Меню
Главная
Авторизация/Регистрация
 
Главная arrow Техника arrow Разработка двигателя внутреннего сгорания

СПЕЦЧАСТЬ. Разработка двигателя внутреннего сгорания

Объект модернизации

N п/п

Параметры двигателя

1.

Число цилиндров

4

2.

Расположение цилиндров

рядное

3.

Диаметр цилиндра, мм

102

4.

Ход поршня, мм

122

5.

Рабочий объем цилиндров, л

4

6.

Степень сжатия

17.5

7.

Номинальная мощность, кВт (л.с.)

118 (161)

8.

Номинальное число оборотов, об/мин

2400

9.

Максимальный крутящий момент, (Н.м)

588

10.

Число оборотов при максимальном крутящем моменте, об/мин

1200

11.

Минимальный удельный расход топлива по скоростной характеристике, г/(л.с.ч) (г/(кВт ч))

148 (201)

12.

Направление вращения коленчатого вала (вид со стороны вентилятора)

правое

13.

Способ смесеобразования

непосредственный впрыск топлива

14.

Камера сгорания

однополостная в поршне

15.

Число клапанов на цилиндр:

впускных

выпускных

2

2

16.

Диаметр тарелки клапана, мм:

впускного

выпускного

30

30

17.

Привод распределительного вала

шестеренчатый

18.

Топливоподающая аппаратура

разделенного типа (топливные насосы высокого давления и форсунки)

19.

Топливный насос высокого давления

Индивидуальный на каждый цилиндр

20.

Форсунки

Закрытые с многодырчатым распылителем

21.

Расход масла, % к расходу топлива

0,3

22.

Масса двигателя, кг

420

Анализ внутрицилиндровых процессов, сопровождающих запуск двигателя

В результате сжатия в цилиндре дизеля создаются условия, которые обеспечивают воспламенение и последующее сгорание топлива, впрыскиваемого через форсунку. Эти условия характеризуются, с одной стороны, давлением и температурой заряда в конце процесса сжатия, а с другой - интенсивностью движения воздуха в цилиндре и камере сгорания двигателя.

Сжатие воздушного заряда в цилиндрах дизелей ЯМЗ начинается при >236о поворота коленчатого вала, после закрытия впускного клапана. Вследствие неравномерного вращения коленчатого вала, утечек заряда через неплотности поршневых колец и теплообмена со стенками цилиндра темпы роста давления и температуры по мере приближения поршня к ВМТ непрерывно изменяются.

Показатель политропы сжатия, определенный из уравнения политропы pVn=const, увеличивается от значений близких 1 в начале сжатия до 1.32 - 1.34 перед ВМТ. Около ВМТ в результате уменьшения скорости поршня и увеличения относительной поверхности теплоотдачи темпы роста давления и температуры заряда снижаются, уменьшается и показатель политропы n.

Показатель адиабаты воздушного заряда k вследствие увеличения температуры в течение всего процесса сжатия непрерывно уменьшается.

Параметры заряда в конце сжатия при пуске дизелей зависят от целого ряда факторов: степени сжатия - , числа оборотов коленчатого вала в минуту, утечек воздуха через неплотности цилиндра, теплообмена и значений давлений и температуры в начале сжатия.

В результате совокупного влияния этих факторов давление в конце процесса сжатия Pc при прокручивании двигателя с n=-0-100 об/мин существенно уменьшается по сравнению с соответствующим давлением при (nн) =2100 об/мин (Таблица 2.1.1).

Таблица 2.1.1 - давление Pс в цилиндрах двигателя ЯМЗ-240 после заводской обкатки (t =-5oC)

№ц

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

n об/мин

100

95

95

90

90

90

100

100

100

95

95

90

Pc кг/см2

26,4

26,2

28

28,4

27,6

27,2

31,4

27,2

30,8

39,9

29

30,6

При nн=2100 об/мин

Pc кг/см2

43,6

43,2

45,1

42

41,5

42,1

44

42,5

45,6

43,4

41,5

44

Решающее влияние на результаты процесса сжатия оказывает степень сжатия двигателя - . Величина ее определяется возможностью получения удовлетворительных пусковых качеств, высоко эффективным протеканием рабочего процесса, а также условиями прочности и долговечности двигателя.

Объем камеры сжатия Vс, а следовательно, и степень сжатия двигателя зависят от объемов камеры в поршне - Vк, углублений под клапаны - Vкл, надпоршневого зазора нз и выступания бурта втулки цилиндра. Допуски по соответствующим чертежам на эти объемы, определяемые технологией производства и сборки, при неблагоприятных сочетаниях могут привести к существенному уменьшению степени сжатия и различию ее по цилиндрам двигателя.

В двигателях ЯМЗ-236, ЯМЗ-238, ЯМЗ-240 основное влияние на степень сжатия оказывает надпоршневой зазор, величина которого по ТУ изменяется от 1,198 мм до 1,98 мм.

Только это может привести к изменению степени сжатия, примерно, на 2 единицы. Поэтому устанавливаемая степень сжатия от двигателя к двигателю может изменяться от 16,5 до 14,5.

Подобное изменение степени сжатия приводит к уменьшению температуры конца сжатия, примерно, на 20 ? 250С, а давления - на 2,5 кг/ см2. Естественно, что такое изменение параметров в конце сжатия может привести к тому, что пусковые качества отдельных двигателей могут существенно отличаться.

Из таблицы 2.1.1 видно, что и в цилиндрах одного двигателя давления в конце процесса сжатия могут существенно отличаться. Значительное различие в степенях сжатия, а, следовательно, в давлениях и температурах воздушного заряда в конце процесса сжатия является основной причиной пуска двигателей ЯМЗ не на всех цилиндрах.

