close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Расчетная оценка рабочего цикла поршневого двигателя внутреннего сгорания с высокой степенью сжатия и подводом тепла в начале процесса расширения..pdf

код для вставкиСкачать
энергетика
Ложкин М.Н., Коломиец П.В., Терехов А.П.
РАСЧЕТНАЯ ОЦЕНКА РАБОЧЕГО ЦИКЛА ...
УДК 621.43
РАСЧЕТНАЯ ОЦЕНКА РАБОЧЕГО ЦИКЛА ПОРШНЕВОГО ДВИГАТЕЛЯ
ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ С ВЫСОКОЙ СТЕПЕНЬЮ СЖАТИЯ
И ПОДВОДОМ ТЕПЛА В НАЧАЛЕ ПРОЦЕССА РАСШИРЕНИЯ
© 2011
М.Н. Ложкин, кандидат технических наук, доцент кафедры «Тепловые двигатели»
П.В. Коломиец, кандидат технических наук, доцент кафедры «Тепловые двигатели»
А.П. Терехов, магистрант
Тольяттинский государственный университет, Тольятти (Россия)
_______________________________________________________________________________________
Ключевые слова: расчетная оценка; поршневой двигатель; подвод теплоты; процесс расширения; эффективность; экономичность.
Аннотация: изложены результаты расчетной оценки показателей рабочего цикла поршневого ДВС с высокой
степенью сжатия рабочего тела и подводом тепла в начале процесса расширения.
ВВЕДЕНИЕ
Созданию экономичного и безвредного для человека и
окружающей среды поршневого двигателя внутреннего сгорания предшествует разработка эффективного и экологичного рабочего цикла, которая в настоящее время является актуальным направлением развития поршневых ДВС.
Предварительное сжатие рабочего тела, как способ повышения эффективности работы ДВС, имеет большое значение для всех типов двигателей. Известно, что чем выше степень сжатия, тем меньше необходимо количества топлива
для получения единицы мощности. Поэтому, для достижения
высоких эффективных показателей возникает необходимость
повышения степени сжатия, однако для дизельных ДВС данное увеличение ограничивается механическими нагрузками
на детали КШМ, а для бензиновых ДВС - ещё и детонационным сгоранием.
Использование высокой (более 24 ед.) степени сжатия
применительно к любому типу ДВС становится возможным
при подводе теплоты к рабочему телу в начале процесса расширения. В этом случае, в двигателях с высокими степенями сжатия температура и давление в момент подвода теплоты
значительно превышают пределы самовоспламенения, как
дизельного топлива, так и бензинов. Это приводит к сокращению периода задержки самовоспламенения топлива и создаёт возможность воспламенения бензинов не электрической
искрой, а также самовоспламенением, тем самым создавая
условия работы двигателя на различных видах топлива.
С учетом вышеизложенного, авторами было выполнено расчетное исследование цикла поршневого ДВС с высо-
Рис. 1. Расчётные давление и температура при угле впрыска
θвпр = 2° пкв после ВМТ, ε = 30
Вектор науки ТГУ. № 2(16), 2011
кой степенью сжатия и подводом тепла в начале процесса
расширения.
Цель данного исследования – дать расчетную оценку
показателям рабочего цикла, имеющего ряд отличий по сравнению с циклами современных ДВС:
1 Степень сжатия в рассматриваемом цикле составляет 30
единиц, что значительно выше, чем в циклах традиционных
ДВС (для бензиновых ДВС до 12, для дизельных ДВС до 24
единиц);
2 Впрыск всей цикловой дозы топлива в цилиндр осуществляется под высоким давлением – 150 МПа и выше многосопловой форсункой аккумуляторной системы топливоподачи с запаздыванием в 1-2° поворота коленчатого вала после
прохождения поршнем ВМТ;
3 Использование вихревой камеры сгорания в поршне для
улучшения процесса смесеобразования с целью достижения
наиболее полного сгорания.
Наличие высокого давления впрыска топлива из многосопловой форсунки в воздушную среду с высокой температурой и давлением способствует гомогенизации смеси и, как
следствие, более совершенному смесеобразованию, а также
быстрому сгоранию в малом объеме цилиндра при начинающемся движении поршня к НМТ.
МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ РАСЧЕТОВ
Тепловой расчет ДВС с высокой степенью сжатия выполнен с использованием методики И.И. Вибе [1]. Такая методика расчета позволяет определить с наибольшей точностью
давление и температуру рабочего тела по углу поворота
Рис. 2. Расчётные давление и температура при угле впрыска
θвпр = 20° пкв до ВМТ, ε = 30
87
энергетика
Ложкин М.Н., Коломиец П.В., Терехов А.П.
РАСЧЕТНАЯ ОЦЕНКА РАБОЧЕГО ЦИКЛА ...
