Введение к работе
Актуальность проблемы. В целях защиты окружающей среды от загрязнения продуктами сгорания по многих странах действуют как наї тональные, так и международные стандарты, ограничивающие предельно допустимое содержание вредных веществ s отработавших газах (ОГ) дизелей. Однако, в процессе сгорания топлива в двигателе, часть продуктов сгорания просачивается через зазор между поршнем и цилиндром и попадает в картер двигателя, іде смешивается с масляной аэрозолью, превращаясь в картерные іазьі (КГ). Во избежание возникновения в картерном пространстве значительного избыточного давления, отрицательно влияющего на герметичность уплотнений в двигателе. КГ эвакуируются в атмосферу через сапун, что делает их практически неучтенным заірязните-лем окружающей среды.
В 1990-х выбросы вредных веществ с отработавшими газами дизелей были существенно уменьшены за счет совершенствования рабочего процесса , использования каталитических нейтрализаторов ОГ и систем рециркуляции ОГ. применения противосажевых фильтров, а уровень выброса КГ в дизелях остался относительно постоянным. Поэтому доля выбросов из картера стала более весомой и может составлять от 10% до 25% всех выбросов из двигателя, в зависимости от его состояния и режима работы.
!>то обусловило в настоящее время в США и ряде стран Европы, а также Азии применять закрытые системы вентиляции картера (ЗСВК), которые обеспечивают возврат КГ" в цилиндры дизелей внедорожной техники, большегрузных аатомоби.чей. автобусов, морского транспорта и днжяъ-генераторных установок. Однако проблемы, возникающие в процессе их эксплуатации, связаны с рядом особенностей, имеющих место при функционировании подобных систем. Гак. давление в картере, коюрое могут обеспечивать устанавливаемые сегодня на дизелях клапанные ЗСВК находится в диапазоне ±100 мм вод.ст. ->го способствует интенсивному уносу масла из двигателя в случае избыточного положительного давления в картере и попаданию в него пыли и других твердых частиц через всевозможные уплотнения при значительною разрежения, что приводит к быстрому износу деталей двигателя и загрязнению картерного масла. Таким образом, все попытки повысить ресурс двигателя за счет улучшения фильтрации масла и воздуха, поступающею и двигатель, становятся малоэффективными.
В этой связи проблема разработки эффективной ЧС1Ж дизеля, обеспечивающей диапазон изменения давления в картере ±10 мм вод.сі.. и исследования ее влияния на выбросы вредных веществ с ОГ является актуальной.
Цель и задачи работы. Основная цель работы - определение параметров функционирования ЗСВК в составе быстроходного двухцилиндрового дизеля с неравномерным порядком работы цилиндров (1-2-0-0). с рециркуляцией КГ во впускную систему при поддержании давления в картере ±10 мм вод.ет. и оценка влияния перепуска КГ во впускную систему па изменение выбросов вредных веществ с ОГ дизеля.
Для достижения поставленных целей необходимо решение следующих задач:
I. Разработка математической модели теоретического никла двухцилиндрового дизеля с ЗСВК и методики расчет но-экеперимептальпых исследований;
Формирование удельного показателя, позволяющего оценивать степень загрязнения окружающей среды КГ при работе дизеля на различных режимах;
Проведение исследования функционирования ЗСВК и определение значений геометрических параметров ее элементов, обеспечивающих эффективность удаления КГ во впускной трубопровод двигателя и поддержание диапазона изменения давления в картерном пространстве ±10 мм вод.ст.;
Выполнение экспериментальных исследований влияния перепуска КГ во впускной трубопровод на изменение выбросов вредных веществ с ОГ дизеля.
Научная новизна работы:
1. Разработана математическая модель и программа расчета теоретического
цикла четырехтактного двухцилиндрового дизеля с неравномерным порядком
работы цилиндров и закрытой бесклапанной системой вентиляции картера, по
зволяющая с удовлетворительной степенью точности определять рациональные
параметры воздуха и картерных газов при и\ рециркуляции во впускную систе
му дизеля в зависимости от заданных геометрических параметров элементов
ЗСВК, а также от начальных и предельных условий се функционирования;
Установлена зависимость эффективного функционирования ЗСВК на двухцилиндровом дизеле с неравномерным порядком работы цилиндров от сопротивления основного и дополнительного воздухоочистителей;
Предложен удельный показатель, позволяющий сравнивать степень загрязнения окружающей среды КГ при работе двигателя на различных режимах;
4. Определено, что изменение выбросов вредных веществ с ОГ при рецирку
ляции КГ во впускной трубопровод дизеля не превышает 6%.
Практическая ценность. Разработанная математическая модель и программа расчета теоретического цикла двухцилиндрового дизеля с ЗСВК позволяет с необходимой практической степенью точности определять показатели работы системы с учетом заданных условий функционирования ЗСВК. Результаты научной работы по исследованию ЗСВК переданы ООО «ВМТЗ» для использования при освоении производства и установки на серийных дизелях воздушного и жидкостного охлаждения. Они применяются в учебном процессе на кафедре «Тепловые двигатели и энергетические установки» (ТД и ЭУ) Владимирского государственного университета (ВлГУ).
Основные положения диссертации, выносимые на защиту:
Расчетная схема двухцилиндрового дизеля с ЗСВК и разработанная в соответствии с ней математическая модель теоретическою цикла дизеля, учитывающая рециркуляцию КГ во впускной трубопровод;
Методика расчетно-экспериментальных исследований ЗСВК:
Результаты расчетно-экспериментальных и эксплуатационных исследований ЗСВК;
Результаты экспериментальных исследований влияния перепуска КГ во впускной трубопровод на изменение выбросов вредных веществ с ОГ дизеля.
Апробация работы. Диссертационная работа доложена и одобрена на заседании кафедры «Тепловые двигатели и энергетические установки» ВлГУ (июнь 2008 г.). Г.е отдельные разделы докладывались на XI Международной научно-технической конференции ы ВлГУ (май 2008 г.).
Публикации. По результатам диссертации опубликовано 5 работ.
Объем работы. Диссертация содержит 105 страниц основного текста с 32 рисунками и 20 таблицами, состоит из введения. 4 глав, заключения, списка литературы из 70 наименований (50% на иностранном языке) и 4 приложений.
