЕЛ ВЛАДИМИРОВИЧ ОЦЕНКА УСТОЙЧИВОСТИ ПЛАТФОРМ И НАГРУЗОК В ОПОРНО-ПОВОРОТНЫХ УСТРОЙСТВАХ ЭКСКАВАТОРОВ-МЕХЛОПАТ Специальность 05.05.06 – Горные машины Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Кемерово - 2014 Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования Кузбасский государственный технический университет имени Т. Ф. Горбачева. Научный руководитель - доктор...»

«Шилин Максим Андреевич СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ СТУПЕНЕЙ ГАЗОВЫХ ТУРБИН ЗА СЧЕТ ПРИМЕНЕНИЯ СОТОВЫХ УПЛОТНЕНИЙ НА ОСНОВЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ Специальность 05.04.12 – Турбомашины и комбинированные турбоустановки Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Санкт-Петербург – 2014 1 Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования Брянский государственный технический...»








 
© 2013 www.diss.seluk.ru - «Бесплатная электронная библиотека - Авторефераты, Диссертации, Монографии, Методички, учебные программы»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.