Содержание к диссертации
Введение
1 Анализ технического уровня современных судовых малоразмерных дизелей 48,5/11 и 49,5/11 10
1.1 Современные малоразмерные дизели типа 48,5/11 и 49,5/11, область их применения, характеристики и особенности конструкции 10
1.2 Условия эксплуатации и требования к пусковым качествам малоразмерных дизелей 48,5/11 и 49,5/11 18
1.3 Состояние научно-исследовательских и опытно конструкторских работ, посвященных исследованиям рабочего процесса и пусковых качеств 21
1.3.1 Исследования в области организации рабочего процесса в камере сгорания в поршне
1.3.2 Исследования в области улучшения пусковых качеств малоразмерных дизелей
1.4 Выводы. Цель и научно - технические задачи задачи исследования 41
2 Теоретическое исследование особенностей пуска малоразмерного дизеля с цилиндрической камерой сгорания в поршне и осевым воздушным вихрем на впуске 44
2.1 Выбор условий исследования 44
2.2 Определение потерь заряда воздуха и угловой скорости осевого вихря в камере сгорания в режиме пуска 46
2.3 Расчет испарения топлива в режиме пуска малоразмерного дизеля 49
2.4 Анализ результатов расчета потерь заряда воздуха и испарения топлива в режиме пуска
2.5 Выводы к главе 2 74
3 Экспериментальная установка и методика исследования, измерительная аппаратура и погрешность измерения 76
3.1 Экспериментальная установка 76
3.2 Программа и методика исследования 77
3.3 Измерительная аппаратура и погрешности измерения g6
4 Экспериментальное исследование влияния конструктивных и регулировочных параметров, средств облегчения воспламенения топлива и проворачивания коленчатого вала на пусковые качества малоразмерных дизелей Ч 8,5/11 и 49,5/11 91
4.1 Экспериментальное определение оптимальной цикловой подачи топлива для пусковых режимов 91
4.2 Исследование влияния угла опережения подачи топлива на пусковые качества 95
4.3 Экспериментальное исследование пусковых качеств малоразмерного дизеля с цилиндрической камерой сгорания и осевым воздушным вихрем на впуске 98
4.4 Исследование влияния момента сопротивления проворачивания коленчатого вала на пусковые качества 101
4.5 Исследование влияния подогрева воздуха во впускном трубопроводе на пусковые качества дизеля 106
4.6 Исследование влияния оптимальных для' пусковых режимов, регулировок и технических решений на показатели работы малоразмерного дизеля на рабочих нагрузках 111
4.6.1 Влияние повышения геометрической степени сжатия с 17
до 18,5 111
4.6.2 Влияние на показатели работы СМД использования оптимальных для пусковых режимов значений цикловой подачи топлива и момента его впрыска 112
4.6.3 Влияние вязкости моторного масла 113
4.6.4 Особенности работы малоразмерного дизеля с цилиндрической камерой в поршне на рабочих режимах 114
4.7. Выводы к главе 4 119
Основные рекомендации и выводы 121
Список использованной литературы 125
- Условия эксплуатации и требования к пусковым качествам малоразмерных дизелей 48,5/11 и 49,5/11
- Определение потерь заряда воздуха и угловой скорости осевого вихря в камере сгорания в режиме пуска
- Исследование влияния угла опережения подачи топлива на пусковые качества
- Влияние на показатели работы СМД использования оптимальных для пусковых режимов значений цикловой подачи топлива и момента его впрыска
Введение к работе
. Актуальность. Оснащение транспортных и рыбопромысловых речных судов высокоэффективными дизель-генераторами и комбинированными судовыми агрегатами, а также созданными на их базе главными дизельными энергетическими установками (ДЭУ) для рабочих и спасательных шлюпок морских судов, требует совершенствования судовых малоразмерных дизелей (СМД) 48,5/11 и 49,5/11. Их эффективность оценивается по мощности, топливной экономичности, оперативности ввода в действие и ресурсу Сокращение оперативности ввода в действие, за счет улучшения пусковых качеств является принципиально важной задачей, актуальность которой обусловлена
общими тенденциями развития малоразмерных дизелей в области организации высокоэкономичного рабочего процесса путем использования камер сгорания в поршне,
отсутствием исследований посвященных пусковым качествам малоразмерных дизелей с цилиндрической камерой'сгорания в поршне
специфическими особенностями, связанными с малыми размерами камеры и цилиндра, и трудностями использования вспомогательных средств облегчения пуска для ряда модификаций дизелей 48,5/11 и 49,5/11
Цель работы и задачи исследований.
