Содержание к диссертации
Введение
Глава I. Состояние вопроса, цель и задачи жслвдования
1.1. Исследование рабочего процесса дизелей при работе на бензинах и смесях их с дизельным топливом. 12- 1S
1.2. Применение газовых конденсатов в быстроходных дизелях 18-23
1.3. Влияние формы камеры сгорания на эффективность рабочего процесса... 24-33
1.4. Анализ зависимостей для расчета характеристики тепловыделения и показателей рабочего процесса . 33-38
1.5. Цель и задачи исследования. 38~41
Глава 2. Методика проведения исследований, экспериментальные стенди, приборы, измерительная аппаратура и точность йшерений
2.1. Методика проведения исследований и обработки полученных результатов 42-44
2.2. Экспериментальные стенды для исследования рабочего процесса дизелей при работе на различных тошшвах 44-47
2.3. Измерительная аппаратура, методика и
точность измерений... 47-55
Глава 3. Расчетно-теоретичбскйе жслвдовавия параметров топливной струи, воспламеняемости тшлив с различными фйзико-хшическйми свойствами и динамики тепловыделения при ж сгорании 56-106
Исследование влияния физических свойств топлива, регулировок и режимов работы
двигателя на параметры топливной струи. 56~3
Выбор расчетной модели для определения цетанового числа 63~72
Определение периода задержки самовос пламенения 72.-82
Расчет характеристики тепловыделения и
показателей рабочего процесса 82-104
Выводы по главе 104 ~106
Экспершентмшое ^следование влияния фовш камеры сгораний, конструкции распылителя и регулировок двигателя на показатели рабочего процесса при работе на различных тшлйвах 107' 151
Проектирование камеры сгорания 107" 110
Исследование влияния формы камеры сгорания на показатели рабочего процесса двигателя при работе на дизельном топливе и бен зине 110-121
Разработка распылителя с подогревом топ лива перед впрыскиванием и его экспери ментальная проверка 121-129
Исследование рабочего процесса при работе двигателя на бензинах А-72, А-76, АИ-93 и смесях их с дизельным топливом.. 129-139
Исследование рабочего процесса двигателей 14 15/15 и ІЧН 18/20 при работе на газовых конденсатах 140 ~ 145
4.6. Разработка практических рекомендаций по применению различных тошшв, доводке рабочего процесса, проектированию и выбору конструктивных соотношений открытой камеры сгорания и распылителей для дизелей с
диаметром цилиндра 140-180 мм #5*- /48
Выводы по главе І48-/5/
Основные выводы и результаты /52-/53
Литература
- Исследование рабочего процесса дизелей при работе на бензинах и смесях их с дизельным топливом.
- Анализ зависимостей для расчета характеристики тепловыделения и показателей рабочего процесса
- Экспериментальные стенды для исследования рабочего процесса дизелей при работе на различных тошшвах
- Выбор расчетной модели для определения цетанового числа
Введение к работе
В принятом ХХУІ съездом КПСС Постановлении об "Основных направлениях экономического и социального развития СССР на 1981-1985 гг. и на период до 1990 года" намечена широкая программа дальнейшего развития всех отраслей топливно-энергетического комплекса.
Особое внимание уделяется сокращению потребления нефти и нефтепродуктов, экономии дизельного топлива, увеличению выпуска газовых конденсатов и наиболее полному их использованию.
Решение важных задач по экономии топливно-энергетических ресурсов требует проведения углубленных исследований и практических работ, направленных на расширение топливной базыДВС.
Советскими исследователями высказывается мнение, что значительное распространение для дизелей может получить топливо широкого фракционного состава, выкипающее в пределах от 60 до Э60 С // /. Его пригодность доказана, в частности, испытаниями Л.В.Ма-лявинского, Ю.Б.Свиридова, М.М.Вихерта, А.А.Муталибова, АЛ.Став-рова, Э.ВЛьядичева и др. / 2., 5, 4 /.
В нашей стране имеются весьма значительные запасы газовых конденсатов, которые составляют примерно 10$ от запасов нефти. Вывоз их из районов добычи, также как и доставка туда дизельного топлива, не всегда экономически целесообразны. В этой связи возникает проблема использования газовых конденсатов в чистом виде в качестве топлива для дизелей на местах его добычи.
С учетом баланса производства и потребностей ряда отраслей практическое значение, по-прежнему, представляет расширение применения для двигателей топлив в диапазоне от стандартного дизельного топлива до автомобильных бензинов. Важное значение эта проблема преобретает в особый период.
В работе /5/ отмечается, что топливом для высокооборотных дизелей в будущем будут служить дистилляты с ухудшенной воспламеняемостью, повышенным содержанием ароматических углеводородов и неблагоприятными низкотемпературными свойствами.
Проблема расширения ресурсов топлива для дизелей и наиболее рациональное их использование неразрывно связана с проблемой конвертирования двигателей существующих конструкций для работы на различных топливах.
Дальнейший прогресс дизелей, в свою очередь, в значительной степени зависит от решения ряда важных проблем, главной из которых является повышение эффективности рабочего процесса при одновременном форсировании без увеличения весогабаритньк показателей и обеспечении работы на различных топливах.
Решение указанной проблемы осуществляется путем совершенствования процессов топливоподачи, смесеобразования и сгорания.
На повышение эффективности рабочего процесса, а именно, улучшение топливной экономичности, снижение динамических показателей, дымности и токсичности отработавших газов значительное влияние оказывает выбор рациональной формы камеры сгорания и согласование количества, направленности и характеристик топливных струй с ее конструктивными особенностями.
В двигателях с диаметром цилиндра 140-180 мм при работе на дизельном топливе широкое применение нашли открытые камеры сгорания, у которых отношение диаметра камеры к диаметру цилиндра dfsc/% > 0,75.
Однако недостаток опыта и ограниченность публикаций по исследованию и доводке рабочего процесса двигателей с открытыми камерами сгорания при работе на топливах различного фракционного и углеводородного состава ограничивает возможности применения для дизелей рассматриваемого класса широкого ассортимента топлив.
Благодаря широкому применению ЭВМ значительное распространение получили методы математического моделирования рабочих процессов двигателей, в основу которых положены закономерности выделения теплоты при горении топлива.
В связи с этим нахождение закономерностей динамики тепловыделения и установление их функциональных связей с показателями рабочего процесса и факторами, характеризующими качество сгорания в двигателе, преобретает первостепенное значение.
Вместе с тем известные зависимости для расчета скорости сгорания требуют корректировки и оценки опытных констант с целью их применения для определения показателей рабочего цикла дизелей с открытой камерой сгорания при работе на широкой гамме топлив.
В этой связи разработка инженерных методов расчета характеристики тепловыделения для моделирования показателей рабочего процесса дизеля при переводе его с одного сорта топлива на другой, определение рациональных условий организации смесеобразования и сгорания с целью обеспечения эффективной работы четырехтактных высокооборотных двигателей с открытыми камерами сгорания
на дизельном топливе, газовых конденсатах, автомобильных бензинах
ю А-72, А-76, АИ-93 и смесях их с дизельным топливом представляет
весьма актуальную научно-техническую задачу и имеет большое практическое значение.
Представленная работа явилась частью комплексных исследований проводимых в ЦЕЩИ в I977-1982 гг. в соответствии с тематическим планом, направленным на выполнение постановлений ЦК КПСС и Совета Министров СССР № 1199 от 24.12.80 "О мерах по дальнейшему повышению технического уровня ДВС", ГКНТ СССР по проблеме 0.13.07
"Создание и освоение производства новых типов ДВС с улучшенной топливной экономичностью и увеличенными ресурсами".
Основные результаты работы опубликованы в трех статьях и двух отчетах по теме 15-770 "Повышение мощности многотопливных дизелей за счет форсирования по среднему эффективному давлению и скорости поршня", її гос.регистрации 77014924, и по теме 15-879 "Разработка перспективных способов организации рабочего процесса высокооборотных дизелей с диаметром цилиндра 85-150 мм", її гос. регистрации 79919894.
Основные научно-технические и практические результаты, которые выносятся на защиту, следующие:
Показано, что расширение ассортимента топлив для дизелей с открытой камерой сгорания и диаметром цилиндра 140-180 мм возможно за счет применения топлив различного фракционного и углеводородного состава: дизельного, смесей его с автомобильными бензинами, газовых конденсатов, а в некоторых случаях чистых бензинов А-72, А-76, АИ-93.
Для высокооборотного дизеля разработаны: открытая камера сгорания с относительным диаметром сСкс =0,74-0,76, глубиной Нк =0,12-0,13 и распылитель с конструктивными соотношениями 9x0,25x150. Результаты экспериментов показали, что их применение на двигателе ГЗН 15/15 с частотой вращения до /2 =2600 мин"1, форсированного наддувом до рмі =1,2 МПа, и степени сжатия с =16 позволило при неизменном угле начала нагнетания топлива обеспечить эффективный рабочий процеос с использованием широкой номенклатуры товарных моторных топлив: дизельного, бензинов А-72, А-76, смесей дизельного топлива с бензинами А-76, АИ-93 при содержании бензинов в смесях не более 80%. Увеличение значений удельного индикаторного расхода низкоцетановых топлив по сравнению с дизельным не превышает 15$ и достигает ^ =210 г/(кВт.ч), а максимальное давление цикла рта)с =12 Ша.
-/0-
S. Экспериментально установлено,.что увеличение угла столкновения топливной струи с боковой стенкой камеры сгорания от 45 до 85 и одновременное уменьшение надпоршневого зазора с 4,5 до 1,2-2,5 мм при работе на дизельном топливе приводит в среднем к улучшению топливной экономичности на Ъ%, снижению максимального давления цикла на 8$ и максиглальной скорости нарастания давления на 12$.
Сформулированы требования, на основании которых спроектирован и изготовлен опытный распылитель, обеспечивающий подогрев дизельного топлива перед впрыскиванием от стенок корпуса распылителя за счет теплоты газов в камере сгорания до температуры 180 С. С применением разработанного распылителя топливная экономичность улучшается на 3%.
Установлено, что характер изменения скорости тепловыделения в значительной степени определяется совокупностью пяти параметров, характеризующих: угол, при котором достигается максимум скорости сгорания; количество топлива, выгоревшего к этому моменту; угол при котором величина полезного тепловыделения достигает наибольшего значения; интенсивность сгорания за периоды от начала самовоспламенения до моментов достижения максимумов скорости сгорания и полезного тепловыделения.
Предложена инженерная методика расчета характеристики тепловыделения, основанная на использовании полученных в данной работе зависимостей для определения цетанового числа, действительного угла опережения впрыскивания, периода задержки самовоспламенения топлива и параметров характеристики тепловыделения.
Доказано, что применение разработанной методики расчета характеристики тепловыделения позволяет быстро и с удовлетворительной точностью определять показатели рабочего процесса двигателя с наддувом и без него при работе на дизельном топливе, бензинах
-//-
A-72, А-76, АИ-93, смесях их с дизельным топливом, легких газовых конденсатах.
Автор приносит благодарность научному руководителю т.Семенову Б.Н. , а также сотрудникам отдела рабочих процессов двигателей и химмотологического отдела тт.Сафонову В.К., Матвееву В.В., Лазурно В.П., Волковой И.А., Корневой I.A. за помощь, оказанную при выполнении настоящей работы.
-12.-
Исследование рабочего процесса дизелей при работе на бензинах и смесях их с дизельным топливом.
Основные трудности/ в организации рабочего процесса возникают в случае применения топлив с пониженной воспламеняемостью (бензины и смеси их с дизельным топливом). Эти трудности проявляются как на пусковых, так и на основных режимах работы и обусловлены тем, что топлива с различным фракционным составом резко отличаются по своим физико-химическим свойствам.
Известно, что наибольшие технические трудности возникают в случае приспособления для работы на различных топливах 4-х такт-ных дизелей с открытыми камерами сгорания.
Показателен в этом отношении четырехтактный серийный танковый двигатель с турбонаддувом фирмы Континентал модели A WDS _ 1790-21 ( Ре =515 кВт при ҐІ =2400 мин ). Применение в этом двигателе оптимальной для дизельного топлива степени сжатия с =16, при которой достигался удельный эффективный расход топлива tnm =2S9 гДкВт.ч) не позволило обеспечить его работу на бензине. Двигатель AVftS -I790-2A в настоящее время приспособлен к работе лишь на дизельном топливе и керосине типа УР -4.
Отечественный опыт показывает, что создание дизелей с открытыми камерами сгорания, приспособленных для работы на различных топливах, возможно, особенно в случае ограничения диапазона топлив бензинами с октановым числом до 80 ед. В результате исследований / В, 7, 8 / накоплен положительный опыт по обеспечению работы дизелей ЯМЗ, A-40I, А-650М на бензине А-72.
Наиболее трудные условия для самовоспламенения бензина имеют место в высокооборотных короткоходных и безнаддувных дизелях, что связано с пониженной температурой воздуха в конце сжатия, а также уменьшенным располагаемым временем процесса самовоспламенения.
В опытном двигателе с наддувом ІЧН 15/15 условия для самовоспламенения бензина улучшаются в связи с увеличением температуры и давления воздуха на впуске и, как показали исследования, проведенные автором настоящей работы /9 / , на бензине А-76 обеспечивается устойчивая работа дизеля во всем диапазоне нагрузок.
Большой комплекс исследований по обеспечению работы двигателей типа Ч и ЧН 15/15 на дизельном топливе и бензинах А-72, А-76, АИ-93 выполнен в НИЩ. Определялось влияние сорта топлива на индикаторный к.п.д., величину периода задержки самовоспламенения и среднего па объему давления в цилиндре, изучалась динамика тепловыделения.
Отмечается, что перевод двигателя с дизельного топлива на бензины сопровождается снижением мощности Ре на 8-10$ ( Bz , в-const)f увеличением температуры отработавших газов на 20-50 С при одновременном росте максимального давления цикла до 20$ // ?/.
В работе //// приведены результаты обработки экспериментальных индикаторных диаграмм быстроходных дизелей 14 и ІЧН 15/15 ( 8С =16,5), испытанных на дизельном топливе и бензине А-72 при работе по нагрузочным и регулировочным характеристикам в диапазоне давлений на входе в двигатель fU =0,1-0,2 Ша и tl =2600 мин" . Указывается, что средние по объему цилиндра величины максимального давления цикла (ртах)Ср оказываются существенно меньше, регистрируемых измерительной аппаратурой величин /k x . При работе на бензинах это различие составляет 1,3-4,0 Ша или 7-40$ /10/.
На бензине АИ-93 /12/ дизель ІЧН 15/15 пускается после повышения давления всасываемого воздуха от компрессора и может устойчиво работать в узком диапазоне нагрузок ( /е =100-70$, VJ = =17 22 п.к.в.). Показатели рабочего процесса в этом случае не приведены.
Для организации рабочего процесса быстроходного транспортного двигателя с турбонаддувом на бензине АИ-93 применен и исследован способ предварительного впрыскивания части топлива во впускной коллектор (ВТЕК) / /5 /. Использование системы ВТЕК в дизеле типа ЧН 15/15 позволило в области высоких нагрузок (80-100$) обеспечить получение близких параметров при работе на бензине АИ-93 и дизельном топливе ДС. Потери мощности на бензине АИ-93, по данным авторов, не превышают 3-4$. Указывается, что для сохранения эффективности системы на средних и особенно малых нагрузках необходимо применение специальных мероприятий, повышающих стабильность работы основной топливоподающей системы при малых цикловых подачах топлива, а также обеспечение подогрева всасываемого воздуха до температуры Т 1 =350 360 К. Допустимый уровень значений максимального давления цикла /}иах =12 Ша поддерживался регулированием угла начала нагнетания топлива, что вызывает определенные неудобства в условиях эксплуатации.
К сожалению не исследовалось влияние предложенного способа ВТВК на эффективность рабочего процесса при использовании широкой гаммы топлив, в частности, дизельного и смесей его с бензинами. Различные системы двухфазной и ступенчатой подачи топлива пока не нашли практического применения из-за сложности конструкций и недостаточной надежности.
Анализ зависимостей для расчета характеристики тепловыделения и показателей рабочего процесса
Важнейшим условием правильного расчета индикаторной диаграммы и показателей рабочего цикла дизеля является достоверность принятого закона тепловыделения. На практике закон выделения теплоты чаще всего задают по результатам анализа экспериментальных индикаторных диаграмм, снятых на двигателях различных типов. С целью его математического описания используются различные эмпирические и полуэмпирические зависимости /50,51,52./ .
