Развитие методов расчета и оптимизация рабочих процессов ДВС (1024698), страница 27
Текст из файла (страница 27)
ОПТИМИЗАЦИЯ ФОРМЫ КАМЕРЫ СГОРАНИЯ ИУГЛА В ШАТРЕ РАСПЫЛИВАЮЩИХ ОТВЕРСТИЙ ДЛЯСРЕДНЕОБОРОТНОГО ДИЗЕЛЯИзвестно, что взаимное согласование формы камеры сгорания и ориентации сопловых отверстий играют очень важную роль в организации процессовсмесеобразования и сгорания в дизеле. Для полного и своевременного сгораниятоплива необходимо обеспечить такое его распределение в камере сгорания,чтобы с одной стороны, максимальное количество топлива было распределенов разреженной оболочке дизельной струи, где имеют место наилучшие условиядля его испарения и быстрого сгорания, а с другой - исключить или минимизировать попадание топлива в зоны с плохими условиями испарения, например,на стенку цилиндра, или в зоны пересечения пристеночных потоков от соседних струй. Решение этой задачи для среднеоборотных дизелей может лежать врусле разных концепций:1.
Организация попадания струи на стенку камеры в поршне под острымуглом в мелкой камере сгорания. При этом пристеночный поток развивается поповерхности поршня преимущественно в радиальном направлении. Соседниеструи не мешают друг другу, т.к. их пристеночные потоки не пересекаются. Кдостоинствам данной концепции относится возможность увеличения количества сопловых отверстий и, за счет этого, сокращения продолжительности топливоподачи, что обеспечивает рост КПД. Недостатком данной концепции является возможность попадания топлива на зеркало цилиндра, где оно не сгораетполностью, вызывает повышенный выброс углеводородов и попадает в масло.Применение мелких камер сгорания обусловливает повышенные требований кточности ориентации сопловых отверстий, необходимость сокращения продолжительности впрыскивания и применение высокой плотности заряда, чтобы сократить дальнобойность струй.2.
Организация попадания струи на стенку камеры в поршне под углом,близким к прямому. При этом пристеночный поток развивается по поверхности- 186 -поршня в равной интенсивности как в радиальном, так и в тангенциальном направлениях. Соседние струи могут мешать друг другу, если их пристеночныепотоки будут пересекаться, и в зоны пересечения будет попадать значительноеколичество топлива. К достоинствам данной концепции относится возможность предотвращения попадания топлива на зеркало цилиндра. Недостаткомявляется пересечение пристеночных потоков соседних струй и снижение скорости испарения в этих зонах. Негативный эффект от пересечения пристеночныхпотоков становится заметным, если в зоны пересечения попадает более 10% топлива. Проявляются эти недостатки при форсировании двигателя, росте цикловой подачи топлива и росте продолжительности впрыскивания.Выбор концепции и оптимальное согласование формы камеры в поршне сконструкцией распылителя может быть осуществлено расчетным путем с использованием разработанной программы ДИЗЕЛЬ-РК.
Расчетная модель смесеобразования и сгорания, а также модель топливной струи, реализованные в указанной программе, приведены в главе 3.Расчетное исследование по согласованию формы камеры сгорания с ориентацией сопловых отверстий проводилось применительно к дизелю 1-ПДГ4Д,семейства Д50 (6ЧН 31,2/33), эксплуатирующемуся на маневровом тепловозе.Дизель развивает полную мощность 1000 кВт при 750 мин-1. Тепловозная характеристика указанного дизеля в базовой комплектации приведена на рис.
5.1.Маркерами на графике помечены экспериментальные значения для 8 режимов,соответствующих позициям контролера от 1 до 8. Экспериментальные данныебыли представлены ОАО «Пензадизельмаш». Сопоставление расчетных и экспериментальных данных показывает их хорошее согласование, которое былополучено в ходе идентификации математической модели применительно к базовой комплектации с серийной топливной аппаратурой. Исследование взаимодействия топливных струй с камерой сгорания проводилось исходя из предположения о том, что на дизеле будет применена экспериментальная топливнаяаппаратура, обеспечивающая более выгодные характеристики впрыскивания- 187 -представленные на рис.
5.2. для разных позиций контроллера. Расчет топливо-Мощность, кВтподачи выполнен Л.В.Греховым, параметры распылителя: 9 х 0,36.10009008007006005004003002001000300400500600700800Частота вращения, 1/минУд. эфф. расх. топл. г/кВтча)230225220215210205200195300400500600Частота вращения, мин-1700800б)Рис. 5.1. Тепловозная характеристика дизеля 1-ПДГ4Д в базовой комплектациидля разных позиций контроллера. Маркеры -экспериментальные значения;линии - результаты расчетаВ процессе расчетного исследования рассматривались 3 разных камерысгорания: штатная, мелкий Гессельман и глубокий Гессельман. Геометрическиеразмеры камер сгорания и их эскизы представлены в таблице 16. Углы наклонасопел распылителя α (рис. 5.3.) варьировались для каждой камеры сгорания от65 до 85 град.