шагом в 1 °пкв. В результате определено максимальное давление Pzmax и температура Тzmax процесса сгорания при впрыске θвпр = 2 °пкв после ВМТ при ε = 30 - Pzmax = 10,8 МПа, Тzmax
= 1815 К (рис.1). При впрыске топлива до ВМТ, равном θвпр
= 20 °пкв при ε = 30, получены следующие значения параметров: Pzmax = 19,75 МПа, Тzmax = 2183 К (рис.2).
При положении поршня в ВМТ определены следующие
значения давления и температуры сгорания при ε = 30 и θвпр =
2 °пкв после ВМТ - Pzmax = 9,25 МПа, Тzmax = 1053 К, при θвпр =
20 °пкв до ВМТ значения параметров составляет Pzmax = 18,92
МПа, Тzmax = 2071 К.
Из приведённых данных следует, что впрыск топлива
после ВМТ в начале процесса расширения уменьшает Pzmax и
Тzmax цикла, что может привести к снижению механической и
тепловой напряженности рабочего цикла ДВС по сравнению
с традиционным двигателем, в котором впрыск топлива осуществляется до ВМТ.
Оценка периода задержки самовоспламенения осуществлялась по полуэмпирическому выражению предложенному
А.И. Толстовым [2]. Для двигателя со степенью сжатия ε = 30
и θвпр = 2 °пкв после ВМТ период задержки воспламенения
Рис. 3. Влияние угла впрыска топлива на характер изменения индисоставляет τi = 7 ∙ 10-3 с или φi = 2 °пкв; для двигателя со стедавления
аналогичные каторного
эффективные
показатели
в выполненных
конструкциях
пенью сжатия
ε = 30 и θвпр = 20 °пкв до ВМТ
период задержки
-3
воспламенения
составляет
τ
=
31
∙
10
с
или
φi = 8°пкв.
i
коленчатого вала ДВС во время сгорания и за весь цикл. По
современных
ДВС.
Из
представленных
результатов
расчёта
следует, что
этим параметрам вычислены с наибольшим приближением к
высокая
температура
сжатого
воздуха
к
началу
подачи
топлиреальным условиям индикаторные показатели циклов и расва при θвпр = 2 °пкв после ВМТ значительно сокращает перисчитаны эффективные показатели двигателя.
од задержки воспламенения.
ОБСУЖДЕНИЕ
РЕЗУЛЬТАТОВ Проведённый в настоящем исследовании расчёт харакРЕЗУЛЬТАТЫ
ИССЛЕДОВАНИЙ
В процессе исследования проведен расчет четырёхтакт- теристики тепловыделения по методике И.И. Вибе, показал,
сгораниечто
топлива,
впрыснутого
после ВМТ
в ДВС
ного четырёхцилиндрового
двигателя
Ne = 60 кВт, что полное
Результатыдизельного
расчётного
исследования
показали,
впрыск
топлива
после
с
высокой
степенью
сжатия
возможно
в
течение
времени,
-1
n = 4500 min , степень сжатия ε = 30, коэффициент избытка
соответствующего φz = 50 - 60°пкв, т.е. до открытия выпусквоздуха
1,6, при
двух моментах впрыска
топлива θвпр =степени
ВМТα = без
зажигания
при высокой
сжатия значительно улучшает
ных
клапанов.
2 °пкв после ВМТ и θвпр = 20 °пкв до ВМТ по методике И.И.
По проведённому анализу эффективных показателей
Вибе
[1].
показатели
рабочего цикла ДВС. Короткий
период
самовоспламенения
можно
сделать вывод,
о том, что
повышение степени сжатия
В проведённых расчётах показатель характера сгорания
до
высоких
величин
с
подводом
тепла
после ВМТ приводит
0
«m» и продолжительность сгорания φ z выбирались из услопозволяет
применять
топливо
широкого
фракционного
состава
с
впрыском
к
существенному
их
улучшению.
Так,
например, длявсей
двигавий наибольших значений индикаторного КПД ηi и среднего
-1
теля
мощностью
N
=
60
кВт,
n
=
4800
min
, степень сжатия
e
индикаторного давления Pi при наименьших значениях давдозы
топлива
в началесгорания
расширения
под εвысоким
давлением
= 150 МПа αи=
= 30 работающего
на составе Р
ТВС
впр соответствующем
ления
сгорания
Pzmax , температуры
Тzmax и скорости
1,6,
расчётным
путём
получены
следующие
показатели рабонарастания давления
ты двигателя: среднее
эффективное
= 0,764 МПа,
выше. Максимальное давление Pzmax снижается
более,
чем давление
в дваPе раза
по
эффективный КПД составил ηе = 0,44, удельный эффективтоплива gе = 186 г/ кВт∙ч.
Эти показатели превысравнению
с ДВС,
которых подвод
осуществляется
до ВМТ.
Для определения
среднегов индикаторного
давления теплоты
Pi ный расход
шают
аналогичные
эффективные
показатели
в выполненных
индикаторная работа цикла Li рассчитывалась графическим
конструкциях
современных
ДВС.
