Улучшение эксплуатационных показателей автотракторной техники совершенствованием работы двигателей на холостом ходу icon

Улучшение эксплуатационных показателей автотракторной техники совершенствованием работы двигателей на холостом ходу









НазваниеУлучшение эксплуатационных показателей автотракторной техники совершенствованием работы двигателей на холостом ходу
страница1/3
Уханов Денис Александрович
Дата конвертации03.03.2013
Размер0.57 Mb.
ТипАвтореферат
  1   2   3
На правах рукописи


Уханов Денис Александрович


УЛУЧШЕНИЕ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ АВТОТРАКТОРНОЙ ТЕХНИКИ

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕМ РАБОТЫ ДВИГАТЕЛЕЙ

НА ХОЛОСТОМ ХОДУ


Специальность 05.20.03 ЁC Технологии и средства технического

обслуживания в сельском хозяйстве


АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

доктора технических наук


Саратов ЁC 2009

Работа выполнена в Федеральном государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Саратовский аграрный университет им. Н.И. Вавилова»


Научный консультантдоктор технических наук, профессор

Загородских Борис ПавловичОфициальные оппоненты:доктор технических наук, профессор

Цыпцын Валерий Ивановичдоктор технических наук, профессор

Сенин Петр Васильевичдоктор технических наук, доцент

Истомин Сергей ВикторовичВедущая организацияГОУ ВПО «Саратовский государственный технический университет»


Защита состоится 24 апреля 2009 года в 12 часов на заседании диссертационного совета Д 220.061.03 при ФГОУ ВПО «Саратовский государственный аграрный университет им. Н.И. Вавилова» по адресу: 410056, г. Саратов, ул. Советская, 60, ауд. 325.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГОУ ВПО «Саратовский государственный аграрный университет им. Н.И. Вавилова»


Отзывы на автореферат направлять по адресу: 410012, г. Саратов, Театральная пл. 1, ученому секретарю диссертационного совета.


Автореферат разослан «_____»______________2009 г.


Ученый секретарь

диссертационного совета

Н.П. Волосевич


Общая характеристика работы

Актуальность темы. При остановках и стоянках автотракторной техники (тракторов, комбайнов, автомобилей и др.) с невыключенным двигателем последний работает на малых оборотах типового самостоятельного режима холостого хода (РХХ), который из-за пониженных цикловых подач топлива и некачественного смесеобразования характеризуется ухудшенным протеканием рабочего процесса в цилиндрах. Внешними признаками этого безнагрузочного режима являются нестабильная (неустойчивая) работа двигателя, непроизводительный расход топлива, повышенное содержание вредных веществ в отработавших газах и интенсивное нагаро- и смолоотложение на деталях и впускном тракте.

Хронометраж времени и замер расхода топлива у различной автотракторной техники при выполнении ими производственных функций показывают, что на типовом самостоятельном РХХ двигатели автомобилей работают 15-30%, с.-х. тракторов 4-29% и зерноуборочных комбайнов 5-16% фонда рабочего времени, сжигая при этом «впустую» (не производя полезной работы) соответственно 7-15%, 6-12% и 5-17% суммарного расхода топлива. В зимних условиях эксплуатации, и особенно в условиях Северных широт, время работы двигателей на РХХ еще более возрастает. Все это приводит к существенным потерям топлива и перерасходу денежных средств.

Таким образом, на самостоятельном РХХ двигатель расходует топливо, но при этом автотракторная техника полезную работу не выполняет. Однако этот режим объективно присущ поршневым ДВС, поэтому улучшить показатели самого двигателя и эксплуатационные показатели автотракторной техники можно только за счет принципиально новых подходов к реализации режима холостого хода.

В связи с этим исследования, направленные на улучшение эксплуатационных показателей автотракторной техники путем совершенствования работы двигателей на холостом ходу являются актуальными и практически значимыми для экономики страны и аграрного производства в частности.

Работа выполнена в соответствии с программой фундаментальных и приоритетных прикладных исследований по научному обеспечению развития агропромышленного комплекса Российской Федерации на 2006 ЁC 2010 г.г., по плану НИОКР Пензенского центра Поволжского отделения ООО «Российская академия транспорта», ФГОУ ВПО «Саратовский аграрный университет им. Н.И. Вавилова» и ФГОУ ВПО «Пензенская государственная сельскохозяйственная академия» при техническом содействии ОАО «Тракторная компания «Волгоградский тракторный завод», ГУП «Терновкаагросервис» г.Пенза, ООО «Евросервис-Беково» Пензенской области и Министерства сельского хозяйства Самарской области.

Цель исследований ЁC улучшение эксплуатационных показателей автотракторной техники путем совершенствования работы двигателей на холостом ходу за счет управляющих воздействий на орган топливоподачи, обеспечивающих периодически повторяющиеся такты отключения и такты включения подачи топлива.

Объект исследования ЁC процесс работы тракторных, комбайновых и автомобильных двигателей в типовом и экспериментальном режимах самостоятельного холостого хода.

Предмет исследований ЁC технико-экономические показатели двигателей на холостом ходу (дизели 4Ч 11/12,5 (Д-240), 4ЧН 13/14 (Д-440), 6ЧН 12/14 (СМД-31А), 8Ч 13/14 (ЯМЗ-238М2), бензиновые карбюраторные двигатели 4Ч 9,2/9,2 (УМЗ-414, ЗМЗ-402) и 4Ч 7,6/8 (ВАЗ-2103), бензиновый впрысковый двигатель 4Ч 8,2/7,1 (ВАЗ-2111)) и эксплуатационные показатели автотракторной техники (тракторы МТЗ-80 и ДТ-75М, з/у комбайн ДОН-1500, автомобили МАЗ-53366, ГАЗ-33021, ВАЗ-21061 и ВАЗ-2112).

Научную новизну работы представляют:

способ работы двигателей автотракторной техники на режиме самостоятельного холостого хода;

математическая модель управления работой двигателя в экспериментальном режиме холостого хода;

расчетно-теоретическое обоснование параметров управляющих воздействий и показателей рабочего процесса двигателей в экспериментальном режиме холостого хода;

критерии выбора нижнего значения интервала изменения частоты вращения коленчатого вала двигателя в цикле экспериментального режима холостого хода;

системы автоматического управления тракторными, комбайновыми и автомобильными двигателями в экспериментальном режиме холостого хода;

эксплуатационные показатели автотракторной техники с учетом работы двигателей на экспериментальном режиме холостого хода.

Новизна способа работы двигателей автотракторной техники на холостом ходу и устройств для его осуществления подтверждена патентами РФ на изобретения (№ 2170914, № 2204730, № 2296236, № 2302542).

Практическая значимость работы. Системы автоматического управления, реализующие разработанный способ (экспериментальный режим), позволяют существенно повысить эффективность работы автотракторной техники и улучшить технико-экономические и экологические показатели тракторных, комбайновых и автомобильных двигателей на холостом ходу.

При работе дизеля Д-240 трактора МТЗ-80 на экспериментальном режиме холостого хода (µ §400 мин-1) часовой расход топлива снижается в 2,2 раза, общая загрязненность поверхности поршней ЁC 1,9 раза, содержание продуктов износа в моторном масле на 10,4%, интенсивность закоксовывания распылителей форсунок ЁC 4,6%, содержание в отработавших газах оксида углерода, углеводородов и оксидов азота ЁC 20ЎK50% по отношению к типовому режиму (µ §800 мин-1). При этом погектарный и производительный расход топлива трактора, работающего с использованием экспериментального РХХ, уменьшился соответственно на 0,3 кг/га и 0,25 кг/мото-ч.

У дизеля СМД-31А зерноуборочного комбайна ДОН-1500 на эксплуатационных режимах с использованием экспериментального РХХ (µ §600 мин-1) суммарный расход топлива снижается в 1,09 раза, расход топлива на единицу выполненной работы комбайном на 0,01 кг/ц и 0,5 кг/га по сравнению с работой дизеля с использованием типового РХХ (µ §800 мин-1). При этом на экспериментальном РХХ концентрация в отработавших газах оксида углерода и углеводородов снижается в 1,2-1,4 раза по отношению к работе дизеля на типовом РХХ.