Вместе с этим, увеличение надпоршневого зазора в пределах допуска снижает интенсивность радиальных перетеканий в цилиндре и приводит к уменьшению отношения Vк/Vс, примерно, с 0,82 до 0,73. В результате этого уменьшается относительное количество воздуха в камере сгорания и ухудшаются условия испарения и смесеобразования, особенно при низкотемпературном пуске дизеля.

Увеличение давления и температуры воздушного заряда в период пуска в цилиндре дизеля начинается лишь после закрытия впускного клапана (кл = 560 поворота к.в. после НМТ) [3].

Если учесть также то, что процесс «чистого» сжатия заканчивается в момент начала поступления топлива в цилиндр, то относительное изменение объема цилиндра за процесс сжатия окажется еще меньшим.

Если обозначить через

V - объем, потерянный вследствие позднего закрытия впускного клапана;

V - изменение объема цилиндра, соответствующее продолжительности периода опережения впрыска 0 поворота к.в., то «действительная» степень сжатия

после несложных преобразований можно получить

2.1.1

- отношение радиуса кривошипа к длине шатуна;

- геометрическая степень сжатия

Формула (2.1.1) дает возможность найти относительное изменение объема цилиндра за процесс сжатия («действительную» степень сжатия) в условиях различных начала и конца сжатия, что соответствует осуществлению процесса при различных запаздываниях закрытия впускного клапана и разных углах опережения впрыска топлива.

Расчеты показывают, что при геометрической степени сжатия г=16,5, закрытии впускного клапана через 560 поворота к.в. после НМТ установка угла опережения впрыска топлива в 100, 200 и 300 поворота к.в. до ВМТ приводит к уменьшению «действительной» степени сжатия д, соответственно, до 11,9; 8,62 и 5,97, что в процентах составит 72,3%, 52,2% и 36,2% от 16,2.

Таким образом, относительное изменение объема за процесс сжатия оказывается значительно меньше г. Это приводит к соответствующему уменьшению параметров воздушного заряда в конце процесса сжатия.

Если принять, что в момент закрытия впускного клапана Тзк=2730К = idem, а процесс сжатия совершается со средним показателем политропы n = 1,3 = idem, то подобное изменение степени сжатия д приведет к уменьшению температуры в конце сжатия с 6330К до 5750К; 5220К и 4670К соответственно.

Уменьшение угла запаздывания закрытия впускного клапана благоприятно сказывается на относительном изменении объема заряда при сжатии; закрытие клапана в НМТ при прочих равных условиях приводит к увеличению д, в среднем, на 20%.

Таким образом, кроме геометрической степени сжатия температурные условия в цилиндре в момент впрыска топлива в значительной мере будут зависеть от момента закрытия впускного клапана и угла опережения впрыска топлива.

Из рисунка 2.2.1 следует, что наибольшее влияние запаздывания закрытия впускного клапан на величину д наблюдается в диапазоне больших значений углов кл, примерно, до 40?450 поворота

к.в. после НМТ. Дальнейшее уменьшение этого угла на двигателях ЯМЗ, по-видимому, нецелесообразно, так как «действительная» степень сжатия при этом повышается незначительно.

Зависимость действительной степени сжатия д от геометрической - г, угла запаздывания закрытия впускного клапана кл и угла опережения впрыска топлива -Зависимость действительной степени сжатия д от геометрической - г, угла запаздывания закрытия впускного клапана кл и угла опережения впрыска топлива -

Рисунок 2.2.1 - Зависимость действительной степени сжатия д от геометрической - г, угла запаздывания закрытия впускного клапана кл и угла опережения впрыска топлива -

В результате исследования процессов наполнения и сжатия было установлено, что одним из реальных способов улучшения пусковых качеств двигателя является сокращение продолжительности запаздывания закрытия впускных клапанов кл с 560 до 44-460 [3] поворота к.в. после НМТ.

Это позволило бы увеличить при = 200 поворота к.в. «действительную» степень сжатия - д с 7,86 до 8,4 ? 8,6 и поднять температуру в момент начала впрыска топлива, примерно, на 8 - 100С по сравнению с исходным вариантом (г = 14,0; кл = 56 поворота к.в. после НМТ) [3].

Исследования двигателя ЯМЗ -238 с экспериментальным кулачковым валиком в камере холода подтвердили результаты расчетов.

Уменьшение угла запаздывания закрытия впускного клапана до 460 поворота к.в. НМТ позволило увеличить при n =90 ? 100 об/мин давление заряда в ВМТ на 1,1 ? 1,2 кг/см2 и снизить минимальную температуру пуска двигателя со стартером СТ-103 на 50С [3]. При этом мощностные и экономические показатели двигателя при работе на номинальном режиме и по скоростной характеристике практически не изменились.

Как и предполагалось, дальнейшее сокращение продолжительности запаздывания закрытия впускного клапана вследствие слабого влияния на параметры воздушного заряда в конце сжатия и заметного ухудшения наполнения цилиндра на номинальном режиме оказалось нецелесообразным.

Надежный пуск дизеля возможен только в том случае, если в результате сжатия в цилиндре достигается достаточная для воспламенения топлива температура воздушного заряда.

 
< Предыдущая   СОДЕРЖАНИЕ   Следующая >
 

Предметы
Агропромышленность
Банковское дело
БЖД
Бухучет и аудит
География
Документоведение
Естествознание
Журналистика
Инвестирование
Информатика
История
Культурология
Литература
Логика
Логистика
Маркетинг
Математика, химия, физика
Медицина
Менеджмент
Недвижимость
Педагогика
Политология
Политэкономия
Право
Психология
Региональная экономика
Религиоведение
Риторика
Социология
Статистика
Страховое дело
Техника
Товароведение
Туризм
Философия
Финансы
Экология
Экономика
Этика и эстетика
Прочее