Повышение эффективности процесса сгорания в тракторных дизелях совершенствованим элементов систем впуска и управления топливоподачей

• Автор: Бунов, Вячеслав Михайлович
• Шифр специальности: 05.04.02
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 1999
• Место защиты: Челябинск
• Количество страниц: 308 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1. ПРОБЛЕМЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ И ПОВЫШЕНИЯ
ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРОЦЕССА СГОРАНИЯ В ДИЗЕЛЯХ
1Л. Понятия, анализ и оценка основных факторов, определяющих
эффективность процесса сгорания
1.1.1. Потери теплоты, вызванные диссоциацией
продуктов сгорания
1Л.2. Тепловые потери вследствие неполноты сгорания
топлива и причины образования сажи
1.1.3. Потери теплоты в стенки внутрицилиндрового пространства
1.1.4. Определение составляющих потерь теплоты за процесс сгорания при анализе и синтезе рабочего цикла дизеля
1.2. Основные пути повышения эффективности процесса
сгорания в дизелях
1.1. Оценка влияния коэффициента наполнения
на индикаторный к.п.д. дизеля
1.4. Научная проблема, цель и задачи исследования
2. РАЗРАБОТКА МЕТОДА КОМПЛЕКСНОЙ ОЦЕНКИ И ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ОСНОВНЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ РАБОЧЕГО ЦИКЛА ДИЗЕЛЯ НА БАЗЕ ПОЛОЖЕНИЙ ПО ОПРЕДЕЛЕНИЮ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРОЦЕССА СГОРАНИЯ
2.1. Определение коэффициента эффективности процесса сгорания при анализе рабочего цикла по характерной точке индикаторной диаграммы
2.2. Продолжительность процесса сгорания в дизеле
2.3. Определение коэффициента эффективности процесса сгорания при синтезе рабочего цикла на базе дифференцированного определения тепловых потерь за процесс сгорания
2.3.1. Теоретическое определение сажесодержания
в отработавших газах и коэффициента выделения теплоты
2.3.2. Коэффициент использования теплоты, учитывающий потери теплоты в стенки
2.4. Влияние эффективности процесса сгорания на показатели
рабочего цикла дизеля
2.5. Установление закономерной связи индикаторного к.п.д. рабочего цикла с эффективностью процесса сгорания
2.6. Метод комплексной оценки и прогнозирования основных показателей рабочего цикла дизеля
2.7. Систематизация и классификация способов повышения индикаторного к.п.д. дизеля
3. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ПАРАМЕТРОВ СИСТЕМЫ ВПУСКА И СОСТАВА СМЕСИ НА ПОКАЗАТЕЛИ РАБОЧЕГО ЦИКЛА ДИЗЕЛЯ С УЧЕТОМ СВЯЗИ ИХ С КОЭФФИЦИЕНТОМ ЭФФЕКТИВНОСТИ СГОРАНИЯ
3.1. Показатели рабочего цикла дизеля при изменении коэффициента наполнения
3.2. Влияние наддува на показатели рабочего цикла
и сажесодержание в отработавших газах дизеля
3.3. Показатели рабочего цикла и сажесодержание в отработавших газах дизеля при изменении состава смеси
4. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ
И МОДЕРНИЗАЦИИ ЭЛЕМЕНТОВ СИСТЕМЫ ВПУСКА
4.1. Оценка коэффициента расхода воздуха через клапанную
щель
4.2. Определение теоретической площади проходного
сечения клапанной щели
4.2.1. Влияние промежуточной фаски тарелки клапана
на площадь проходного сечения клапанной щели
4.2.2. Зависимость теоретической площади проходного сечения клапанной щели от угла конусной части
тарелки клапана
4.2.3. Увеличение площади проходного сечения клапанной щели применением
четырехклапанной головки цилиндров
4.3. Методика синтеза замкнутого рабочего цикла дизеля с учетом связи эффективности процесса
сгорания с параметрами системы впуска
4.4. Влияние геометрических параметров системы впуска на расход воздуха и показатели рабочего

цикла дизеля
4.5. Построение конформных отображений при проектировании
и исследовании элементов системы впуска
5. ОЦЕНКА СОВЕРШЕНСТВА СИСТЕМЫ ВПУСКА ТРАКТОРНОГО ДИЗЕЛЯ МЕТОДОМ СТАТИЧЕСКОЙ ПРОДУВКИ
5.1. Способ физического моделирования и отработки
проточной части газообменных каналов
5.2. Сравнительные исследования впускных каналов
различной формы
5.3. Совершенствование впускного канала
с падающим потоком
5.4. Исследования впускных каналов тангенциального
и винтового типов
5.5. Газообменные каналы двигателей
Катерпиллер (США) и Комацу (Япония)
5.6. Исследование газообменных каналов четырехклапанной головки цилиндров
5.7. Газодинамика клапанов механизма газораспределения
5.8. Распределение газодинамических потерь по цилиндрам
и по трассе впуска
5.9. Снижение газодинамических потерь в коллекторах
6. ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРОЦЕССА СГОРАНИЯ ТРАКТОРНОГО ДИЗЕЛЯ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕМ ЭЛЕМЕНТОВ СИСТЕМЫ ВПУСКА
6.1. Рабочий цикл дизелей без наддува с камерами сгорания ЦНИДИ, MAN и улучшенными
впускными каналами
6.2. Влияние улучшенных впускных каналов на параметры процесса сгорания в дизеле с наддувом
6.3. Повышение эффективности процесса сгорания в дизелях применением опытных двух и четырехклапанной
головок цилиндров
6.4. Влияние волновых процессов в системе впуска на показатели дизеля 4ЧН15.0/20.5 со штатным
и опытным впускными коллекторами

Коэффициент избытка воздуха, который является оценочным параметром состава смеси, определяется по формуле

а = ТГ-Г— > (1-8)
*-г г ъ о
где Ов - количество воздуха, действительно поступившее в цилиндр двигателя, кг/ч;
От - часовой расход топлива, кг/ч.
Коэффициент наполнения является параметром, оценивающим совершенство конструкции системы впуска при прочих равных условиях.
Связь между коэффициентом избытка воздуха и коэффициентом наполнения определяется по уравнению [46]:
3 0 чУьР
сГ~Е (1.9)
т О
Коэффициент избытка воздуха в дизеле можно увеличить, совершенствуя систему впуска, повышая плотность воздушного заряда (наддув, охлаждение наддувочного воздуха) и снижая расход топлива.
Увеличивая коэффициент наполнения, увеличивается коэффициент избытка воздуха и в явной форме определить улучшение индикаторного к.п.д. по формуле (1.7) нельзя (коэффициент наполнения вообще сокращается, если в это уравнение подставить выражение для коэффициента избытка воздуха). Выявить влияние наполнения цилиндров двигателя свежим зарядом на индикаторный к.п.д. можно используя математическую модель расчета рабочего цикла. Однако и в этом случае, как показали расчеты (рис. 3.1), если не учитывать изменение других показателей, например, коэффициента эффективности сгорания, условной продолжительности сгорания, чистое влияние коэффициента наполнения на индикаторный к.п.д. незначительно. При изменении % от 0,75 до 1,0 удельный индикаторный расход топлива практически остался один и тот же. Если при изменении коэффициента наполнения менять коэффициент избытка воздуха, то это приведет также к незначительному изменению расхода топлива (для указанных пределов изменения г)у расход топлива снизится до 3 г/кВт-ч).
Таким образом, теоретические модели при таком исследовании не дают возможность в явной форме определить действительное влияние наполнения цилиндров свежим зарядом на индикаторный к.п.д. К этой связи необходимо подходить диалектически, рассматривая ее во взаимозависимости с другими