Целевой установкой диссертации является решение актуальной научно-технической задачи - улучшение пусковых качеств дизеля с цилиндрической камерой в поршне путем их исследования и совершенствования В ходе реализации поставленной цели предусматривается разработка теоретических положений и экспериментального подтверждения улучшения пусковых качеств СМД
Задача улучшения пусковых качеств требует решения ряда научно-технических подзадач:
1 Проведения теоретических исследований особенностей процессов наполне
ния и сжатия заряда воздуха и испарения топлива в режиме пуска
малоразмерного дизеля с цилиндрической камерой в поршне для опреде
ления-
— количества топлива испарившегося в объеме камеры и с холодной
стенки,
количества заряда воздуха в камере сгорания в конце такта сжатия,
коэффициента избытка воздуха в камере сгорания
На основе анализа полученных принципиальных закономерностей найти целесообразные технические решения и их рациональные пределы применения для улучшения пусковых качеств СМД
Экспериментальное исследование
— влияния различных конструктивных и регулировочных параметров и
средств облегчения воспламенения топлива и облегчения
проворачивания коленчатого вала на пусковые качества с целью
определения оптимальных пусковых регулировок СМД,
- показателей рабочего цикла СМД с оптимальными пусковыми регулировками, особенно при работе его на долевых нагрузках, преобладающих в эксплуатации 4 Разработать научно-обоснованные рекомендации для улучшения собственных пусковых качеств СМД, а также для выбора, наиболее рациональных средств облегчения воспламенения топлива и проворачивания коленчатого вала в режиме пуска
Методы решения поставленных задач. В работе были использованы теоретические и экспериментальные методы исследования Методологической базой диссертации являлись научные работы МГТУ им Н.Э Баумана, ЦНИДИ, НАТИ, НАМИ, ЦНИТА и других вузов и моторостроительных заводов
Для определения потерь заряда воздуха в процессе наполнения цилиндра и сжатия, были использованы теоретические разработки проф И М Ленина и методика НАТИ, а для расчетного определения количества испарившеюся топлива в объеме камеры в поршне в режиме пуска СМД, была использована методика проф. Д Н Вырубова (МГТУ им Н Э Баумана), с дополнительным учетом движения капель в объеме камеры в поршне и подогрева их до температуры равновесного испарения В работе был выполнен расчет количества топлива испарившегося со стенки камеры в поршне в режиме пуска СМД с использованием теоретических и экспериментальных разработок дтн Б.Н. Семенова (ЦНИДИ), выполненных для рабочих режимов многотопливных дизелей.