При работе дизеля ЯМЗ-238М2 автомобиля МАЗ-53366 на экспериментальном РХХ (µ §600 мин-1) часовой расход топлива снижается в 1,3 раза, содержание оксида углерода в отработавших газах на 14% по отношению к типовому РХХ (µ §600 мин-1). При этом путевой и транспортный расходы топлива с использованием типового РХХ составили соответственно 39,37 л/100 км и 4,54 л/100µ §, а с использованием экспериментального РХХ ЁC 38,96 л/100 км и 4,49 л/100µ §.

У двигателя ЗМЗ-402 автомобиля ГАЗ-33021, карбюратор которого оснащен электропневматическим клапаном ЭПХХ, при работе на экспериментальном РХХ (µ §800 мин-1) часовой расход топлива снижается на 8ЎK22% (в зависимости от типа системы зажигания) по сравнению с работой двигателя на типовом РХХ (µ §800 мин-1).

У двигателя ВАЗ-2103 автомобиля ВАЗ-21061, карбюратор которого оснащен электромагнитным клапаном ЭПХХ, часовой расход топлива на экспериментальном РХХ (µ §850 мин-1) снижается на 4ЎK10% (в зависимости от типа системы зажигания) по сравнению с типовым РХХ (µ §850 мин-1).

Достоверность результатов работы подтверждается сравнительными исследованиями дизельных и бензиновых двигателей в стендовых и эксплуатационных условиях с использованием тензотермометрической и осциллографической аппаратуры, контрольно-измерительных приборов и разработанных средств для воспроизведения экспериментального режима холостого хода на различной автотракторной технике. В работе применялись основные положения теории поршневых ДВС и эксплуатации машинно-тракторного парка, теории автоматизации быстропротекающих процессов с обработкой опытных данных на ПЭВМ.

Реализация исследований. Разработанный способ работы двигателей на режиме самостоятельного холостого хода и устройства для его осуществления (системы автоматического управления) внедрены в ОАО «Тракторная компания «Волгоградский тракторный завод» и в агропредприятиях Пензенской и Самарской областей.

Апробация работы. Основные положения диссертации и ее результаты доложены и одобрены на постоянно-действующих международных семинарах по проблемам эксплуатации ДВС и улучшению их показателей Санкт-Петербургского ГАУ (2000, 2002 и 2003г.г.) и Саратовского ГАУ (2002, 2006, 2007, 2008г.г.), научно-технических конференциях Пензенской ГСХА (2001-2007г.г.), Самарской ГСХА (2001, 2002, 2005, 2008г.г.) и Чебоксарского института (филиала) МГОУ (2005г.), международных научно-технических конференциях Мордовского государственного университета (2002г.), Пензенского государственного университета (2000, 2001г.г.), Пензенской ГАСА (2000, 2002г.г.), Приволжского Дома знаний (2000г.), научно-практических конференциях вузов Поволжья и Предуралья (2004, 2005г.г.), Всероссийских НПК Ульяновской ГСХА (2008г.) и Московского ГАУ (2008г.).

Системы автоматического управления работой двигателей автотракторной техники на экспериментальном РХХ экспонировались на V, VI и VII Всероссийской выставке «НТТМ-2005», «НТТМ-2006» и «НТТМ-2007» (г. Москва ЁC ВВЦ), IV Ярмарке бизнес-ангелов и инноваторов Приволжского Федерального округа (г. Саранск, 2006г.), VII Московском международном салоне инноваций и инвестиций (ВВЦ, 2007г.), I Инновационном форуме Пензенской области (2007г.), областных и городских выставках г.Пензы (2000-2003, 2007г.г.), где отмечены медалью и дипломами.

Публикации результатов исследований. По результатам исследований опубликовано 67 печатных работ, в т. ч. 13 статей в изданиях, указанных в «Перечне ЎK ВАК», получено 4 патента РФ, в т.ч. 2 патента на способ и устройство. Общий объем публикаций составляет 25,9 п.л., из них 13,4 п.л. принадлежит соискателю.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, шести разделов, общих выводов, списка использованной литературы из 316 наименований (в т.ч. 9 на иностранных языках) и приложения на 64 страницах. Работа изложена на 386 страницах, содержит 187 рисунков и 39 таблиц.