Для моделирования частичных режимов с помощью зависимости Й.Й.Вибе могут быть использованы методы, предложенные в работах /53,54/, но при этом необходимо иметь характеристику тепловыделения, полученную на номинальном режиме. Известные зависимости и входящие в них эмпирические коэффициенты справедливы только при работе на дизельном топливе.
В этой связи имеющиеся рекомендации по выбору коэффициентов во многих случаях не могут быть использованы, особенно при моде лировании рабочего процесса в случае работы на топливах резко отличающихся физико-химическими свойствами.
Обобщение результатов экспериментальных и теоретических исследований, проведенных в МДЦИ и данных, полученных другими исследователями, позволило получить полуэмпирические выражения для расчета ряда показателей фазы быстрого сгорания в дизелях без наддува с объемно-пристеночным смесеобразованием при работе на топливах различного фракционного относительная скорость тепловыделения ( %
Особенностью предлагаемых уравнений является отсутствие в них эмпирических коэффициентов, за исключением численного коэффициента в уравнении (1.3). Однако необходимость в определении массы испарившегося топлива вносит значительные трудности при использовании для расчета предлагаемой методики. Кроме того приведенные выше уравнения требуют дополнительной экспериментальной проверки и уточнения для расчета показателей фазы быстрого сгора-.ния в дизелях с наддувом.
В работе /55/ для расчета показателей рабочего процесса дизелей типа Ч 17,5/24 используется численное моделирование на ЭВМ. Б качестве характеристики тепловыделения использована зависимость в упрощенной форме двухсложной функции И.И.Вибе: исп / ,л к2 Г / & \ ц исп tn и» / V- \Ш + где индексом "исп" обозначены параметры тепловыделения испытуемого сорта топлива. Относительное количество топлива, сгорающего по взрывному механизму определяется по выражению /52/: исп п /dK\max , л Xr = fe re(?r)v , (1.6) где %t - угол, соответствующий максимальной скорости сгорания; fdx\ а- максимальная относительная скорость сгорания, которая L определяется на основании обобщенной зависимости в ви де 4 / 1к\ лехр(-аг) ,т „, где oi - стехиометрическое воздушно-топливное отношение; Л - среднее воздушно-топливное отношение к концу X П. - частота вращения вала; fyjCtjD - опытные коэффициенты. Показатель характера сгорания Пг и г определяется по известным соотношениям И.И.Вибе /51/ ,
Составляющие формулы (1.5) определялись по приведенной на рис. 1.2 номограмме, полученной обобщением результатов обработки индикаторных диагршлм дизеля Ч 17,5/24 с камерой сгорания ШН (М-процесс) при работе на различных сортах топлива (от дизельного до мазутов) и аналитических зависимостей, приведенных выше. Номограмма связывает плотность, цетановое число и среднюю температуру выкипания применяемого топлива с параметрами функции тепловыделения в указанном типе дизеля. Однако, предложенная номограмма не учитывает такие весьма важные характеристики двигателя, как способ смесеобразования, уровень форсирования, быстроходность, значительно влияющие, как известно, на параметры тепловыделения. В этой связи номограмма не может быть использована для определения параметров характеристики тепловыделения в дизелях с открытыми камерами сгорания.
Кроме того/ использование предложенной номограммы вносит существенные погрешности в определение параметров характеристики тепловыделения при работе двигателя на топливах более легких, чем дизельное.
В исследованиях /11,56 / закон тепловыделения предлагается аппроксимировать двумя линейными участками, характеризующими фазы кинетического и диффузионного горения топлива. Для этого используют четыре параметра: фазы начала воспламенения н , достижения максимального давления цикла V и конца тепловыделения У . , а также долго теплоты Xg , выделившейся в фазе быстрого горения.
Экспериментальные стенды для исследования рабочего процесса дизелей при работе на различных тошшвах
В качестве объектов исследований были использованы четырехтактные одноцилиндровые опытные дизели 14 15/15, изготовленный Барнаульским заводом транспортного машиностроения им. В.И.Ленина и 14 18/20, изготовленный заводом "Звезда". Опытный двигатель 14 15/15 специально предназначен для проведения исследований при работе на различных топливах от дизельного до бензинов. С целью предотвращения образования паровых пробок в топливной системе перед ТНВД в случае работы на бензинах осуществлялась постоянная циркуляция топлива через ТНВД и расходный топливный бак. Кроме того путем регулировки тошшвоподкачивающего насоса повышалось давление подкачки топлива до 0,25-0,30 Ша.
Основные технические данные дизеля 14 15/15 приведены в таблице 2.2.
Экспериментальный стенд (рис. 2.1) состоит из нагрузочного устройства (гидротормоз ГТ-330) и двигателя 14 15/15 с системами водоснабжения; масляной системы с навешанным на двигатель шестеренчатым масляным насосом, фильтром и теплообменником; системы охлаждения двигателя с расширительным баком и теплообменником; топливной системы, включающей тошшвоподкачивающий насос ШК-І2ТК весы для замера расхода топлива, расходные баки и фильтрущие элементы.
Оборудование стенда позволяло проводить испытания двигателя как без наддува, так и с наддувом.
Наддув дизеля осуществлялся от автономного ротационного компрессора PK-6/I. Максимальное абсолютное давление наддувочного воздуха, создаваемого компрессором, составляло fU =0,19 МПа. Условия работы турбины имитировались установкой в выпускном тракте диафрагмы с проходным сечением, соответствующим проходному сечению соплового аппарата турбины развернутого двигателя. Ос-циллографирование давления в выпускном и всасывающем каналах двигателя и обработка полученных данных показали, что импульс давления в выпускном канале обеспечивает баланс мощности турбины и компрессора.
Определение исходного режима номинальной индикаторной мощности без наддува для дизеля 14 15/15 основывалось на данных завода-изготовителя по значениям механического КОД ( ) серийного двигателя 64 15/15. При ij =0,75 (для двигателя с пятиколеч-ными поршнями) и эффективной цилиндровой мощности на номинальном режиме Ре. =37 кВт. Значение индикаторной мощности составило Pi =49 кВт, а номинальное значение среднего индикаторного давления-/ =0,87 МПа. Эти уровни форсирования были приняты за исходные при выполнении настоящей работы.
В процессе проведения экспериментальных работ производился контроль и измерения всех исследуемых параметров, характеризующих как показатели рабочего процесса, так и работу двигателя в целом. На всех одинаковых режимах поддерживалось идентичное тепловое состояние, характеризуемое температурой масла и охлаждающей воды.
При работе дизеля 14 15/15 на исследуемых режимах проводилось осциллографирование и индицирование давления в цилиндре, осциллографирование давления топлива, фаз топливоподачи, отметок угла поворота коленчатого вала. Перед проведением исследований проверялась тарировка гидротормоза, термопар, а также проверялись паспортные данные всех приборов.
Параметры, характеризующие работу опытного двигателя, определялись по зависимостям, приведенным в таблице 2.3. Измеряемые параметры, приборы и точность измерений приведены в таблице 2.4.
Измерения температуры топлива перед распиливающими отверстиями были выполнены термоэлектрическим преобразователем СШ) градуировки ХА, состоящим из кабеля КТМС, наружный диаметр которого равен 0,3 мм и термоэлектродов 8 диаметром 0,05 мм, рис. 2.2.
Горячий спай ТП образовывался контактной конденсаторной сваркой предварительно зачищенных термоэлектродов с наружной оболочкой кабеля. Герметичность горячего спая проверялась путем опускания холодного ТП в горячую воду.
Выводы от свободных концов ТСС выполнялись хромелевым и алю-мелевым проводами 7 (рис. 2.2) диаметром 0,5 мм. Для установки ТП в корпусе форсунки и щелевом фильтре были рассверлены отверстия, через которые ТП вставлялся в один из топливоподводящих каналов распылителя, как показано на рис. 2.2. При этом конец ТП в опытном распылителе находился в месте соединения топливо-подводящего канала с камерой под иглой, рис. 2.2 а. В серийном распылителе конец ТП устанавливался в дифференциальной полости, рис. 2.2 б.
Выбор расчетной модели для определения цетанового числа
Перед проведением экспериментальных исследований по влиянию формы КС на показатели рабочего процесса были сняты регулировочные характеристики с различными значениями геометрического начала нагнетания топлива и нагрузочные характеристики с использованием плунжеров различного диаметра при работе двигателя 14 и ІЧН 15/15 с камерой сгорания Ш I и опытными камерами Ж 2,3. Угол начала нагнетания топлива в изменялся в диапазоне 25 32 п.к.в. до БМТ, а плунжеры испытывались четырех типоразмеров (с диаметрами 9,10,11,12 мм).
Исследования показали, что наибольшая эффективность рабочего процесса, а именно высокая топливная экономичность с приемлемыми значениями Рта. достигается при 6 =28-30 п.к.в. до БМТ. Испытания же плунжерных пар свидетельствуют, что наибольшая эффективность рабочего процесса дизеля без наддува во всем диапазоне режимов работы и на частичных режимах двигателя с наддувом достигается при использовании плунжера диаметром 10 мм. В случае форсирования дизеля наддувом до р =1,2 Ша наибольшая эффективность рабочего процесса имеет место при работе с плунжером диаметром 12 мм.
Согласование формы опытных камер сгорания и распределения топлива в них осуществлялось путем изменения ориентации топливных струй в объеме камеры, а именно угла конуса струй топлива и виступання распылителя в полость камеры. На основе экспериментов установлено, что в случае использования опытных камер сгорания наилучшие результаты обеспечивает распылитель с углом конуса топливных струй - 150, т.е. 9x0,25x150. Так, исследования опытной КС № 4 и двух типов распылителей: 9x0,25x160 и 9x0,25х х150 (рис. 4.2) показали, что удельный индикаторный расход топлива и температура отработавших газов в обоих случаях остаются практически неизменными. Максимальное же давление цикла, при использовании распылителя с углом конуса между струями равным 160, имеет значения на 0,3-0,4 Ша выше. Полученный результат является следствием увеличения доли распыленного топлива, попадающего в объем надпоршневого зазора (особенно в районе выточек под клапаны) и подготавливающегося к сгоранию за If в случае применения распылителя 9x0,25x160.
Результаты, показывающие влияние на показатели рабочего процесса величины выступания распылителя в полость КС свидетельствуют о том, что увеличение толщины прокладки под форсункой с 4 до 6 мм незначительно влияет на экономичность, температуру отработавших газов и максимальное давление цикла. Исключение составляет лишь максимальный выход распылителя в полость камеры (при толщине прокладки 2 мм).
Выполненные расчеты и осмотр поршня после испытаний показали, что при таком положении форсунки происходит касание топливными струями днища поршня (вытеснителя), что приводит к ухудшению топливной экономичности.
Влияние угла столкновения топливной струи со стенкой камеры сгорания изучалось по результатам проведения сравнительных испы х7гол столкновения топливной струи со стенкой камеры сгорания - это угол между осью топливной струи и касательной к точке ее пересечения с поверхностью камеры сгорания. таний КС № I и опытных камер Ш 2,3.
На рис. 4.3 представлены исследованные КС и расположение топливных струй в момент самовоспламенения по результатам расчетов с учетом закона движения поршня.
Результаты сравнительных экспериментальных исследований рабочего процесса дизеля без наддува с камерой сгорания № I и опытной Ш 2 при оптимальных для каждой камеры регулировках (рис. 4.4, 4.5) показали, что при работе с КС № 2 значения ftnax снижаются на 0,6-1,0 МГСа, а температура отработавших газов на 50-70 С.
Удельный расход топлива при И =2600 мин уменьшается на 10-12 гДкВт.ч), а при П =1600 мин"1 на 4-Ю гДкВт.ч).
Кроме того установлено, что на всех режимах работы происходит снижение дымности отработавших газов. Наибольшее снижение дымности с 4,5 до 2,2 ед. по Бошу отмечается при частоте вращения И =1600 мин . В то же время несколько возрастает содержание окиси углерода СО в отработавших газах. Можно предположить, что снижение дымности и, как следствие этого, увеличение выхода СО происходит в результате рационального распределения воздуха по радиусу КС в опытной камере.
Применение КС № 2 сопровождается меньшей жесткостью работы двигателя. Из рис. 4.4 видно, что максимальная скорость нарастания давления vrAttf tnax снижается на 0,15-0,25 МПа/град.
Преимущества опытной КС Ш 2 перед КС № I проявляются и при форсировании двигателя наддувом. Представленные на рис. 4.6 результаты показывают, что в случае работы с опытными камерами Ш 2,3 независимо от частоты вращения значения ртах на 0,8-1,2 МНа ниже, чем при работе дизеля с камерой № I.