Личное участие автора состоит в комплексном решении задачи улучшения пусковых качеств СМД, полученных научных результатах, отраженных в опубликованных работах, выполнении теоретических и экспериментальных исследований особенностей смесеобразования в режиме пуска малоразмерного дизеля с цилиндрической камерой в поршне и разработке на этой основе научно-обоснованных рекомендаций улучшения пусковых качеств СМД
Практическая значимость. Необходимость решения актуальной практической задачи замены отече» ственных малоразмерных дизелей 48,5/11 и 49,5/11 на камеру в поршне цилиндрической формы с организацией осевого воздушного вихря на впуске, с целью повышения их эффективности и экономичности, а также улучшения пусковых качеств, потребовало в рамках настоящей диссертационной работы решения одной ИЗ) составляющих указанной практической задачи, а именно улучшения пусковых качеств дизелей рассматриваемого типа Полученные в работе, в результате теоретических и экспериментальных исследований, данные позволяют выполнить расчеты 1) потерь заряда воздуха в процессе наполнения и сжатия, количества топлива испарившегося в объеме камеры в поршне, количества топлива испарившегося с холодной стенки камеры в поршне; коэффициент избытка воздуха в режиме пуска и на его основе оптимальную, для режима пуска СМД цикловую подачу топлива,
установить оптимальные для пусковых режимов значения конструктивных и регулировочных параметров, способных улучшить собственные пусковые качества СМД 48,5/11 и 49,5/11 без ухудшения показателей их работы на рабочих режимах,
выбрать для дизелей 48,5/11 с цилиндрической камерой в поршне, для которых требуется обеспечить пуск при температурах окружающей среды до 258 К, наиболее рациональные средства облегчения воспламенения топлива и проворачивания коленчатого вала
Научная новизна, результатов работы заключается в следующем-
впервые задача улучшения пусковых качеств СМД решена для цилиндрической камеры в поршне с организацией осевого воздушного вихря на впуске, '
впервые выполнен расчет количества топлива испарившегося в режиме пуска малоразмерного дизеля в объеме цилиндрической камеры в поршне и с ее холодной стенки,
предложен уточненный метод теоретического определения оптимальной для пусковых режимов цикловой подачи топлива,
разработаны уточненные научно-обоснованные рекомендации для улучшения пусковых качеств СМД
Апробация работы. Апробация проводилась при ежегодных обсуждениях на заседаниях кафедры «Эксплуатации автомобильного транспорта и автосервиса» и Ученого Совета ФГОУ ВПО МФ МАДИ (ГТУ) (2005, 2006, 2007 гг) Основные положения докладывались на научно-практических конференциях преподавателей и сотрудников МФ МАДИ (ГТУ) (2005, 2006, . 2007 гг.); на 7 Межрегиональном научно-техническом семинаре «Актуальные проблемы судостроения, судовой энергетики и машинодвижительных комплексов» в АГТУ в 2006 г, на «XVIII Юбилейной Интернет-конференции молодых ученых, аспирантов и студентов по современным проблемам машиноведения» Институт машиноведения им А А Благонравова РАН, Москва, (2006 г)
Публикации. Результаты работы опубликованы в 7 печатных работах Структура и объем диссертации.
Условия эксплуатации и требования к пусковым качествам малоразмерных дизелей 48,5/11 и 49,5/11
Наблюдение за эксплуатацией дизель-генераторов малой мощности на судах морского и речного флота показывает, что преобладающими режимами их работы, являются долевые нагрузки [5,23]. Например, по данным работы [5] средняя загрузка их на теплоходах речного флота колеблется в пределах 50- 75% от полной.
При работе на долевых режимах, вследствие увеличения коэффициента избытка воздуха, ухудшения условий смесеобразования, увеличе 19 ния периода задержки самовоспламенения топлива, смещения сгорания за ВМТ, а также снижения температуры деталей КШМ и повышения вязкости масла на поверхностях трениях, эффективный и механический КПД дизелей, приводящих во вращение генераторы, резко снижаются, что обуславливает значительный рост затрат на производство единицы электроэнергии [5].
В связи с этим весьма актуальным является повышение экономичности работы судовых вспомогательных электростанций путем перевода их на камеру сгорания в поршне с целью повышения их экономичности, как на номинальных, так и на долевых нагрузках.
Для любого дизеля существует минимальная температура окружающей среды, при которой происходит самовоспламенение топлива в камере сгорания и пуск дизеля осуществляется без использования вспомогательных средств подогрева. Минимальная температура надежного пуска дизеля тем ниже, чем более тщательно отработаны процессы наполнения цилиндра смесеобразования, воспламенения и сгорания на пусковых режимах дизеля. На эту температуру оказывают существенное влияние тип камеры сгорания, геометрическая и действительная степени сжатия, а также пусковая цикловая подача топлива, угол опережения впрыска, качество распыливания, диаметр цилиндра и т. д. [4, 65].
Опыт эксплуатации малоразмерных дизелей типов 48,5/11 и 49,5/11 показывает, что запустить их из холодного состояния без использования вспомогательных средств становится практически невозможно при температуре окружающей среды ниже 298 К. Понижение температуры окружающей среды снижает температуры стенок цилиндра и камеры сгорания, топлива и моторного масла и затрудняет тем самым пуск дизеля.
Основные трудности сводятся, как известно, к следующему. 1. С понижением температуры окружающего воздуха растет вязкость моторного масла, вследствие чего увеличивается сопротивление вращению коленчатого вала. Кроме того, ухудшаются параметры аккумуляторных батарей: возрастает их внутреннее сопротивление, уменьшаются напряже 20 ниє и емкость, что в свою очередь вызывает снижение крутящего момента, развиваемого стартером. Это уменьшает частоту вращения коленчатого вала в период пуска [65]. 2. Снижение частоты вращения коленчатого вала приводит к увеличению продолжительности процесса сжатия и соприкосновения заряда воздуха с холодными стенками цилиндра, увеличению тепловых потерь, утечке заряда воздуха через неплотности в поршневых кольцах и клапанах. Кроме того, при малых частотах вращения коленчатого вала отмечается обратный выброс из цилиндра части заряда воздуха через впускной клапан. Все это приводит к тому, что температура воздуха в конце сжатия не достигает значений, при которых возможно самовоспламенение впрыскиваемого топлива, особенно при всасывании в цилиндр холодного воздуха [4, 27]. 3. Повышенная вязкость топлива, наблюдаемая при низких температурах, и ухудшение качества его распыливания при снижении частоты вращения кулачкового валика топливного насоса затрудняют воспламенение топлива и образование очагов горения [4, 65]. 4. Снижение температуры заряда воздуха в камере сгорания и ухудшение качества распыливания снижает интенсивность испарения капель топлива. При этом отмечается смещение процесса сгорания к НМТ и «вялое» развитие рабочего процесса, что снижает среднее индикаторное давление цикла и увеличивает продолжительность разгона дизеля до режима самостоятельной работы [1, 2, 21]. Указанные обстоятельства, затрудняющие ввод в действие холодных дизелей, обуславливают необходимость использования вспомогательных средств облегчения пуска, при температуре окружающей среды ниже определенной. Так, для обеспечения надежного пуска судовых малоразмерных дизелей малой мощности типов 48,5/11 и 49,5/11 при температуре окружающей среды до 278 -281 К используются свечи накаливания СНД-100БЗ; при более низких температурах приходится, кроме того, применять специальное довольно громоздкое подогревательное устройство [1, 65,44]. Анализ пусковых систем дизелей 48,5/11 и 49,5/11 с вихревой камерой сгорания показывает, что для пуска: -двухцилиндровых дизелей, требуется электростартер СТ 15 мощностью 1,32 кВт, что составляет 12,8% от номинальной мощности дизеля 5Д2М; -четырехцилиндровых дизелей, требуется электростартер СТ 212А мощностью 3,52 кВт, что составляет 18,43% от номинальной мощности дизеля 5Д4; - шестицилиндровых дизелей, требуется электростартер СТ 25 мощностью 5,15 кВт, что составляет 15,6% от номинальной мощности дизеля 8Д6; Приведенные данные по соотношениям мощностей стартеров и дизелей (12,8; 15,6 и 18,43%о) в 2-КЗ раза выше, чем у автомобильных дизелей, например, КамАЗ-740 у которого указанное соотношение не превышает 5% или ЯМЗ-236 и ЯМЗ-240 для которых соотношение составляет 6,1%) и 3,05% [38]. Сравнительный анализ пусковых систем дизелей позволяет предположить, что отечественные дизели 48,5/11 и 49,5/11 с вихревой камерой сгорания характеризуются: - относительно высокими значениями моментов сопротивления проворачиванию коленчатого вала, что требует повышение мощности пусковой системы; - относительно высоким значением минимальной пусковой скорости поршня, при которой в цилиндре создаются условия, необходимые для впуска и сжатия свежего заряда воздуха, смесеобразования и воспламенения рабочей смеси.
Определение потерь заряда воздуха и угловой скорости осевого вихря в камере сгорания в режиме пуска
Собственные пусковые качества дизеля в основном определяют следующие факторы: - температура (Тс) и давление (рс) в конце такта сжатия при минимальной пусковой частоте вращения коленчатого вала (пп); - организация эффективного смесеобразования в режиме пуска дизеля, от которого зависит избыточный момент равный разности моментов крутящего коленчатый вал и сопротивления его вращению. Известными средствами воздействия на Тс являются применение камеры сгорания в поршне, повышение ег и єд. При этом отмечается также: - повышение рс, что приводит к росту утечек заряда воздуха через неплотности в поршневых кольцах и клапанах; - дальнейшее увеличение потерь заряда воздуха из-за различия ег и єд, т.е. вследствие закрытия впускного клапана после НМТ. Суммарные потери заряда воздуха оказывают влияние на тепловой эффект реакции сгорания, что обуславливает необходимость их определения в ходе теоретических исследований.
Одним из эффективных способов воздействия на смесеобразование при пуске дизеля является повышение цикловой подачи топлива (g ). Механизм такого воздействия состоит в следующем. При увеличении g4 отмечается рост мелких капель в топливном факеле, что способствует увеличению количества топлива испарившегося в объеме камеры сгорания и концентрации топлива в заряде воздуха. В результате увеличивается количество сжигаемого в цилиндре топлива, а дизель развивает большую индикаторную мощность и быстрее разгоняется до режима холостого хода. Основным условием осуществления этого воздействия является наличие определенного соотношения между количеством топлива, участвующим в самовоспламенении и быстром сгорании. Существование такой связи в режиме пуска общепризнано [1, 4, 12, 29, 38, 43] и доказано экспериментально (см. рисунок 8).
Теоретическое исследование проводилось в следующей последовательности: 1. Определение потерь заряда воздуха в режиме пуска дизеля по результатам индицирования процесса сжатия с целью определения Тс и рс, а также оценки коэффициентов сохранения, дозарядки (обратного выброса), полноты заряда и его закрутки в цилиндре. 2. Определение скорости подачи топлива, дальнобойности топливных факелов и времени достижения ими стенки камеры сгорания на основе определенных экспериментально давлениям впрыска и эффективным проходным сечениям распылителей форсунок в режиме пуска. 3. Определение количества топлива испарившегося в объеме и со стенки камеры сгорания в режиме пуска на основе методик Д. Н. Вырубова (МГТУ им. Н.Э. Баумана) и Б. Н. Семенева (ЦНИДИ), в которые были внесены коррективы, связанные с переводом расчетных формул на Международную систему единиц (СИ).
Кроме в режиме пуска приходится учитывать потери связанные с закрытием впускного клапана после НМТ, используемого, как известно, для улучшения наполнения цилиндра на рабочих режимах. Запаздывание закры 49 тия впускного клапана при пуске неблагоприятно сказывается на процессе дозарядки цилиндра из-за малой скорости поршня и вследствие снижения инерции заряда воздуха, дозарядка переходит в обратный выброс части воздуха из цилиндра.
По данным работы [32] обратный выброс составляет 20% массы заряда воздуха Ga при положении поршня в НМТ, т.е. коэффициент С дозарядки (обратного выброса) можно определить из выражения = GJGa, а отношение Gc/Ga = ( = у можно использовать в качестве коэффициента полноты заряда в режиме пуска.
Впрыскиваемое в камеру сгорания топливо (рисунок 14) частично распыливается в объеме, а большая часть наносится на стенку камеры в поршне в виде топливного слоя. Образующие топливные факелы: три при использовании распылителя РД 3x0,3x120 или четыре при использовании распылителя РД 4x0,29x110, капли и топливный слой на стенке нагреваются и испаряются. Источником тепла, расходуемого на нагрев и испарение как капель, так и поверхности топливного слоя обращенного в камеру служит заряд воздуха с температурой Тс. Поверхность топливного слоя соприкасающийся с холодной стенкой в испарении топлива участие не принимает.
В связи с этим, в режиме пуска холодного малоразмерного дизеля с цилиндрической камерой в поршне диаметром 43 мм можно предположить: - вследствие близкого расположения сопловых отверстий распылителя и стенки камеры в поршне большая часть цикловой подачи топлива попадает на холодные стенки; - количество испарившегося топлива будет состоять из двух частей: основного, испарившегося из топливных факелов в объеме и дополнительного, испарившегося от поверхности слоя на стенке камеры сгорания; - значительная часть цикловой подачи топлива наносится на холодную стенку камеры в поршне и неэффективно используется для смесеобразования и сгорания в режиме пуска.
Исследование влияния угла опережения подачи топлива на пусковые качества
Экспериментальное исследование пусковых качеств дизеля с топливным насосом высокого давления позволяющим воспроизвести различную цикловую подачу топлива от 25 мг/цикл до 110 мг/цикл позволил построить пусковую характеристику, показывающую влияние на продолжительность пуска цикловой подачи топлива и оптимальное ее значение, соответствующая минимальной продолжительности пуска.
Анализ результатов указанных исследований подтвердил существование оптимальной для пусковых режимов цикловой подачи топлива, величина которой существенно отличается от номинального значения 25 мг/цикл, заданной для работы дизеля на полной мощности.
На рисунке 29 приведены результаты экспериментальных исследований, выполненных при температуре окружающей среды 273 К, в сравнении, с результатами теоретических исследований испарения топлива в камере сгорания в режиме пуска малоразмерного дизеля и расчетных значений коэффициента избытка воздуха по испарившейся части топлива (ш).
Прежде всего, необходимо отметить весьма удовлетворительные совпадения теоретических, расчетных и экспериментальных данных. Так, увеличение цикловой подачи топлива с 25 мг/цикл до 60+65 мг/цикл, т.е. в 2,4+2,6 раза, по сравнению с номинальным значением позволяет уменьшить продолжительность пуска при температуре 273 К с 22 до 3,3 с. Дальнейшее увеличение цикловой подачи топлива с 60+65 мг/цикл до ПО мг/цикл вызывает резкое возрастание времени пуска дизеля.
Предположение о том, что с увеличением цикловой подачи топлива свыше определенной величины, находящейся „далеко за полной подачей топлива" пуск дизеля будет ухудшаться, было высказано еще Н. С. Хвоще-вым в ходе исследований пусковых качеств дизелей „Фомаг Оберхенсли", „М-10", „Рено" и „Фиат" [67]. Полученная в настоящей работе зависимость тпус. = f(gif) подтверждает указанное явно выраженным минимумом, наличие которого объясняется следующим.
В исследуемом дизеле вследствие недостаточного объема для развития топливного факела 75% цикловой подачи топлива наносится на холодные стенки камеры в поршне в виде топливного слоя. Последний, как показано в работе [33], является не „сплошной жидкой пленкой топлива на стенке", а состоит из струйного пограничного слоя, представляющего собой газ с распределенными в нем каплями топлива, и жидких участков на холодной стенке, в режиме холодного пуска, в смесеобразовании участие не принимает, а с пограничного слоя испаряется до 7% цикловой подачи топлива (см. рисунок 19).
Бедная горючая смесь сгорает „вяло", сгорание смещается далеко за ВМТ, а дизель развивает меньшую индикаторную мощность и медленнее разгоняется на вспышках. При увеличении g4 до 6(Н65 мг/цикл количество мелких капель ( 4 25мк) в топливных факелах увеличивается, что способствует росту количества паров топлива и тем самым снижает коэф 98 фициент избытка воздуха до аи = 0,9-И, 1, а горючая смесь оказывается сте-хиометрического состава или весьма близкой к ней. Такие смеси, по данным работы [6, 13] имеют наибольшую скорость сгорания в условиях характерных пусковым режимам, что позволяет сжечь большее количество топлива вблизи ВМТ на ходе расширения и тем самым увеличить индикаторную мощность пусковых циклов и тем самым сократить продолжительность пуска в 6 раз.
Как при бедных (аи 1,1+2,5), так и при богатых (аи 0,9) горючих смесях вследствие ухудшения процесса сгорания и смещения его за ВМТ в условия расширяющегося объема цилиндра дизель развивает меньшую индикаторную мощность и медленнее разгоняется до режима холостого хода.
Для дизелей 48,5/11 с цилиндрической камерой сгорания в поршне и распылителем РД 3x0,3x120 оптимальным для пусковых режимов является цикловая подача топлива равная 60+65 мг/цикл.
Полученные данные близко совпадают с ранее выполненными в работе [2, 4] исследованиями на дизелях спасательных шлюпок 4ЧСП8,5/11 с вихревой камерой сгорания, свечой накаливания и штифтовым распылителем РШ 6x25, для которых в качестве оптимальной рекомендована и внедрена цикловая подача топлива равная 60+80 мг/цикл. Сравнительный анализ их показывает, что нижний предел пусковой цикловой подачи топлива совпадает, а верхний предел отличается на 15 мг/цикл или на 23%, что объясняется влиянием качества распыливания топлива.
В первом случае, топливо распыливается в камере в поршне тремя топливными факелами распылителя РД 3x0,3x120, в которых мелких капель больше, чем во втором случае, где топливный факел создается штифтовым распылителем РШ 6x25.
Указанный анализ также подтверждает целесообразность обеспечения для пусковых режимов малоразмерных дизелей горючей смеси стехио-метрического состава с целью увеличения скорости сгорания топлива и сжигания большей дозы топлива вблизи ВМТ в начале рабочего хода поршня. Необходимо отметить, что серийные топливные насосы допускают увеличение цикловой подачи топлива только до 35 мг/цикл, что объясняется отсутствием пускового обогатителя на насосе и малой производительностью секций с заводской регулировкой.
Проведенные исследования позволяют констатировать, что специфической особенностью дизелей 48,5/11 и 49,5/11, является характер зависимости продолжительности пуска от величины цикловой подачи топлива, имеющий явно выраженный минимум, в отличие от дизелей большей размерности [42,43, 67].
Влияние на показатели работы СМД использования оптимальных для пусковых режимов значений цикловой подачи топлива и момента его впрыска
Судовые малоразмерные вспомогательные дизели 48,5/11 и 49,5/11 эксплуатируются при температурах окружающей среды выше 281 К в машинных отделениях судов и пуск их при указанных температурах и наличии цилиндрической камеры в поршне осуществляется без использования вспомогательных средств облегчения воспламенения топлива и облегчения проворачивания коленчатого вала. Однако для дизелей малой мощности характерны два обстоятельства обуславливающие необходимость обеспечения их пуска при температурах до 258 К: - использование малоразмерных дизелей 48,5/11 и 49,5/11 как для судостроения, так и для передвижных и стационарных электроагрегатов, сварочной, насосной и другой техники; - использование их в качестве главных судовых дизельных установок малых судов, в том числе используемых в качестве средств экстренной помощи (СЭП) и средств коллективного спасения (СКС) различных судов. В связи с вышеизложенным, были продолжены работы по дальнейшему снижению минимальной температуры пуска, путем использования вспомогательных средств облегчения воспламенения топлива, соответствующие условиям их эксплуатации.