Научные положения и результаты исследований, выносимые на защиту:

способ работы двигателей автотракторной техники на режиме самостоятельного холостого хода;

математическое описание процесса управления работой двигателей автотракторной техники в экспериментальном режиме холостого хода;

расчетно-теоретическое обоснование состава топливовоздушной смеси, показателей рабочего процесса двигателей и эксплуатационных показателей автотракторной техники в экспериментальном режиме холостого хода;

параметры управляющих воздействий на орган топливоподачи и конструктивные варианты систем автоматического управления двигателей автотракторной техники в экспериментальном режиме холостого хода;

технико-экономические и экологические показатели (индикаторная мощность, удельный индикаторный расход топлива, износ, виброколебания, лаконагарные отложения; часовой, погектарный, путевой и транспортный расходы топлива, расход масла на угар; дымность, содержание в отработавших газах углеводородов, оксидов углерода и азота) двигателей автотракторной техники при их работе на типовом и экспериментальном режимах холостого хода.


Содержание работы

Во введении обоснована актуальность темы, дана общая характеристика работы, изложены научные положения и результаты исследований, выносимые на защиту.

В первом разделе «Особенности работы тракторных, комбайновых и автомобильных двигателей на типовом режиме самостоятельного холостого хода» рассмотрены особенности работы двигателей на типовом режиме самостоятельного холостого хода, выполнен обзор и анализ существующих способов улучшения работы двигателей на холостом ходу, а также устройств для их осуществления.

Известные способы и устройства не нашли широкого применения на автотракторной технике с.-х. назначения, так как они не улучшают в комплексе основные технико-экономические и экологические показатели двигателя в РХХ и, особенно, на малых частотах вращения коленчатого вала (к.в.).

Проблемная ситуация заключается в том, что на типовом РХХ, в связи с отсутствием внешней нагрузки (момента сопротивления) на коленчатом валу, вся индикаторная работа (µ §) от сгораемого топлива расходуется на преодоление механических потерь двигателя, т.е. µ §. Величина работы механических потерь (µ §) на пониженных частотах вращения к.в. имеет небольшое значение, поэтому для обеспечения такой же по величине индикаторной работы требуются малые подачи топлива за рабочий цикл двигателя. В свою очередь, из-за малых цикловых подач топлива ухудшаются процессы смесеобразования и сгорания топливовоздушной смеси, что негативным образом сказывается на показателях двигателя и, как следствие, на эксплуатационных показателях автотракторной техники.

Для решения этой проблемы предлагается экспериментальный РХХ, на котором работа двигателя осуществляется периодически повторяющимися циклами, состоящими из тактов включения подачи топлива (тактов разгона) и тактов полного отключения подачи топлива (тактов выбега). Такой режим позволяет перераспределить индикаторную работу по тактам: на такте разгона за счет повышенной цикловой подачи топлива (по сравнению с типовым РХХ) обеспечивается ее прирост на величину работы, затрачиваемой на преодоление сил инерции (µ §) подвижных деталей двигателя (µ §), т.е. на накопление кинетической энергии; на такте выбега за счет нулевой цикловой подачи топлива индикаторная работа равна нулю (µ §, µ §), т.е. кинетическая энергия, накопленная в такте разгона, расходуется на преодоление механических потерь. Следовательно, на такте выбега рабочий процесс в двигателе не осуществляется, однако за это время цилиндры практически полностью очищаются от отработавших газов и они лучше подготовлены к осуществлению рабочего процесса в такте разгона. На такте разгона рабочий процесс двигателя осуществляется с повышенными цикловыми подачами топлива при незначительном присутствии в цилиндрах остаточных газов, что способствует более качественному смесеобразованию и полному сгоранию топливовоздушной смеси.

Таким образом, периодически повторяющиеся такты отключения и такты включения подачи топлива создают условия для совершенствования работы двигателей на холостом ходу и улучшения эксплуатационных показателей автотракторной техники. При этом важной составляющей этой научной проблемы является теоретическое обоснование закономерностей перемещения органа топливоподачи и параметров управляющих воздействий, которые обеспечивают работу двигателя на экспериментальном режиме.

Существенный вклад в разработку способов и устройств для улучшения работы двигателей в РХХ внесли А.В. Николаенко (ЛСХИ-СПбГАУ), В.Д. Дудышев (РЭА), В.М. Архангельский, Б.С. Стечкин (МАДИ-ГТУ), Б.Д. Ефремов (СПбГАУ), N.A. Gershenfeld (General Motors), С.В. Тимохин (ПГСХА) и другие исследователи.

