К.т.н. Фадеев Д.Ю., аспирант Смирнов А.М.
Применение метода параметрической избыточности для обеспечения
стабильности характеристик форсированных двигателей.
Обеспечение стабильности характеристик
форсированных двигателей воздушного охлаждения (ДВО) возможно различными способами:
Представляется
целесообразным реализация метода совершенствованя энергопреобразований применением метода
параметрической избыточности.
Предлагаемые
закономерности реализованы техническими средствами для обеспечения стабильности
характеристик при форсировании двигателей типа ЧВН 15/16 и ЧВН 12/12,5.
Совершенствование энергопреобразований обеспечивалось рационализацией
параметров рабочего цикла и перераспределением тепловых потоков в охлаждающий
воздух [1]. Допустимые значения Рmax обеспечивались изменением
степени сжатия ε или угла опережения впрыскивания топлива, рисунок 1, 2, 3.
Рисунок 1.
Влияние на характеристики ДВО типа ЧВН 15/16
коэффициента
избытка воздуха при различных значениях параметров наддувочного воздуха
(двигатель 1 ЧВН 15/16, n = 1800 мин-1, Ре = 1,1 МПа)
Один и тот же уровень
форсирования может быть обеспечен:
при различных сочетаниях давления
наддувочного воздуха (Рк) и температуры наддувочного воздуха (tк), формирующих
величину коэффициента избытка воздуха (α). При неизменном α снижение
Рк должно компенсироваться увеличением глубины охлаждения наддувочного воздуха.
Это позволяет выполнить условия работоспособности ДВО по величине коэффициента
избытка воздуха при минимальном удельном индикаторном расходе воздуха
Наблюдается рассогласование между
улучшением значения удельного индикаторного расхода воздуха gi и снижением
теплонагруженности двигателя по мере увеличения α, т. е. факторов,
повышающих стабильность характеристик ДВО по
Тем не менее определено значение
α, в той или иной степени удовлетворяющее всем условиям работоспособности
ДВО при различных значениях степени сжатия (ε) и угла момента впрыскивания
топлива (θвпр), рисунок 2.
Согласованием этих условий установлены рациональные значения основных
параметров рабочего цикла для необходимых уровней форсирования Изменение
условий применения дизеля, например, эксплуатация в условиях, существенно
отличающихся от нормальных, должно учитываться при определении рациональных
значений параметров рабочего цикла [3]. Их
эксплуатационные значения должны отражать влияние возмущений при неизменных
допустимых значениях.
а б
Рисунок 2. Рациональные параметры рабочего цикла ДВО,
соответствующие
выполнению условий работоспособности по ограничительным параметрам
(двигатель 1 ЧВН 15/16, n = 1800 мин-1, Ре = 1,1 МПа):
а – без охлаждения
наддувочного воздуха; б – с охлаждением наддувочного
воздуха; допустимые значения: – ●–
– ε; – ∆ – – Pmax;
– o
– – Кт (без локальногомасляного
охлаждения деталей);
|||||||||| – область выполнения условий работоспособности
Анализ взаимосвязи между
ограничительными параметрами и допустимым уровнем форсирования рисунок 3,
показывает возможность увеличения допустимых значений параметров,
характеризующих теплонагруженность, например применением более совершенных
конструкций и материалов. Это позволяет обеспечить сочетание Рк и tк, а следовательно,
α, снижающее значение Pmax, которое характеризует механическую
нагруженность двигателя. Наоборот, возможность увеличения допустимого значения
Pmax
Таким образом, совершенствованием
энергопреобразований в ДВО за счет рационализации параметров рабочего цикла и
перераспределения тепловых потоков в охлаждающий воздух (применение наддува с
охлаждением наддувочного воздуха, локального масляного охлаждения поршня и
головки цилиндров и т. д.) обеспечено форсирование двигателей типа ЧВН 15/16 и
ЧВН 12/12,5 до литровой мощности 18–20 кВт/л, т. е. практически в 1,5 раза при
достаточной стабильности характеристик, рисунок 4, в основном, применением
метода параметрической избыточности.
а
б
Рисунок 3 Возможности форсирования двигателя
совершенствованием
энергопреобразований
(двигатель типа ЧВН 15/16, n = 1800 мин-1):
а – влияние степени сжатия:–– – e = 12,0; – –
– e = 14,75; б – влияние
охлаждения наддувочного воздуха (e = 14,75): –– – с ОНВ; – – – без ОНВ;
–●– – допустимые
значения Кт и Рmax при отсутствии локального
масляного охлаждения деталей; – o
– – допустимые значения Кт и Рmax
при локальном масляном
охлаждении деталей
Однако для ее снижения, особенно
при применении ДВО в сложных условиях, необходимо применить методы
регулирования и аварийной защиты. Рекомендации реализованы при создании форсированных
двигателей 8 ЧВН 15/16 и опытных образцов двигателей типа ЧВН 12/12,5.
Достигнутый уровень форсирования достаточен для стабилизации характеристик
двигателей и обеспечивает их согласованность с характеристиками трансмиссии при
действии возмущений. Это является основой совершенствования характеристик
моторно-трансмиссионных установок (МТУ) и повышения эффективности исследуемых
колесных и гусеничных машин (КГМ).
Рисунок 4. Эффективность различных способов совершенствования
энерго-преобразований при форсировании двигателя типа ЧВН 15/16 по сравнению с
исходным вариантом (e = 14,75, турбонаддув,
– □ – – n = 1700 мин-1):–– – охлаждение наддувочного воздуха с
локальным масляным охлаждением деталей (n = 1800 мин-1, ε = 13,4); –
– – охлаждение наддувочного воздуха с
локальным масляным охлаждением деталей
(n = 2000 мин-1, ε = 13,4)
Литература
1. Александров, Н.Е. Повышение эксплуатационных качеств автомобильных
гибридных моторно-трансмиссионных установок. [Текст] / Н.Е. Александров, Б.Л.
Арав, М. Бен Хаим и др. // Вестн. Урал. межрегион. отд-ния Рос. акад. трансп. –
Тюмень: ТНГУ, 2009. – Вып. 5.
2. Арав, Б.Л. Методы и средства совершенствования и стабилизации
характеристик моторно-трансмиссионных установок [Текст]: монография / Б.Л.
Арав. – Челябинск: ЧВВАКИУ, 2006.