Введение к работе
Актуальность темы
Изменения в экономике повлекли за собой расширение, ти-поразмерного ряда дизельных двигателей, используемых в ее отраслях. Появился класс малогабаритных дизелей. Потребность в этих дизелях неуклонно растет как внутри республики, так и в других странах СНГ. Одновременно возрастают требования к их экономичности, экологической безопасности, надежности, долговечности. Как следует из опыта создания и доводки дизелей, решение большинства этих задач напрямую связано с совершенством рабочего процесса. Качество, этого процесса определяется удовлетворительным сочетанием конструктивных параметров камеры сгорания, рациональным распределением топлива в пространстве камеры сгорания, газодинамическими и термодинамическими параметрами воздушного заряда.
Влияние на показатели цикла имеет многофакторный неравновесный, а порой и противоположный характер, из чего следует задача многофакторной оптимизации, которая решается путем расчетно-эксперимеитальных исследований. Использование методов математического планирования многофакторного эксперимента и обработки его результатов методами математической статистики позволяет получить зависимости, функционально связывающие исследуемые факторы, что значительно повышает эффективность работ по совершенствованию рабочего процесса (РП).
Разработка математической модели рабочего процесса, адекватно отображающей реальные объекты, позволяет значительно уменьшить затраты на доводку процесса или поставить машинный эксперимент, реализация которого из-за технологических особенностей изготовления опытных деталей и узлов затруднена, а порой и невозможна. Математическая модель дает возможность проведения многопараметровой оптимизации.
Достижение высоких технико-экономических показателей дизелей за счет выбора рациональных параметров камеры сгорания (КС) и согласования их с топливными факелами (ТФ) является актуальной задачей, так как этот путь наименее трудоемкий и материалоемкий и приводит, как правило, к хорошим результатам.
Цель и задачи исследования
Основной целью диссертационной работы является определение конструктивных параметров камеры сгорания и располо-
жения топливных факелов, повышающих мощностные и экономические показатели малогабаритного дизеля.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
определить подходы и выбрать методы разработки и уточнения моделей рабочего процесса и процесса топливоподачи;
разработать конструкторскую документацию экспериментальных образцов деталей, методику проведения экспериментальных исследований для получения многофакторных регрессионных зависимостей изменения показателей цикла, проведения сравнительного анализа показателей цикла малогабаритного дизеля, укомплектованного серийными и опытными деталями и узлами, установления адекватности выходных параметров математической модели параметрам цикла реального дизеля;
разработать методику расчета течения топлива под запорной иглой распылителя и в сопловых отверстиях, позволяющих получать характеристики распределения топлива в пространстве камеры сгорания, уточнить методику расчета угловых координат осей сопловых отверстий, уточнить модель процесса смесеобразования с учетом особенностей распределения топлива с последующим выходом на расчет основных показателей цикла и проведением поиска удовлетворительного расположения форсунки;
на осгібвании результатов расчетных и экспериментальных исследований разработать практические рекомендации по рациональному расположению топливных факелов и их согласованию с параметрами камеры сгорания.
Научная новизна полученных результатов
Впервые были получены регрессионные зависимости основных показателей цикла от конструктивных, особенностей полуразделенной КС типа ЯМЗ и параметров топливных факелов для малогабаритного дизеля.
Усовершенствованы методики расчета угловых координат осей сопловых отверстий и определения высоты точек контакта осей топливных факелов с боковой поверхностью камеры сгорания, за счет разработки уточненной методики определения расстояния, проходимого топливным факелом до достижения боковой поверхности камеры сгорания.
Усовершенствована гидродинамическая модель процесса топливоподачи путем разработки модели течения топлива в сопловых отверстиях и уточнения методики расчета площади проходного сечения между запорной иглой распылителя и её седлом.
Предложена зависимость для задания шага интегрирования дифференциальных уравнений гидродинамической модели топ-ливоподачй.
Представлены эмпирические зависимости для нахождения рационального расположения смещенной и наклоненной относительно оси камеры сгорания форсунки.
Усовершенствована квазимерная модель процесса смесеобразования и сгорания на основе независимости протекания этих процессов для каждого топливного факела.
На основании квазимерной модели рабочего процесса мало-Габаритного дизеля разработана методика многопараметровой оптимизации методом штрафных функций углового расположения осей сопловых отверстий.
Практическая значимость.
Разработан и внедрен на Гомельском заводе пусковых двигателей комплекс мероприятий по снижению дифференциации локальных коэффициентов избытка воздуха, благодаря чему достигнуто существенное улучшение экономических показателей. Удельный эффективный расход топлива снизился на 13 % и увеличилась эффективная мощность на 24%. Это явилось одним из основных условий для подготовки производства на Гомельском заводе пусковых двигателей нового семейства малогабаритных дизелей - МД.
Рекомендовано к внедрению:
для серийно выпускаемого дизеля уменьшить угол опережения впрыскивания топлива до 24 ...25 , что должно уменьшить индикаторный расход топлива на ~ 2 г/(кВтХч);
увеличить глубину камеры сгорания до 16,2 мм при диаметре камеры сгорания 40 мм при существующем диаметре сопловых отверстий, что позволит дополнительно снизить удельный индикаторный расход топлива на 2 .;.3 г/(кВтхч).