методом трапеций в пределах интегрирования от момента
В табл. 1 представлены результаты расчетов рабочего цикла ДВС с
закрытия впускных клапанов до момента открытия выпускных
клапанов в степенью
соответствии с сжатия
выбраннымиε фазами
высокой
= 30газорапри
спределения двигателя типа ВАЗ.
Расчёт процесса сгорания проводился по методике [1]
топлива.
в интервале от начала воспламенения до конца сгорания с
ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ
различном
моменте подачи дизельного
Результаты расчётного исследования показали, что
впрыск топлива после ВМТ без зажигания при высокой степени сжатия значительно улучшает показатели рабочего цик-
Таблица 1. Результаты расчетов рабочего цикла ДВС с высокой степенью
Таблица 1. Результаты расчетов рабочего цикла ДВС с высокой степенью сжатия ε = 30 при различном
сжатия ε = 30 при различном моменте подачи
топлива
моменте подачи
топлива
Θвпр = 20° пкв
Θвпр = 2° пкв
до ВМТ
после ВМТ
МПа
19,75
10,8
max
2183
1815
0,39
0,44
209
186
Параметр
Давление цикла, Pz
max
Температура цикла, Тz
К
Эффективный КПД, ηe
Удельный эффективный расход топлива, ge , г/кВт·ч
Вектор науки ТГУ. № 2(16), 2011
88
ВЫВОДЫ
В результате исследования дана расчетная оценка показателей рабочего
транспорт
Емельянов С.Р.
УЛУЧШЕНИЕ ВИБРОКОМФОРТА РУЛЕВОГО КОЛЕСА ...
ла ДВС. Короткий период самовоспламенения позволяет
применять топливо широкого фракционного состава с впрыском всей дозы топлива в начале расширения под высоким
давлением Рвпр = 150 МПа и выше. Максимальное давление
Pzmax снижается более, чем в два раза по сравнению с ДВС,
в которых подвод теплоты осуществляется до ВМТ.
В табл. 1 представлены результаты расчетов рабочего
цикла ДВС с высокой степенью сжатия ε = 30 при различном
моменте подачи дизельного топлива.
ВЫВОДЫ
В результате исследования дана расчетная оценка показателей рабочего цикла поршневого ДВС с высокой степенью
сжатия и подводом тепла после ВМТ в начале процесса расширения. Расчетами получено следующее:
1 При подводе тепла на линии расширения эффективный
КПД ДВС увеличивается на 12,8 % по сравнению с двигателем, в котором впрыск топлива осуществляется до ВМТ;
2 Топливная экономичность рабочего цикла ДВС улучшается на 23 г/кВт∙ч.
Работа выполнена при поддержке федеральной целевой
программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 г. (ГК №1557)
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Вибе И.И. Новое о рабочем цикле двигателей– М.:
Машизд, 1962. – с. 270с.
2. Шароглазов Б.А. Двигатели внутреннего сгорания:
теория, моделирование и расчёт процессов/ Б.А. Шароглазов, М.Ф. Фарафонтов, В.В. Клементьев Под ред. Б.А. Шароглазова. Челябинск: Изд-во ЮУрГУ, 2006.-382с
CALCULATION OF THE PISTON OF INTERNAL COMBUSTION ENGINE
WITH HIGH COMPRESSION AND HEAT SUPPLY
IN THE BEGINNING EXPANSION STROKE
© 2011
M.N. Lozhkin, candidate of technical sciences, associate professor of the сhair «Heat engine»
P.V. Kolomiets, candidate of technical sciences, associate professor of the сhair «Heat engine»
A.P. Terekhov, master
Togliatti State University, Togliatti (Russia)
______________________________________________________________________________________
Keywords: calculation; piston engine; heat supply; expansion stroke, the effectiveness, efficiency.
Annotation: the results of estimation cycle piston engine operating with a high degree of compression of the working
of the body and cause heat after passing through the piston top dead center in the early expansion stroke.
УДК 629.331
УЛУЧШЕНИЕ ВИБРОКОМФОРТА РУЛЕВОГО КОЛЕСА
ЛЕГКОВОГО АВТОМОБИЛЯ
© 2011
С.Р. Емельянов, аспирант
Тольяттинский государственный университет, Тольятти (Россия)
_______________________________________________________________________________________
Ключевые слова: резонансные колебания; комфорт движения; дисбаланс колес; разнотолщинность тормозных
дисков; динамический гаситель колебаний.
Аннотация: статья посвящена экспериментальной оценке вибронагруженности рулевого колеса легкового
автомобиля, возбуждаемой статическим и динамическим дисбалансами колес на режимах равномерного прямолинейного движения, а также разнотолщинностью тормозных дисков на режимах торможения. Рассмотрен
метод динамического гашения резонансных колебаний в рулевом управлении. Разработана конструкция динамического гасителя колебаний. Проведена интеграция виброгасителя в рулевой привод автомобиля, а также
выполнена оценка эффективности предлагаемого метода с точки зрения снижения СКЗ виброускорений на
рулевом колесе.
Вектор науки ТГУ. № 2(16), 2011
89
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа