Теоретическое обоснование и экспериментальное исследование рабочего процесса судового ДВС с комбинированным смесеобразованием и принудительным воспламенением

• Автор: Каргин, Сергей Александрович
• Шифр специальности: 05.08.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Астрахань
• Количество страниц: 177 с. : ил.

1 Анализ способов организации рабочих процессов в ДВС

1$ 1.1 Особенности процессов смесеобразования и сгорания топлива

1.2 Проблема создания рационального двигателя внутреннего сгорания

1.3 Принципиальные недостатки существующих двигателей

Выводы. Цель и задачи исследования

2 Предлагаемый способ организации рабочего процесса в ДВС и его теоретическое обоснование

2.1 Сущность предлагаемого способа организации рабочего процесса

2.2 Расчетно-теоретическое обоснование предлагаемого способа организации

рабочего процесса

2.3 Конструкция двигателя для осуществления предлагаемого способа

организации рабочего процесса

Выводы
3 Экспериментальная лабораторная установка и методика проведения испытаний
3.1 Опытный образец двигателя
3.2 Экспериментальная лабораторная установка
3.3 Определение степени сжатия опытного двигателя
3.4 Настройка карбюратора на требуемую подачу топлива
(-ц 3.5 Настройка топливного насоса высокого давления на требуемую
цикловую подачу топлива
3.6 Методика проведения испытаний
Выводы
4 Экспериментальные исследования и обработка результатов
4.1 Снятие индикаторной диаграммы
4.2 Обработка индикаторных диаграмм
4.3 Расчет показателей рабочего цикла двигателя, работающего по
дизельному рабочему процессу
4.4 Расчет показателей рабочего цикла двигателя, работающего по
предлагаемому рабочему процессу
4.5 Анализ результатов расчета показателей рабочих циклов
Выводы
Заключение
Список использованных источников

На конец XX - начало XXI века в мировом двигателестроении не отмечается сколько-нибудь значительных новаций в конструкции и теории рабочего процесса двигателей внутреннего сгорания. Современные ДВС, как с внешним, так и с внутренним смесеобразованием, с точки зрения теоретических термодинамических циклов, лежащих в основе организации их рабочих процессов, кардинальных изменений не претерпели, оставаясь при этом главным средством для получения механической работы на Земле. Улучшения параметров и характеристик этих двигателей, произошедшие за столетие, были осуществлены посредством непринципиальных, с точки зрения термодинамики, конструктивных усовершенствований, таких как наддув, инжектор и т. п., а также за счёт применения новых конструкционных материалов, повышения качества топлив и смазок, совершенствования технологии механической обработки деталей и сборки двигателей.
Предлагаемые нетрадиционные способы организации рабочего процесса [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8] не получают распространения ввиду того, что все они имеют принципиально одинаковые соотношения между мощностью, литражом и другими технико-экономическими показателями по сравнению с традиционными ДВС. Довольно давно отрабатывается и организация традиционных рабочих процессов в ДВС на водородном топливе [9, 10, 11] или на топливах растительного происхождения [12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19], но она ещё далека от промышленного применения. Например, Каменев В. Ф. [9] утверждает: при нынешнем уровне развития техники создания запасов водорода можно говорить только о промежуточном варианте - комбинированном топливопитании ДВС. Однако более перспективна схема получения на борту водорода, предназначенного для питания топливных элементов. Однако высокая стоимость (до 3000 американских долларов за 1 кВт энергии) электрохимического генератора отодвигает их массовое производство на неопределенный срок.
При серийном производстве такой важный параметр, как степень
сжатия, давали двигателю при рождении на всю жизнь. Однако с конца 60-х годов активно ведутся работы по изменению степешг сжатия во время работы двигателя в соответствии с применяемым топливом и режимом работы. Так, фирма СААБ представила миру двигатель с подвижной головкой блока и, как следствие, изменяемой степенью сжатия [20]. Чтобы повысить КПД, ее увеличивали при максимальной мощности и понижали на режиме частичных нагрузок. Широкого распространения конструкция пока не получила, в первую очередь, из-за технологических проблем и дороговизны. Оригинальную схему испытывает НАМИ: головка и блок неподвижны, а степень сжатия изменяется за счет «смещения» мертвых точек [21]. Специалисты готовятся изменять еще одну константу - рабочий объем. Речь идет не об отключении цилиндров, а об изменении геометрии. Конечно, существует множество других способов изменения степени сжатия и рабочего объема цилиндра в процессе работы двигателя (в частности, [1, 2]).
Характерные для современных ДВС способы преобразования химической энергии органических или синтетических топлив в тепловую и далее - в *
механическую работу, по видимому, сохранятся и в обозримом будущем, поэтому, с учётом постоянного расширения их количества и агрегатной мощности, всё реальней становится опасность полной выработки запасов природного углеводородного сырья. Одновременно всё большим и приближающимся к критическому становится уровень загрязнения среды обитания человека отработавшими продуктами сгорания [3].
В связи с высокими экологическими и экономическими качествами производители начинают активно применять газовое топливо. Одно из перспективных направлений - это так называемый газодизель. Суть: производится конвертация дизельного ДВС в газодизель. Конвертации доступен ДВС с неразделенной камерой сгорания и объемным смесеобразованием. Принцип конвертации довольно простой: от дизеля берется уменьшенная порция топлива (запальная) в пределах 10 -н 45 %, остальное компенсируется газовоздушной
на стадии экспериментальных исследований для введения топлива во всасывающий тракт целесообразно применить карбюратор. Применение карбюратора обусловлено простотой его установки и регулирования в процессе проведения экспериментальных исследований.
Для реализации потенциальных возможностей предлагаемого процесса и получения оптимальных показателей двигателя по Ре, %е и другим параметрам необходимо выполнить ряд серьёзных исследований, касающихся как сорта применяемого топлива, так и топливной аппаратуры.
2.2 Расчетно-теоретическое обоснование предлагаемого способа организации рабочего процесса
2.2.1 Расчёт параметров процесса сжатия
Проведём расчет применительно к судовому двигателю типа Ч 9,5/11, так как при проведении экспериментальных исследований предполагается использовать судовой двигатель 24 9,5/11. Его применение обусловлено рядом особенностей, дающих некоторые удобства при осуществлении предлагаемой технологии организации рабочего процесса. В частности, впускной патрубок общий для двух цилиндров, что позволяет установить один карбюратор. Длина впускного тракта у обоих цилиндров одинакова, следовательно, распределение топлива по цилиндрам будет равномерным. Небольшие габариты двигателя упрощают размещение его в лаборатории тепловых двигателей кафедры «Судовые энергетические установки» Астраханского государственного технического университета, где предполагается проведение экспериментальных исследований. Немаловажную роль сыграло также наличие этого двигателя на кафедре. Основные исходные данные:
- давление окружающей среды Р0 = 0,103 МПа;
- температура окружающей среды Т0 = 298 К;
- номинальная частота вращения коленчатого вала, п = 1500 об / мин;
- коэффициент избытка воздуха а = 1,05;