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

Тип работы:
Реферат
Предмет:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

Ложкин М.Н., Коломиец n.B., 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-
Р МПа
10
7,5
2,5
1 ч N
/ / / Т
ч
ч /

10
20 30
50 & lt-р° пкй
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, 3BC:
1 & amp-епень сжатия в рассматриваемом цикле составляет 30 единиц, что значительно выше, чем в циклах традиционных, 3BC (для бензиновых, 3BC до 12, для дизельных, 3BC до 24 единиц) —
2 B^bi^ всей цикловой дозы топлива в цилиндр осуществляется под высоким давлением — 150 МПа и выше многосопловой форсункой аккумуляторной системы топливопо-дачи с запаздыванием в 1−2° поворота коленчатого вала после прохождения поршнем BMJ-
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, 3BC с высокой степенью сжатия выполнен с использованием методики И.И. Bибе [1]. Такая методика расчета позволяет определить с наибольшей точностью давление и температуру рабочего тела по углу поворота
ТК
2000
1500
1000
500
Р МПа
20
15
10

// // // // Ч т
/ / / // / / '- /
/ / / Ч Ч ч ч ч р

тк
-2000
1500
1000
-500
-20 -10
10
20 ЗО І0 ср°пкВ
Рис. 1. Расчётные давление и температура при угле впрыска 0впр = 2° пкв после ВМТ, е = 30
Рис. 2. Расчётные давление и температура при угле впрыска 0впр = 20° пкв до ВМТ, е = 30
Ложкин М. Н., Коломиец П. В., Терехов А. П. РАСЧЕТНАЯ ОЦЕНКА РАБОЧЕГО ЦИКЛА …
Р МПа
/
! j_
j i
1 i i = 20 °пкд do ВМТ
i i i
A \
\ \ взш= 2 °пкд после ВМТ
\

_
270 300
330
ВМТ 390
ш
°пкЬ
Рис. 3. Влияние угла впрыска топлива на характер изменения индикаторного давления
колегиатоговнаДЗС воврем сгорания и за весь цикл. По этим параметрам вычислены с наибольшим приближением к реальным условиям индикаторные показатели циклов и рассчитаны эффективные показатели двигателя.
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАШШ
В процессе исследования проведен расчет четырёхтактного четырёхцишшдревего дизетлогодвогаеелиССлВОкВт, n = 4500 min-1, степень сжатия s = 30, коэффициент избытка воздуха, а = 1,0, приавухмемдлтах впрыска тоолиеа 0впр = 2 °пкв после ВМТ и 0 В = 20 °пкв до ВМТ по методике И.И. ВППе[1].
В проведённых расчётах показатель характера сгорания «т» итродояцшпльниствдгяредиееПВЬ1Итвелисииз улое-вий наибольших значений индикаторного КПД п и среднего индикаторного давления P. при наименьших значениях давления сгорания Pzmax, температуры сгорания Tzmax и скорости нарастания давления
dp
dtp
Двтдцрдлсления вредаего 1швквтооосговаоттвю1 Р. индикаторная работа цикла L. рассчитывалась графическим методом трвещш в пределпх IштeIтиpтвшдя от ивменда закрытия впускных клапанов до момента открытия выпускных оиетаноп в сооаппадтд1ш с вьЫашшыми фазатш газода-спределения двигателя типа ВАЗ.
Вп^(^И1^ВВДесса сгорания проводился по методике [1] в интервале от начала воспламенения до конца сгорания с
шагом в 1 °пкв. В результате определено максимальное давление Ргтах и температура Тгтах процесса сгорания при впрыске 0 = 2 °пкв после ВМТ при 8 = 30 — Р тах = 10,8 МПа, Т тах
впр * г 5 5 г
= 1815 К (рис. 1). При впрыске топлива до ВМТ, равном 0впр = 20 °пкв при 8 = 30, получены следующие значения параметров: Ргтах = 19,75 МПа, Тгтах = 2183 К (рис. 2).
При положении поршня в ВМТ определены следующие значения давления и температуры сгорания при 8 = 30 и 0впр = 2 °пкв после ВМТ — Р тах = 9,25 МПа, Т тах = 1053 К, при 0 =
г г впр
20 °пкв до ВМТ значения параметров составляет Ргтах = 18,92 МПа, Т тах = 2071 К.
Из приведённых данных следует, что впрыск топлива после ВМТ в начале процесса расширения уменьшает Ргтах и Тгтах 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 8 = 30 и 0впр = 2 °пкв после ВМТ период задержки воспламенения составляет т. = 7 • 10−3 с или фi = 2 °пкв- для двигателя со степенью сжатия 8=30 л пвпр = 20°пх до ВМГ периодзадертсж воспламенения составляет т. = 31 • 10−3 с или ф. = 8°пкв.
Из представленных результатов расчёта следует, что высокая температура сжатого воздуха к началу подачи топлива при 0впр = 2 °пкв после ВМТ значительно сокращает период задержки воспламенения.
Проведённый в настоящем исследовании расчёт характеристики тепловыделения по методике И. И. Вибе, показал, его пзлнзесгопание тегтииа, вп=ыезеого поелвВМТ в ДОС с высокой степенью сжатия возможно в течение времени, созтвгтетвующегрео = 50 -0Т°нюз, ле. до отвдышт выауср-ных клапанов.
По проведённому анализу эффективных показателей можно сделать вывод, о том, что повышение степени сжатия до высоких величин с подводом тепла после ВМТ приводит ксуе^есцеелно^их улулшевжо Так, зшримзр, дая датга-теля мощностью N. = 60 кВт, п = 4800 шт4, степень сжатия 8 Зелебнтда) щег8Птонcтжe ТВС соответствующее, а = 1,6, расчётным путём получены следующие показатели рабо-еоIHBЩгагeрл: оpеднгосффeкшснoe дивление Ре и0,004 Ж! г, эффективный КПД составил пе = 0,44, удельный эффектив-пыр раслолдоштше ил 1СРе/ кВт-л. Эюпоказатели превышают аналогичные эффективные показатели в выполненных
аенструиашссевлимешектСУ. онстлдеши: оуоу. ]п"ТАтще
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 сжатия 8 = 30 при различном
моментеподачитоплива
Падамотд (c)впд = 20° пкв дв ВМТ (c)впд = 2° пкв посла ВМТ
Давлодив цикла, Pzmax МПа 19,75 10,8
Твмпцдатнда цикла, Tzmax К 2183 1815
Эффоктивдып КПД, ne 0,39 0,44
Удвлддып эффоктивдып даисвд топлива, ge, м/кВт-ч 209 186
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 є = 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. Шаро-глазова. 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 chair «Heat engine» P.V. Kolomiets, candidate of technical sciences, associate professor of the chair «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.

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой