Перспективы совершенствования дизелей воздушного охлаждения большой мощности

Тип работы:
Реферат
Предмет:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

УДК 621. 436. 12
А. М. Ларцев, Е. А. Федянов
ПЕРСПЕКТИВЫ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ ДИЗЕЛЕЙ ВОЗДУШНОГО ОХЛАЖДЕНИЯ БОЛЬШОЙ МОЩНОСТИ
Волгоградский государственный технический университет
(e-mail: rces@, vstu. ru)
Выполнен анализ причин более низкого уровня форсирования двигателей воздушного охлаждения большой размерности по сравнению с двигателями жидкостного охлаждения. Дана оценка резервов дальнейшего форсирования дизельных двигателей воздушного охлаждения для тяжелой транспортной техники при условии обеспечения показателей по топливной экономичности и сохранении нормативных надежности и ресурса.
Ключевые слова: двигатели воздушного охлаждения, форсирование, тепловая напряженность, жесткость конструкции, ресурс.
Analysis of reasons for lower forcing level of air-cooled engines of higher cylinder diameter/piston stroke ratio as compared to liquid-cooled engines has been completed. Possibilities for air-cooled engines perspective forcing is being predicted provided mileage rating is ensured as well as standard reliability and life time are maintained.
Keywords: air-cooled engines, forcing, heat strength, rigidity of construction, life time.
Преимущества и недостатки двигателей воздушного охлаждения хорошо известны [1]. При выборе двигателя для легких транспортных средств, переносного мотоинструмента отсутствие системы жидкостного охлаждения оказывается решающим обстоятельством, в силу которого предпочтение в большинстве случаев отдается двигателям с воздушным охлаждением. На тяжелой транспортной и строительной технике в настоящее время преимущественно устанавливают двигатели жидкостного охлаждения.
Считается, что двигатель жидкостного охлаждения, допускающий в силу меньшей теплона-пряженности более высокий уровень форсирования по среднему индикаторному давлению и обладающий, как правило, большей жесткостью конструкции, имеет преимущество по удельным показателям, надежности и долговечности. Такое мнение в большинстве случаев оправдано, однако для техники, работающей в районах с экстремально холодным климатом, двигатели с воздушным охлаждением становятся серьезной альтернативой двигателям жидкостного охлаждения. Отсутствие относительно сложной системы жидкостного охлаждения, в которой всегда существует некоторая вероятность отказов, становится в указанных условиях важным преимуществом. Подтверждением последнему служит то, что в России в районах Крайнего Севера и Восточной Сибири значительная часть используемой тяжелой автотракторной техники имеет дизельные двигатели воздушного охлаждения: грузовые автомобили «Tatra», «Magirus-Deutz», тракторы Т-330.
К современной моторной технике предъявляются, как правило, высокие требования по удельной мощности и, вместе с тем, по топлив-
ной экономичности. Эти требования в полной мере относятся и к машинам с двигателями воздушного охлаждения. В связи с этим, известно, что двигатели воздушного охлаждения в силу конструктивных особенностей, имеют более низкие значения среднего эффективного давления, чем двигатели такой же размерности с жидкостным охлаждением. Поэтому весьма важной является задача форсирования двигателей воздушного охлаждения при условии сохранения нормативной надежности и ресурса.
Существо проблем, которые возникают при форсировании двигателей воздушного охлаждения, и возможные пути их решения можно рассмотреть на примере развития семейства дизельных двигателей для промышленных тракторов, выпускавшихся на Волгоградском моторном заводе с 1968 по 2006 г. Пример интересен тем, что, с одной стороны, в мировой практике до этого не было дизелей с воздушным охлаждением такой большой размерности, а, с другой, на предприятии и в целом в стране отсутствовал опыт производства дизелей воздушного охлаждения большой мощности.
Первоначальный вариант двигателя, известного под маркой 8ДВТ-330, имел при рабочем объеме 22,6 дм³ номинальную мощность 270 кВт на частоте вращения 1700 мин-1. Указанной мощности соответствовало среднее эффективное давление ре = 0,85 МПа. В процессе совершенствования двигателя его мощность была в несколько последовательных этапов повышена до 375 кВт при п = 1800 мин-1. Среднее эффективное давление выросло до 1,11 МПа. Изменение основных показателей дизелей по мере завершения каждого из последовательных этапов представлено ниже в таблице.
Этапы последовательного форсирования дизелей с воздушным охлаждением производства ВгМЗ
Модификация двигателя п, мин-1 кВт Мк, Н-м ge, г/кВт-ч Рг, МПа Ре, МПа
8ДВТ-330 1700 272 1528 212 9,5 0,85
В-400 1700 305 1713 211 10,4 0,95
В-450 1750 335 1829 215 10,5 1,02
В-470 1750 345 1883 217 11,2 1,05
В-500 1800 375 1990 219 11,5 1,11
Какие же основные проблемы пришлось преодолеть при форсировании дизелей, и существуют ли резервы для дальнейшего повышения мощности?
Первая и главная проблема форсирования двигателей воздушного охлаждения, в особенности дизельных, заключается в обеспечении допустимого уровня тепловой напряженности элементов конструкции цилиндропоршневой группы и головки цилиндров [2, 3]. Сложности решения этой проблемы связаны не только с тем, что теплоотдача в поток воздуха на порядок меньше теплоотдачи в жидкость, но и с тем, что крайне трудно обеспечить целенаправленный подвод воздуха в наиболее критичные зоны головки цилиндров. Повышение интенсивности теплоотвода за счет увеличения расхода и, соответственно, скорости движения охлаждающего воздуха приводит к нежелательному росту затрат работы на привод вентилятора, порождает новую проблему большой шумности работы двигателя и без изменения конструкции оребренных деталей часто не приводит к необходимому результату. Следует также подчеркнуть, что сложность задачи поддержания приемлемой тепловой напряженности деталей дизеля возрастает по мере повышения степени наддува [4].
В ходе работ по форсированию дизелей на ВгМЗ были осуществлен ряд мероприятий, направленных на решение проблемы тепловой напряженности конструкции. Это, в первую очередь, выбор конструкции и параметров оребрения цилиндра и головки цилиндра. Особое внимание было уделено оребрению наиболее теплонапряженных зон головки цилиндров, в частности зоны расположения форсунки. За счет выбора параметров оребрения удалось существенно улучшить равномерность температурного поля в головках цилиндров и условия работы форсунок. Была проведена настройка системы воздушного охлаждения двигателя в целом, начиная от направляющего аппарата и
заканчивая системой дефлектирования. Значительный объем исследовательских и опытноконструкторских работ был направлен на совершенствование системы смазки с целью повышения ее вклада в стабилизацию температурных полей двигателя.
Вторая основная проблема, возникающая при повышении мощности двигателя воздушного охлаждения, связана с меньшей, чем у двигателей жидкостного охлаждения, жесткостью конструкции. Отсутствие единого блока цилиндров приводит к тому, что по мере повышения мощности и, соответственно, нагрузок на основные детали двигателя заметно возрастают деформации картера и коленчатого вала и, как следствие, ухудшаются условия работы коренных опор. Для решения этой проблемы проводились работы по оценке деформации картера, зеркала цилиндра двигателя в зависимости от уровня силового нагружения. Оценивался уровень крутильных колебаний коленчатого вала. В результате для рассматриваемых двигателей удалось избежать крайне нежелательных с точки зрения производства изменений в конструкции картера и увеличения диаметра коренных шеек коленчатого вала и обеспечить требуемую работоспособность коренных подшипников только за счет увеличения несущей способности вкладышей коленчатого вала.
В целом, проведенные научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы позволили увеличить мощность дизеля почти на 40% и на 30% повысить значение среднего эффективного давления. При этом нет оснований считать, что достигнутый уровень форсирования является предельным. Результаты ряда предварительных экспериментов показывают, что дизели воздушного охлаждения данной размерности могут работать при ре = 1,3 МПа, однако практическое достижение такого уровня форсирования при условии обеспечения приемлемых показателей по топливной экономич-
ности и нормативных по надежности и ресурса, требует как дальнейших исследований, так и комплексной оптимизации существующих технических решений.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Поспелов, Д. Р. Двигатели внутреннего сгорания с воздушным охлаждением. Теория и расчет / Д. Р. Поспелов. — М.: Машиностроение, 1971. — 535 с.
2. Белов, Е. С. Деформация цилиндра двигателя воз-
душного охлаждения / Е С. Белов, А. Н. Гоц // Тракторы и сельхозмашины, № 11, 2009. — С. 41−43.
3. Шароглазов, Б. А. Численная оценка температур деталей цилиндропоршневой группы двигателя воздушного охлаждения / Б. А. Шароглазов, И. И. Закомолдин // Двигателестроение, № 3, 2009. — С. 13−18.
4. Григорьев, Е. А. Математическое моделирование рабочего процесса двигателя 8ЧВН 15/16 с целью оптимизации фаз газораспределения и законов движения клапанов / Е. А. Григорьев, А. В. Васильев // Известия ВолгГТУ: межвузов. сб. науч. ст. / ВолгГТУ. — Волгоград, 2000. -(Серия «Наземные транспортные системы»). — С. 7−12.

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой