Введение к работе
Актуальность проблемы. В связи с неизменной потребностью экономии органического топлива весьма актуальна проблема создания различных комбинированных двигателей, позволяющих наиболее полно использовать энергию выхлопных газов, потери с которой у дизелей с турбонаддувом составляют до 40%. Одной из разновидностей таких ДВС являются двигатели с СТ. Крутящий момент, создаваемый на валу СТ, может быть передан на коленчатый вал двигателя или на привод его агрегатов, например, вентилятор системы охлаждения. Турбинный привод вентилятора дизелей воздушного охлаждения наиболее целесообразен, так как на него расходуется 7... 10% мощности двигателя. При этом номинальная частота вращения вентилятора выше частоты вращения коленчатого вала в 2...2,5 раза, что создает хорошие предпосылки для создания комбинированного двигателя с приводом вентилятора от СТ через редуктор, имеющий значительно меньшие габариты, чем в случае передачи мощности СТ на коленчатый вал.
Вопросы выбора размеров турбины агрегата наддува и СТ (в частности их проходных сечений), а также рациональных конструктивных и регулировочных параметров дизеля (например, фаз газораспределения) в условиях повышенного противодавления на выпуске, создаваемого при установке СТ, изучены недостаточно. Следует также отметить, что недостаточно изучены вопросы эффективности использования СТ на частичных режимах.
Для определения преимуществ по топливной экономичности и эффективной мощности, получаемых при установке СТ, целесообразно использование математического моделирования. Это позволяет с минимальными затратами времени и средств выбирать оптимальные значения конструктивных параметров и характеристик двигателя и СТ при их проектировании и доводке. Однако существующие математические модели не в полной мере позволяют учесть особенности различных двигателей, решить задачу с использованием обобщённого метода. Следовательно, работы, посвященные исследованиям турбокомпаундного двигателя и выбору его параметров, являются актуальными.
Цель работы. Повышение эффективности турбокомпаундного тракторного дизеля.
Научная новизна работы заключается в следующем:
Усовершенствован обобщённый численный метод математического моделирования рабочих процессов ДВС в части расчета СТ с применением обобщённых характеристик турбин.
Экспериментально выявлены закономерности влияния СТ и минимального проходного сечения турбины ТК на параметры дизеля на различных режимах его работы.
С использованием разработанной математической модели выполнен расчетный анализ влияния различных конструктивных факторов (размеров проточных частей
Автор выражает глубокую признательность д.т.н., профессору ЕЛ. Григорьеву за оказанную помощь при выполнении работы и обсуждении её результатов
4 турбин ТК и СТ, фаз газораспределения) на экономичность тракторного дизеля с СТ.
Методы исследований. Поставленная в работе цель достигается сочетанием теоретических и экспериментальных методов исследования. С помощью экспериментальных методов исследовано влияние повышенного противодавления, создаваемого при установке СТ, на параметры рабочего процесса дизеля. Также определено возможное снижение удельного расхода топлива и повышение мощности за счёт использования СТ, исследовано влияние скоростного и нагрузочного режимов, минимального проходного сечения турбины ТК на удельный расход топлива силовой установки «Двигатель+СТ». Также экспериментально получены данные для проверки адекватности и отладки расчётной методики в виде диаграмм мгновенных давлений в цилиндре, впускном канале головки цилиндра, выпускном коллекторе. С помощью теоретических методов исследовано влияние проходных сечений турбин ТК и СТ, а также фаз газораспределения на экономичность турбокомпаундного тракторного дизеля на номинальном режиме работы.
Достоверность и обоснованность научных положений работы обусловливаются использованием фундаментальных уравнений механики, обоснованностью допущений, принятых при разработке расчётных моделей, высокой сходимостью результатов расчётов и экспериментальных данных, согласованностью с известными результатами исследований других авторов.
Практическая ценность работы заключается в следующем:
Разработаны алгоритм и программное обеспечение, реализующие предложенный метод моделирования рабочих процессов турбокомпаундного дизеля при использовании обобщённых характеристик турбин.
Для дизеля 8ЧВН15/16, используемого на промышленном тракторе, рекомендованы наиболее рациональные геометрические размеры проточных частей турбин ТК и СТ на номинальном режиме работы двигателя.
3) Предложен расчётный метод исследования влияния фаз газораспределения на
экономичность турбокомпаундного дизеля. С помощью данного метода произведен
анализ и оценка эффективности изменения фаз для дизеля типа 8ЧВН 15/16.
Апробация работы. Основные положения работы докладывались на межреспубликанской научно-технической конференции «Совершенствование средств и методов расчета изделий машиностроения» (Волгоград, 1988), ХХХП научно-технической конференции молодых специалистов на «Свердловском турбомоторном заводе», 1988 г., расширенных заседаниях кафедры «Автотракторные двигатели» в 1990 г. и 2010 г.
Публикации. По материалам работы опубликовано 6 печатных работ, включая 3 статьи, входящих в перечень изданий, рекомендуемых ВАК РФ по кандидатским и докторским диссертациям, а также 2 авторских свидетельства СССР на изобретение.
Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, основных результатов и выводов, списка литературы. Объём диссертации составляет 107 страниц, включая 57 рисунков, 11 таблиц, а также список литературы из 97 наименований.