Так, например, пуск вихрекамерных дизелей 44СП8,5/11 „Каспий 30" вручную при температурах от 298 К до 258 К на практике осуществляется использованием такого эффективного вспомогательного средства, как легковоспламеняющаяся пусковая жидкость „Холод Д-40" [1, 2, 4, 38]. Последняя, как известно, рекомендуется для облегчения пуска дизеля при температурах окружающей среды от 258 К до 233 К, а использование ее при температурах от 258 К и до 298 К и выше, отмечаются резкие обратные „удары", приводящие к поломкам в пусковой системе. Поэтому система пуска дизеля 44СП8,5/11 „Каспий 30" вручную оснащена специальной фрикционной муфтой для защиты цепной передачи и рук исполнителей, осуществляющих разгон коленчатого вала вручную [1].
В этой связи для дизелей 48,5/11 и 49,5/11 с цилиндрической камерой в поршне желательно найти техническое решение для обеспечения их пуска при температурах выше 258 К без использования пусковой жидкости „Холод Д-40".
Использование для этих целей электрических средств подогрева или жидкостных подогревателей, электростартеров или пусковых двигателей, сжатого воздуха или пиротехнических средств ограничено условиями их эксплуатации или необходимостью обеспечения экстренного пуска вручную.
Для дизелей рассматриваемого типа с цилиндрической камерой в поршне, используемых для СКС и СЭП, учитывая особенности их эксплуатации и конструкции задачу можно решить увеличением степени сжатия с 17 до 18,5, допустив увеличение удельного расхода топлива их на 10-И 5%.
Для дизелей рассматриваемого типа с цилиндрической камерой в поршне, для которых не требуется обеспечить пуск вручную задачу снижения температуры пуска до 258 К целесообразно решить использованием как средств подогрева воздуха на всасывании, так и маловязких масел.
При этом применение электрофакельного подогревателя впускного воздуха для малоразмерных дизелей не желательно, так как сопровождается сжиганием части кислорода впускного воздуха и засорением цилиндров продуктами сгорания.
В настоящей работе, для подогрева впускного воздуха, была выбрана электрическая спираль на каждые два цилиндра и важно было определить: во-первых, эффективность их использования для снижения температуры пуска и рациональные пределы их применения для улучшения пусковых качеств; во-вторых, сопротивление, которое они могут создать на впуске в режиме пуска и при работе на номинальных и долевых нагрузках, способных снижать их эффективность для малоразмерных дизелей.
В этой связи было выполнено исследование влияния подогрева воздуха на впуске съемными электрическими спиралями, установленными на стыках головки цилиндра и впускных патрубков.
В работе были использованы электроспирали мощностью 400 и 800 Вт, изготовленные на базе свечей накаливания СНД-100БЗ в двухпроводном исполнении с номинальным напряжением в цепи 10,5+12 В. При прохождении тока температура спирали достигала 1073+1273 К. При установке спирали во всасывающий патрубок необходимо исключить соприкосновение нитей спирали с корпусом. В противном случае в момент включения возникает замыкание и спираль изготовленная из проволоки высокого омического сопротивления марки Х20Н80 диаметром 3 мм выйдет из строя. На четырехцилиндровых дизелях две спирали 1,2 и 3,4 цилиндров соединялись параллельно, а последовательно с ними включался контрольный элемент контроля нагрева спирали и исправности цепи. Последний, выполнял также роль баластного сопротивления для снижения напряжения в цепи спиралей до 12 В. Использование спиралей для электроподогрева впускного воздуха позволил обеспечить снижение минимальной температуры пуска дизеля 448,5/11 с 263 К до 256 К. Средняя скорость поршня, при которой еще гарантировался пуск, если используется маловязкое моторное масло М-43/6-В, не превышал Ст = 0,66 м/с. Результаты пусковых испытаний и исследований температур в конце такта сжатия Тс при установке на дизель 448,5/11 спиралей мощностью 400 и 800 Вт и температуре окружающей среды 258 К показан на рисунках 42 и 43.