с шагом от 2,5 до 5 град.- 188 -Рис. 5.2. Характеристики впрыскивания дизеля 1-ПДГ4Д для разных позицийконтроллера. Распылитель: 9 х 0,36. Цифрами обозначеныпозиции контроллераРис. 5.3. Угол наклона сопел распылителяТаблица 16.Геометрические размеры камер сгоранияПараметрШтатнаяМелкаяГлубокаяВнешний диаметр, мм255273260Глубина в центре, мм000Радиус в центре, мм606060Глубина на периферии, мм27163730,530,530554074Радиус на периферии, ммУгол наклона образующей, градШтатнаяМелкаяГлубокая- 189 -В связи с тем, что дизель 1-ПДГ4Д работает преимущественно на малыхнагрузках, исследование было выполнено для двух режимов: режима, соответствующего 4 позиции контроллера (мощность 340 кВт при 400 мин-1) и режимаполной мощности (1000 кВт при 750 мин-1).
Результаты расчета представлены втаблице 17. В таблице приняты следующие обозначения: be, г/кВт ч – удельныйэффективный расход топлива; NO % - эмиссия оксидов азота; σo - доля топлива, распределенная в разреженной оболочке топливной струи; σw - доля топлива, распределенная в пристеночном потоке топливной струи; σs - доля топлива,распределенная в зонах пересечения пристеночных потоков соседних струй;σliner - доля топлива, попавшего на зеркало цилиндра.Зависимости удельного эффективного расхода топлива от угла наклонасопловых отверстий для разных камер сгорания представлены на рис.
5.4. Втаблице 17 представлены результаты расчета распределения топлива по разнымзонам, которые объясняют эффект резкого увеличения расхода топлива при α >800 попаданием значительной доли топлива на относительно холодное зеркалоцилиндра для штатной КС и КС типа мелкий Гессельман.Рис. 5.4. Зависимость удельного эффективного расхода топлива от угла наклонасопловых отверстий α для разных камер сгорания при работе дизеля 1-ПДГ4Дна режиме 34% от полной мощности- 190 -Таблица 17.Результаты расчета рабочего процесса дизеля 1-ПДГ4Д на режиме 34 % отполной мощности (400 мин-1) с разными камерами сгорания иразными углами наклона распыливающих отверстий αШтатная КСα, град.be, г/кВт чσo, %σw, %σs, %σliner, %65202,4065,729,60070202,3068,825,30075202,3070,323,30080202,3071,621,90085211,1376,78,507,870202,406530,30075202,3071,222,60080203,1173,419,200,685210,2579,65,206,970202,2070,423,30075202,307221,40080202,3072,720,60085202,2972,92000,29Мелкий Гессельманα, град.be, г/кВт чσo, %σw, %σs, %σliner, %65202,406333,100Глубокий Гессельманα, град.be, г/кВт чσo, %σw, %σs, %σliner, %65202,50682700На рис.
5.5. представлено изменение доли топлива, попадающего на зеркало цилиндра σliner в зависимости от угла наклона топливных струй для разныхкамер сгорания.- 191 -Рис. 5.5. Изменение доли топлива попадающего на зеркало цилиндрав зависимости от угла наклона топливных струй для разных камер сгоранияПри углах наклона сопловых отверстий, не превышающих 800, все камеры дают очень близкие показатели рабочего процесса дизеля (табл.
17, рис. 5.4),потому что во всех камерах пристеночные потоки не достигают зеркала цилиндра и не пересекаются между собой (рис. 5.6). Однако при увеличении угла «вшатре» α > 800, в мелкой и штатной камерах сгорания пристеночный поток всеже достигает зеркала цилиндра, в то время как высокий гребень глубокой КСпрепятствует развитию струи в радиальном направлении и попаданию пристеночного потока на гильзу (рис.
5.5). Анализ полученных результатов показывает, что на частичных режимах работы все камеры сгорания равнозначны, ниодна из них не дает существенных преимуществ. Это вызвано коротким временем развития струй и достаточностью места для их развития. На режимахбольшой мощности при длительном впрыскивании дефицит пространства дляразвития струй будет играть существенную негативную роль в распределениитоплива по зонам, имеющим плохие условия для испарения, поэтому правильное согласование формы камеры сгорания с ориентацией струй приобретаетбольшую актуальность и может выявить резервы совершенствования дизеля.- 192 -Рис.
5.6. Развитие свободных струй и их пристеночных потоков в разныхкамерах сгорания дизеля 1-ПДГ4Д при угле наклона струй α = 750на режиме работы, соответствующем 34 % от полной мощностиРезультаты аналогичного расчетного исследования для режима полноймощности представлены на рис. 5.7 и в табл. 18.Рис. 5.7.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