В соответствии с поставленной целью в работе решались следующие задачи:

Разработать способ работы двигателей автотракторной техники на режиме самостоятельного холостого хода.

Математически описать процесс управления работой двигателей в экспериментальном режиме холостого хода и теоретически обосновать параметры управляющих воздействий на орган топливоподачи двигателей.

Разработать критерии выбора нижнего значения интервала изменения частоты вращения коленчатого вала в цикле экспериментального режима холостого хода.

Разработать, изготовить и исследовать в лабораторных и эксплуатационных условиях системы автоматического управления тракторными, комбайновыми и автомобильными двигателями в экспериментальном режиме холостого хода.

Выполнить моторные исследования дизельных и бензиновых двигателей при работе на типовом и экспериментальном режимах холостого хода по показателям рабочего процесса, топливно-экономическим, экологическим, лаконагарным, износным и вибрационным показателям.

Проанализировать и оценить результаты эксплуатационных исследований автотракторной техники с учетом работы двигателей на экспериментальном режиме холостого хода.

7. Экономически обосновать и внедрить в производство результаты теоретических, опытно-конструкторских и экспериментальных исследований.

Во втором разделе «Теоретическое обоснование экспериментального режима самостоятельного холостого хода двигателей автотракторной техники» на основе анализа научной информации и литературных источников разработан новый способ работы двигателей на режиме самостоятельного холостого хода, обеспечивающий в комплексе улучшение эксплуатационных показателей автотракторной техники.

Сущность способа заключается в том, что при остановках и стоянках автотракторной техники при отпущенной педали акселератора (или при установке рычага управления подачей топлива в положение минимальной подачи) работа двигателя на экспериментальном режиме осуществляется периодически повторяющимися тактами полного отключения и тактами включения подачи топлива (или топливовоздушной смеси) в области пониженных частот вращения к.в. холостого хода за счет автоматического возвратно-поступательного перемещения органа управления топливоподачей (рейки или дозатора ТНВД, рычага РЧВ, скобы останова двигателя, иглы электромагнитной форсунки, клапана ЭПХХ ЁC экономайзера принудительного холостого хода и т.п.) по определенному закону. При этом подача топлива на такте включения обеспечивается в количестве, требуемом для его полного сгорания на пониженной частоте вращения к.в.

Пониженной частотой вращения к.в. (или УСКВ ЁC угловой скоростью) на холостом ходу является:

а) для дизельных двигателей ЁC средняя частота вращения к.в. (µ §) из интервала ее изменения от некоторого верхнего значения в начале такта отключения подачи топлива, т.е. в начале такта выбега (например, µ §500ЎK800 мин-1 или µ §52ЎK84 с-1, которая характерна для типового РХХ на минимально-устойчивой частоте вращения к.в., задаваемой заводом-изготовителем) до некоторого нижнего значения в начале такта включения подачи топлива, т.е. в начале такта разгона (например, µ §300 мин-1 или µ §32с-1, которая несколько превышает пусковую частоту), тогда µ §µ § мин-1 или µ § с-1;

б) для бензиновых двигателей ЁC частота вращения к.в., соответствующая (равная или несколько меньшая) минимально-устойчивой частоте вращения, задаваемой заводом-изготовителем.

По времени такты отключения и такты включения подачи топлива у дизелей более продолжительные (0,3ЎK1,1 с), чем у бензиновых двигателей (50ЎK250 мс).

Пониженная частота вращения к.в. на холостом ходу приводит к уменьшению работы (µ §), затрачиваемой на преодоление механических потерь двигателя и, как следствие, к снижению расхода топлива. Объясняется это тем, что работа µ § на определенном скоростном РХХ пропорциональна мощности механических потерь (µ §), а в конечном итоге ЁC УСКВ или частоте вращения к.в. (µ §), что следует из соотношения

µ §, (1)

где t ЁC время работы, ч; µ § ЁC момент механических потерь µ §; a, b ЁC коэффициенты уравнения µ §; µ §ЁC функция от частоты вращения к.в.

Этот способ работы ДВС на пониженных скоростных режимах холостого хода получил название экспериментальный режим самостоятельного холостого хода.

