Введение к работе
Актуальность темы. Доля автомобилей с дизелями в общем количестве автомобилей в странах Европы выросла до 50 %. Анализ условий эксплуатации автотранспортных дизелей показывает, что от двигателя требуются повышенные динамические качества, способность быстро запускаться, разгоняться, в том числе с места, принимая нагрузку, длительное время работать в условиях меняющихся нагрузок и частот вращения. Т. е. в подавляющем большинстве случаев (до 80 - 85 % всего моторесурса) дизели в условиях эксплуатации работают на неустановившихся режимах (НУР). Опыт эксплуатации показал, что работа на НУР приводит к потере эффективности (мощности, крутящего момента, а следовательно производительности машины), снижению экономичности, повышению загрязнения
окружающей среды, снижению моторесурса и надёжности работы, сопровождается повышенной шумностью и т. д. по сравнению с аналогичными показателями, получаемыми при установившихся режимах (УР) работы в сходственных циклах (режимах) по положению регулирующего органа и частоты вращения вала. Повышение эффективности работы двигателя при НУР является актуальной проблемой двигателестроения. Правильная оценка возможной, достижимой степени загрузки двигателя при реализации НУР, повысит надёжность оценки эксплуатационной производительности машин с ДВС, что необходимо при планировании соответствующих работ.
Для России, где до 80 % территории находится в зоне низких температур окружающего воздуха, где автотракторная техника зачастую хранится на открытых площадках, а двигатели не оснащены средствами предпусковых прогревов, актуальным является обеспечение быстрого разгона (в том числе с места) после пуска холодного двигателя. Такие режимы важны также в случаях вынужденных экстренных пусков - разгонов двигателей специальной техники, машин обеспечения борьбы с чрезвычайными ситуациями, оборонной техники и т. д.
Существующие методы и средства повышения эффективности НУР дизелей как правило распространяются на случаи работы двигателей в области УР, т. е. скоростных режимов от минимальной до номинальной частот вращения. А в этих условиях дизель уже не является холодным, его тепловое состояние уже повысилось по сравнению с исходным даже при холодном пуске. А следовательно и применяемые в этих условиях методы и средства не рассчитаны на экстремально низкие температурные состояния двигателя. Этим ограничивается полнота решения проблемы.
Для дизелей автомобильного назначения наиболее важными эксплуатационными режимами являются режимы разгона, которые зачастую могут осуществляться от пусковой частоты, т. е. сразу после пуска, в том числе холодного.
В ряде европейских стран законодательно установлена необходимость остановки (выключения) двигателя при стоянке перед светофорами (с числовой индикацией времени стоянки до включения сигнала, разрешающего движение). Такие режимы важны при трогании с места после стоянки у тротуара и т. д. Особенно важны такие режимы для боевых машин при экстренном пуске и приёме нагрузки.
Целью диссертационной работы является разработка и исследование метода повышения эффективности неустановившихся режимов разгона холодного дизеля в условиях низких температур окружающего воздуха в широком диапазоне частот вращения, начиная от пусковой, путём изменения физико - химических свойств топлива.
Для достижения указанной цели в работе необходимо решить следующие задачи.
Проанализировать возможности метода повышения эффективности протекания неустановившихся режимов разгонов в диапазоне частот вращения от пусковой частоты холодного дизеля при низких температурах окружающего воздуха путём изменения физико - химических свойств топлива добавкой к основному топливу легко воспламеняющейся жидкости или сжиженного нефтяного газа.
Разработать и оценить количественные значения показателей качества протекания неустановившихся режимов в этих условиях.
Модернизировать систему топливопо дачи элементами регулирования начального давления для реализации метода.
Усовершенствовать математическую модель разгонов холодного дизеля при низких температурах окружающей среды в широком диапазоне частот вращении, начиная от пусковой, и провести необходимые численные эксперименты.
Методы исследования. В работе применены экспериментальные и расчётно - экспериментальные методы исследования, в том числе математическое моделирование неустановившихся режимов разгонов холодного дизеля при низких температурах окружающей среды в широком диапазоне частот вращения, начиная от пусковой.
Достоверность результатов экспериментальных исследований и результатов математического моделирования определяется достаточной точностью применявшегося оборудования и стендов, сходимостью результатов с результатами опубликованных экспериментальных исследований, обработанных с применением методов математической статистики.
Научная новизна работы заключается в том, что в ней разработан и исследован метод повышения эффективности режимов разгонов холодного дизеля в условиях низких температур окружающего воздуха в широком диапазоне частот вращения, начиная от пусковой, путём изменения физико - химических свойств топлива добавкой к основному топливу легко воспламеняющейся жидкости или сжиженного нефтяного газа через клапаны регулирования начального давления топливопо дающей системы. Уточнена математическая модель разгонов дизеля, учитывающая пониженное тепловое состояние двигателя. Расчётно - экспериментальными методами получены количественные значения показателей качества протекания неустановившихся режимов в экстремальных условиях по тепловому состоянию.
Практическая ценность работы заключается в том, что при реализации предложенного метода достигается повышение эффективности неустановившихся режимов разгона в широком диапазоне скоростных режимов, начиная от пусковых, в том числе холодного дизеля при низких температурах окружающего воздуха. Математические модели могут применяться для ускорения поиска рациональных показателей регулирования дизеля предложенным методом. Полученные количественные значения показателей качества процессов дизеля в указанных режимах позволяют
оценивать потери эффективности работы дизеля в указанных режимах и возможности их совершенствования.
Реализация результатов работы. Материалы исследования применяются при выполнении госбюджетной научно - исследовательской работы кафедры теплотехники и тепловых двигателей Российского университета дружбы народов, в учебном процессе, в том числе при подготовке магистерских и кандидатских диссертаций.
Апробация работы. Основные результаты работы были доложены на научных конференциях инженерного факультета РУДН в 2006 - 2010 г.г., на 84-м и 85 -м Всероссийских научно - технических семинарах в МГТУ им. Н.Э. Баумана в 2009 и 2010 г. г., а также на Международной конференции Двигатель - 2010, посвященной 180 - летию МГТУ им. Н. Э. Баумана, в ноябре 2010 г.
Публикации. По результатам исследований, вошедших в диссертацию, опубликованы одиннадцать работ, из которых восемь - в изданиях, входящих в перечень ВАК РФ.
Структура и объём работы. Объём диссертации 133 страницы. Она содержит введение, 4 главы основного содержания, общие выводы, приложение и список использованной литературы, включающий 105 наименований. Основное содержание изложено на 112 страницах машинописного текста, на 57 рисунках и в 23 таблицах.
Похожие диссертации на Повышение эффективности неустановившихся режимов работы автотракторного дизеля 4Ч11/12,5 изменением физико-химических свойств топлива
