К.т.н. Фадеев Д.Ю., аспирант Смирнов А.М.

 

Омский филиал Военной академии тыла и транспорта, г. Омск, Россия

 

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 ;при различных значениях ограничительных параметров по затратам на функционирование системы охлаждения (ФСО), тепломеханической нагруженности, дымности и токсичности отработавших газов [2].

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  и по величине коэффициента избытка воздуха при допустимом коэффициенте тепловой нагруженности деталей ( ), и увеличением при этом максимального давления цикла (Рmax) и тепловых потоков в охлаждающий воздух, т. е. факторов, снижающих указанную стабильность ДВО по , по величине коэффициента избытка воздуха при оптимальной величине отводимой от двигателя теплоты ( ) и по абсолютной величине отводимой от дизеля теплоты .

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 позволяет применять сочетание Рк и tк, при котором возрастает α, а следовательно, снижается теплонагруженность двигателя.

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.