К несомненным преимуществам предлагаемого способа относятся его универсальность по отношению к различным типам двигателей и простота реализации на автотракторной технике с помощью малогабаритных и недорогих устройств ЁC систем автоматического управления (САУ).

В зависимости от типа двигателя и практической реализации предложенного способа на том или ином виде автотракторной техники математическое описание процесса управления работой двигателей в экспериментальном РХХ и теоретическое обоснование параметров управляющих воздействий на орган топливоподачи имеют свои особенности.

дизельный двигатель

На основе динамической модели системы «КШМ ЁC маховик» (рис. 1) рассмотрены моменты, действующие в дизеле на РХХ. В результате взаимодействия индикаторного момента (µ §) и момента механических потерь (µ §) образуется их разность (µ §), результирующая которой представляет собой эффективный крутящий момент двигателя (µ §), равный динамическому моменту, т.е. µ §.

µ §

Рисунок 1 ЁC Динамическая модель системы «кривошипно-шатунный механизм ЁC маховик»:

µ §Ѓ| момент инерции поступательно движущихся масс КШМ, приведенный

к коленчатому валу; µ §Ѓ| моменты инерции вращающихся масс КШМ

и маховика; µ § Ѓ| индикаторный момент; µ §ЁC момент механических

потерь; µ §Ѓ| динамический момент

На типовом РХХ дизеля среднее значение угловой скорости коленчатого вала (УСКВ) µ §, а угловое ускорение µ §. В этом случае уравнение равновесия, приложенных к коленчатому валу (к.в.) моментов, выражается уравнением динамики ДВС

µ §, (2)

тогда µ §. (3)

Следовательно, на типовом РХХ индикаторный момент двигателя затрачивается на преодоление момента механических потерь, величина которого на пониженных скоростных режимах имеет небольшое значение, в связи с чем цикловая подача топлива также будет иметь малую величину, так как µ §.

На экспериментальном РХХ за счет последовательно чередующихся тактов отключения и включения подачи топлива (тактов выбега и разгона) уравнение динамики ДВС будет описываться выражением

µ § , (4)

откуда µ §. (5)

Следовательно, на экспериментальном РХХ индикаторный момент двигателя затрачивается не только на преодоление момента механических потерь, но и на составляющую µ §, представляющую собой динамический (нагрузочный) момент (µ §), величина и направление которого при постоянном моменте инерции (I) зависит от величины и знака углового ускорения. При этом на тактах разгона обеспечиваются, по сравнению с типовым РХХ, повышенные (более чем вдвое) цикловые подачи топлива и нулевые подачи при выбеге, что обеспечивает соответственно лучшие условия впрыскивания топлива и очистки цилиндров от отработавших газов.

Из уравнения (5) следует, что при повышенных цикловых подачах топлива индикаторный момент превышает момент механических потерь (µ §) на величину (µ §) и в пределах такта разгона появляется обратный динамический момент (µ §), равный по величине эффективному моменту (µ §), т.е.

µ § . (6)

При отключении подачи топлива индикаторный момент отсутствует (µ §) и в пределах такта выбега действует прямой динамический момент (µ §), равный по величине и обратный по направлению моменту механических потерь, т.е.

µ §. (7)

Комплекс последовательных тактов разгона и тактов выбега инерционной системы «КШМ ЁC маховик» в выбранном интервале УСКВ (от нижнего µ § до верхнего µ § пределов и наоборот от µ § до µ §) образует цикл экспериментального режима (ЦЭР) холостого хода. Многократное повторение ЦЭР в области пониженных УСКВ обеспечивает работу дизеля на экспериментальном РХХ.

Появление на такте разгона экспериментального РХХ динамического момента, соответствующему нагрузке по среднему эффективному давлению µ §0,1-0,3 МПа, положительно сказывается на протекании рабочего процесса дизеля.

В результате анализа различных вариантов реализации ЦЭР установлено, что в наибольшей степени для холостого хода применим ЦЭР с постоянным динамическим моментом при разгоне µ § или µ § (рис. 2), что обеспечивается постоянством цикловой подачи топлива на протяжении всего такта разгона. При этом ускорение и время свободного выбега µ § и µ §.

µ §

Рисунок 2 ЁC Теоретический цикл экспериментального режима холостого хода дизеля:

µ §Ѓ| время ЦЭР (µ §Ѓ| время разгона и выбега),

h Ѓ| ход рейки ТНВД, µ §Ѓ| угол поворота рычага РЧВ

Изменение динамического момента дизеля в пределах ЦЭР отражается нагрузочной математической моделью

µ § (8)

Проинтегрировав составляющие выражения (8) по времени получим скоростную математическую модель дизеля в пределах ЦЭР

µ § (9)

где µ § ЁC нижний и верхний пределы УСКВ, с-1; µ § ЁC среднее ускорение к.в. на такте разгона, с-2; a, b ЁC коэффициенты уравнения µ §; µ §ЁC время ЦЭР (µ §; µ §ЁC время разгона и выбега), с; t ЁC текущее время, с.

Таким образом, на такте разгона УСКВ возрастает от µ § до µ § по линейному закону, а на такте свободного выбега от µ § до µ § ЁC экспоненциальному (см. рис. 2).

Параметры ЦЭР (угловая скорость и угловое ускорение к.в.) и управляющих воздействий (ход рейки ТНВД и угол поворота рычага РЧВ) можно определить решением системы дифференциальных уравнений собственно дизеля и центробежного регулятора частоты вращения (РЧВ) относительно того или иного искомого параметра при заданных начальных условиях и ограничениях:

µ § (10)

где Е ЁC восстанавливающая сила РЧВ µ §, Н; С ЁC поддерживающая сила РЧВ µ §, Н; µ §ЁC коэффициент вязкостного трения; µ § ЁC приведенная к муфте РЧВ масса движущихся деталей, г; µ §ЁC угол поворота рычага РЧВ, град; h ЁC перемещение (ход) рейки ТНВД µ §, мм.

При управлении ЦЭР с воздействием на рейку ТНВД линейным (электромаг-нитным) исполнительным механизмом (ИМ), закономерности ее перемещений определяются путем решения системы (10), дополненной силой ИМ, приведенной к муфте РЧВ (µ § а также массой подвижных деталей ИМ (µ §), численным методом:

µ § (11)

В результате решения системы уравнений (10) и (11) находятся искомые зависимости µ § и µ § в интервале изменения УСКВ от µ § до µ § при µ §, которые определяют характер изменения угла поворота рычага РЧВ (µ §) и перемещения рейки ТНВД (h) в соответствии с законом теоретического ЦЭР (рис. 2).

Закономерности управляющих воздействий в ЦЭР, определенные решением систем (10) и (11), в общем виде описываются управляющими моделями:

а) с воздействием на рычаг центробежного РЧВ

µ § (12)

б) с воздействием на рейку ТНВД

µ § (13)

где a, b, с ЁC коэффициенты, постоянные для каждого скоростного режима.

Результаты расчетов параметров управляющих воздействий на такте разгона в ЦЭР применительно к дизелю Д-240 (4Ч 11/12,5) приведены в таблице 1.

Таблица 1 ЁC Расчетные параметры управляющих воздействий на орган

топливоподачи тракторного дизеля Д-240 (4Ч 11/12,5)

Параметры управляющих воздействий при разгонеУскорение разгона в интервале изменения частоты вращения к.в.µ §31,7 с-2

от µ §300 до µ §500 мин-1µ §77,3 с-2

от µ §600 до µ §1000 мин-1µ §, градµ § µ §- относительное время разгонаa=7,0

b=3,1

с=0,6a=9,0

b=3,4

с=0,9h, мм6,36,1Таким образом, для осуществления на дизеле экспериментального РХХ необходимо в начальный момент времени на такте включения подачи топлива (на такте разгона) при µ § установить рычаг РЧВ в положение µ §, обеспечивающее выход рейки ТНВД в исходное положение (µ §), а затем повернуть его по закону параболы до достижения угла µ §. При этом рейка ТНВД переместится в положение µ §, а УСКВ повысится до µ §. В конце такта разгона, при достижении угла µ §, необходимо изменить направление поворота рычага РЧВ на противоположное. При этом, вследствие уменьшения восстанавливающей силы (Е), рейка ТНВД переместиться в положениеµ §, соответствующее выключенной подачи топлива (такту выбега), а УСКВ понизится с µ § до µ §.

