Пути и методы совершенствования экономических и экологических показателей транспортных дизелей Гальговский, Владимир Рудольфович

Введение к работе

;;: > '",

ОсновЬй дальнейшего развития энергетической программы страны является; ресурсосбережение,позволяющее при стабилизированном уров-кеідобиди нефти планировать дальнейшее расширение её транспортно-энергётической базы. В этих условиях автомобильное и тракторное (транспортное) двигателестроение являетоя базовой основой реализации новых программ,целью которых - выпуск продукции,соответствующей' мировому уровню' и конкурентноспособности.

Актуальность проблемы. Расширение парка дизельных двигателей в стране и за рубежом всё' увеличивает остроту проблем их качественного совершенствования,в основе которых значительное снижение расхода топлива,дымности и токсичности отработавших газов (ОГ).увеличение литровой мощности J/e_n и ресурса. Комплексное решение этих проблем связано со значительными трудностями вследствие их существенной взаимной противоречивости. Комплекс противоречий выявляется и при решении задач по каждой из проблем,что вынуждает искать решения в усложнении конструкции самого двигателя. Однако базой в решении всех отмеченных проблем остается поиск путей дальнейшего совершенствования рабочих процессов в дизеле и его механического КПД. Целевое их решение заключается в разработке необходимой методической базы,физической расшифровке результатов опытов и рациональном изменении элементов конструкции дизеля.

Приведенные в работе исследования выполнялись в соответствии с научно-техническими проблемами,вытекающими из Постановлений СМ . СССР,программ ГКНТ СССР,планов отрасли и Ярославского моторного завода.

Целью диссертационной работы является разработка обоснованных путей и методов совершенствования рабочих процессов,транспортных дизелей (ТД),обеспечивающих'достижение высокого уровня топливной экономичности,выполнение перспективных требований по ограничению дымности и токсичности ОГ и снижение тепловой и механической напряженности в работе основных деталей. Конкретными задачами исследований являются:

1. Определение параметров.характеризующих качество впускного канала (ВК) и связь их с совершенствованием процессов смесеобразо- " вания,увеличением наполнения и снижением внутренних затрат в двигателе,а также разработка способов доводки ВК;

2. Определение основных закономерностей изменения индикаторного |г\ и механического КПД г? .коэффициента наполнения » ,параметров динамики процесса сгорания,дымности и токсичности ОГ при совершенствовании качества смесеобразования (путём изменения характеристи-

ки топливоподачи,интенсивности вихревого движения заряда,диаметра горловины камеры сгорания (KG) d_w=^ и числа сопловых отверстий v..распылителе 1_С0 «расположения факелов_тошшва в объёме КС и др.) и увеличении относительного объёма КС V₀.,Vp (соответственно при. сборке и работе двигателя);

3. Разработка методов оценки качества и способов.доводки выпускного канала (БыпК) и элементов конструкции двигателя,способ-ствующих снижению внутренних затрат в двигателе и увеличению п ;

4. Определение связи индикаторного и эффективного КПД -g_e» а также других показателей процесса тепловыделения с элементами конструкции дизеля и режимами его работы.

Научная новизна. Разработаны принципы формирования основных параметров рабочих процессов,обеспечивающие получение требуемых экономических и экологических характеристик ТД.

" Определена связь формирования процессов тепловыделения,индикаторного КПД,тепловых потерь и тепловых потоков с элементами конструкции и режимами работы двигателя. Установлены факторы.определяющие целесообразные размеры и форму КС и отношение хода пораня к диаметру-цилиндра S=k. Определены закономерности и способы управления оптимизацией процессов смесеобразования и сгорания в ТД с учётом рационального формирования процессов газообмена,внутренних затрат и элементов конструкции двигателя.

Разработаны критерии качества и способы доводки ВК и БыпК" в головке цилиндра под заданную организацию рабочих процессов в ТД.

Практическая ценность работы.

1. Разработаны инженерные методики определения параметров и способов доводки ВК и БыпК дизеля.а также способы реализации их геометрии в головке цилиндра. Разработана методика определения скорости вихревого движения заряда в цилиндре и КС дизеля при сжатии.

2. Определены закономерности для совокупной оптимизации рабочих процессов в ТД и установлены принципы целесообразного выбора размеров и формы КС,распылителя форсунки,топливной аппаратуры (ТА), конструкции внутрицилиндрового пространства дизеля,ВК и БыпК,элементов газообмена и др. Использование этого на стадии проектирования нового дизеля позволяет уже на макетном его образце в начальный период испытаний достигать проектный уровень основных показателей. Примерами таких разработок являются ТД:. ЯМЗ(КамАЗ)-740 <8Ч|), e_Bwflx*0,39 в 1968 г.;ЯМЗ-842,8421(8Ч-8ЧН||),^_е *0,403-.

-0,41 в 1973-1974 г. ;ЯМЗ-752(6ЧН^)' и Д-200(6Чн|), п\ о 45
в 1990 г. и другие. .' "14 се_тм >

3. Разработанные методы совершенствования рабочих процессов в ТД по отдельным элементам и в комплексе были использованы на всех стадиях доводочных работ по дизелям ЯМЗ и способствовали ускорению их совершенствования по топливной экономичности,снижению дымности и токсичности ОГ. Автор диссертационной работы руководил и принимал непосредственное участие в работах по:

а) совершенствованию рабочих процессов семейства дизелей серий-
ного производства (~ = -j) с целью выработки мероприятий для по
этапных их модернизаций (в...1980,1985,1988,1990-І99І гг),в ре
зультате которых уровень топливной экономичности был повышен (от
исходного) на ~14,5$ для дизелей без наддува (ретах** 0|4І5 в
1990 г.) и на~Ю% для дизелей с наддувом (0_о «0,421 в 1990 г),
а также'выполнены ограничения (в условиях серийного производства)
по дымности и токсичности ОГ. Экономический эффект в народном хо
зяйстве от эксплуатации двигателей ЯМЗ этапов модернизации только
за 1985 и 198.8 годы составляет порядка 45 млн.руб.в год;

б) созданию и отработке рабочих процессов дизелей ЯМЗ:

размерности j|= jlu Для-КамАЗа (8,шЩ), П_тм = 2600 мин^-1, Ме_я - 14,5-15,5j^ , 2_е^_ах^й 0,4 в 1968-1975 гг и для Кутаисского автомобильного завода (6Ч,6Чн||), п_ном = 2600-2200 мин , Jf_e„ =14,5 и 20-212^3 » 2в *⁰'^{4 и} О»⁴!⁵ в 1973-1983 г. Экономический эффект от реализации только двигателей ЯМЗ-КамАЗ-740 (8Чт|) в народном хозяйстве страны составляет порядка 65 млн.руб. в год;

размерности j| = j|Pj для ЯМЗ и Тутаевского моторного завода ПО "Автодизель" для трактора K-70IM,автомобилей МАЗ,БелАЗ,КрАЗ (8,124 и 8,IZ4Hg), П_иом= 1900-2300 мин"¹, \= 15-23|g, g^* 0,408-0,445 в 1973-1985 г. Планируемый в 1975 г. экономический-эффект от реализации этих двигателей в народном хозяйстве составлял ~62,6 млн.руб.в год;

новых образцов:ЯМЗ-750,751 (8Чн||), Jf_efl= 19-21. _бяк}х* 0,445-0,45 в 1987-1988 г.;ЯМЗ-752 (64H-p24j), УК- = 23*11, , ь*я

ТО. 10, <4 ' ^е/1 ЛМ^Э Сетах _Т

0,45 и Д-200(6ЧН^|, по заказу НИКТИД, Г.Владимир), п_нон= І750мин^_і,

' ^g"^Q» = т47 ^Ша> t^emin =ТЧІ г/кВт.ч в 1990 г.;
^рЄном ^х,л' Явном ^1У0

в) оказанию технической помощи в улучшении топливной экономич
ности и экологических показателей тракторных дизелей Д-37М Влади
мирского тракторного завода (в 1978,г. повышение о ' на ~1% на

' . . СЄ ном

опытных образцах двигателей) и дизелей Д-65Н Рыбинского ПО по мо-торостроению(в 1988 г. повышениеп на 4-10 при П_ид-П_мщтл обеспечении перспективных ограничений по дымности ОГ на опытных образ-цах двигателей).

4. Выявленные закономерности изменения показателей ТД и уело-

вия их рационального формирования при совершенствовании.смесеобразования и сгорания,увеличении наполнения,снижении внутренних затрат в двигателе,изменении отношения У₀ .элементов конструкции и режимов работы двигателя (влияющих непосредственно на повышение fj. и g,снижение дымности и токсичности ОГ, а также механической и тепловой напряженности основных деталей двигателя),служат дальнейшему развитию теории ДВС и позволяют на стадии проектирования. дизеля^прогнозировать его основные показатели.

Апробация работы и публикации.'Основные результаты диссертационной работы доложены и обсуждены: на научно-технических конференциях МАДИ (в 1968,1970,1984 гг) и ЯШ (в 1976,1981,1983,1985 гг);' на Всесоюзных научных конференциях:" Процессы смесеобразования и сгорания в быстроходных двигателях внутреннего сгорания"(Москва, 1973 г.) и "Рабочие процессы в двигателях внутреннего сгорания" (Москва,1978 и 1982 гг); на Всесоюзной научно-технической конференции "Проблемы создания и использования дизелей с высоким наддувом" (Харьков,1979 г.); на Всесоюзных семинарах по комбинированным^ДВС в МГТУ им.Н.Э.Баумана (Л 229,234,249,263,299,305,355 и 361 в 1980--1989 гг); на проблемных научно-технических семинарах кафедры ДВС ЛИИ (в 1987,1989 гг); на Втором всесоюзном научном семинаре "Совершенствование мощностных,экономических и экологических показателей ДВС (г.Владимир,1991 г.). По теме диссертации опубликовано 38 печатных работ (книга, статьи,учебное пособие,6 аннотаций) обдам объемом 30,7 печатных листов.

Автор выражает, искреннюю признательность специалистам и сотрудникам конструкторско-экспериментального отдела Ярославского моторного завода,совместная работа и творческие общения с которыми способствовали решению поставленных задач.