Общий характер перемещения рычага РЧВ (кривая µ §), рейки ТНВД (кривая h), а также протекания кривых углового ускорения (µ §) и УСКВ (µ §) в цикле экспериментального режима представлены на рисунке 2. Рассмотренные теоретические законы необходимо учитывать при проектировании и конструировании устройств для воспроизведения экспериментального РХХ на автотракторной технике.

На типовом РХХ из-за ухудшенного процесса смесеобразования при малых цикловых подачах топлива коэффициент избытка воздуха у дизеля Д-240 достигает µ §=5,0...5,7; на экспериментальном РХХ из-за повышенных цикловых подач топлива на такте разгона качество смесеобразования улучшается, что приводит к снижению коэффициента избытка воздуха до µ §2,0...2,7.

Так как такт разгона дизеля на экспериментальном РХХ осуществляется с постоянной цикловой подачей топлива (рейка ТНВД стоит на «упоре»), причем с завышенной µ § по отношению к подаче на типовом РХХ, а в такте выбега подача топлива полностью отключается (цилиндры лучше очищаются от отработавших газов), то в первую очередь это влияет на величину коэффициента избытка воздуха (µ §) и коэффициент наполнения цилиндра свежим зарядом (µ §). В конечном итоге все это скажется на показателях рабочего процесса.

В качестве примера был теоретически исследован рабочий процесс безнаддувного дизеля ЯМЗ-238М2 (8Ч 13/14) автомобиля МАЗ-53366 в экспериментальном и типовом режимах холостого хода (с использованием программы Дизель-РК, переложенной на MahtCAD 2001 RUS). При этом коэффициенты µ § и µ § предварительно рассчитывались по известным формулам с учетом вышеуказанных особенностей работы дизеля на сравниваемых режимах.

Коэффициент избытка воздуха

µ §, (14)

где µ §, µ § ЁC действительный расход воздуха и топлива, кг/ч; µ §ЁC теоретически необходимое количество воздуха для сгорания 1 кг топлива, кг; µ §ЁC частота вращения к.в. на РХХ, мин-1; z ЁC число цилиндров двигателя; µ §ЁC цикловая подача топлива, г/цикл.

Коэффициент наполнения цилиндра свежим зарядом

µ §, (15)

где µ § ЁC теоретический расход воздуха, кг/ч; µ § ЁC рабочий объем двигателя, л; µ § ЁC плотность воздуха, кг/м3.

Расчеты показывают, что в зависимости от скоростного режима (600-800 мин-1) на типовом РХХ из-за ухудшенного процесса смесеобразования при малых цикловых подачах топлива коэффициент избытка воздуха достигает µ §4,4-4,8, а коэффициент наполнения µ §0,70-0,76; на экспериментальном РХХ из-за повышенных цикловых подач и улучшения качества смесеобразования коэффициент избытка воздуха снижается до µ §1,8-2,1, а коэффициент наполнения возрастает до µ §0,70-0,80.

Изменение коэффициента µ § и µ § сказывается не только на показателях рабочего процесса дизеля, но и на индикаторных и эффективных показателях, расчет которых производится по общепринятым методикам.

Важным моментом при практическом использовании экспериментального РХХ является оценка уровня виброколебаний дизеля и определение нижнего значения частоты вращения к.в. в начале такта разгона (или в конце такта выбега). В основном у дизеля, установленного на автотракторную технику, наблюдается два вида колебаний: линейные и крутильные.
  1   2   3

Добавить документ в свой блог или на сайт
Ваша оценка этого документа будет первой.
Ваша оценка:

Похожие:

Улучшение эксплуатационных показателей автотракторной техники совершенствованием работы двигателей на холостом ходу iconУлучшение экологических и экономических показателей двигателей внутреннего сгорания на основе применения индивидуальных приводов клапанов газораспределительного
Лидерство удерживает марка «газ», на долю которой приходится около трети автопарка Ростовской области. Проживают в Ростовской области...

Улучшение эксплуатационных показателей автотракторной техники совершенствованием работы двигателей на холостом ходу iconСамостоятельная работа студентов по кафедре Технический сервис автотракторной техники вопрос ы
">



База данных защищена авторским правом ©ucheba 2000-2016
обратиться к администрации | правообладателям | пользователям

на главную