Книга содержит общие критерии оценки дизелей. В ней рассматривается методика компоновки двигателей тронкового и крейцкопфного типов, а также их узлов; анализируются конструктивные формы основных деталей; дается компоновка основных систем, обслуживающих двигатель: топливной, пусковой, масляной и водяной; излагается методика расчета основных деталей двигателя и приводится характеристика материалов, применяемых для их изготовления.
В настоящем издании книги дальнейшее развитие получили вопросы компоновки мощных дизелей. Рассмотрено применение сварных остовов, систем газообмена двухтактных двигателей с газотурбинным наддувом и реверсивно-пусковых систем.
Вопросу уравновешивания двигателей отведена отдельная глава.
В конце глав, посвященных расчету и системам, обслуживающим двигатель, анализируются основные дефекты, которые могут обнаружиться в процессе первых часов работы двигателя новой конструкции.
Книга предназначена для учащихся высших учебных заведений ММФ, а также может быть использована конструкторами, эксплуатационниками, работниками научных и проектных институтов в их практической работе.
Проблема и цель. Двигатель является основообразующим компонентом любой машины. Широкое применение двигатели получили в автомобилестроении, а также в сельском хозяйстве и перерабатывающей промышленности. Особое внимание стоит уделить высокопроизводительным двигателям, используемым в современных тракторах и комбайнах. Наряду с этим интерес представляют используемые в машиностроении высокопроизводительные двигатели Д49. Уменьшение эксплуатационных затрат является одной из главных задач, стоящих перед учеными. Не менее значимым является вопрос повышения мощностных характеристик двигателей. Поставленные задачи возможно решить путем модернизации форкамерного зажигания. Целью исследования было изучение процесса воспламенения топливно-воздушной смеси в современных двигателях.
Методология. В эксплуатируемых в настоящий момент двигателях имеет место плохое воспламенение топливно-воздушной смеси; одной из причин этого является не лучшее смесеобразование. Данное обстоятельство приводит к тому, что для взятия мощности, в том числе на переходных режимах работы, в рабочую камеру двигателя подается избыточное количество топлива для получения переобогащенной смеси, чтобы обеспечить наилучшее воспламенение. Это ведет к повышенному расходу топлива при взятии мощности, при этом большая часть топливной смеси выбрасывается вместе с выхлопными газами так и не сгорев. Рассматривая энергию инициации воспламенения топливно-воздушной смеси, стоит отметить ограниченность диапазона, который варьируются в пределах от 0,6 до 1,3 Дж. Для уточнения характеристик современных форкамер, способствующих решению данных проблем, были проведены исследования, направленные на определение скоростных показателей распространения воспламененного газа, а также динамику распределения температурного фронта.
Результаты. Установлено, что среднее значение давления в момент воспламенения в исследуемых форкмерах составляет 30 бар, при этом распределение давления по рабочей камере цилиндра происходит по смоделированным векторным траекториям, создающим вихревое воспламенение топливно-воздушной смеси. За счет внутренней геометрии спроектированных форкамер воспламенение происходит наилучшим образом. Конфигурация форкамеры влияет не только на скорость воспламенения топливно-воздушной смеси, но и на скорость перемещения воспламененного газа. У исследуемых форкамер в момент воспламенения были зафиксированы разные показатели скорости движения газа, что обусловлено разницей геометрий спроектированных форкамер. Скорость воспламенения у форкамеры первой конфигурации менялась от 2500 до 3000 м/с. У форкамеры второй конфигурации значение аналогичного параметра находилось в пределах от 600 до 1700 м/с. Особое внимание стоит уделить также скорости на выходе из соплового канала. Можно отметить, что истечение газа, происходящее вследствие перепада давлений по длине патрубка, может характеризоваться как дозвуковой, так и сверхзвуковой скоростью истечения. В выходном сечении соплового канала форкамеры первой конфигурации значение скорости составило 800 м/с; впоследствии она стала постоянной.. Скорость истечения газа из соплового канала форкамеры второй конфигурации составила 1800 м/с и являлась сверхзвуковой. Исходя из данных, полученных в результате исследований и расчетов, было установлено, что современные двигатели имеют высокие значения воспламенения газовоздушной смеси и значительно превосходят по данному параметру предшествующие аналоги. Данное превосходство стало возможным благодаря конструкции форкамерного зажигания современных двигателей. Модернизация форкамеры, а именно изменение ее геометрической формы, способна качественно улучшить смесеобразование, что, в свою очередь, позволит обеспечить наилучшее воспламенение газовоздушной смеси, увеличить мощность, повысить полноту сжигания газовоздушной смеси, уменьшить выбросы в атмосферу не отработавших газов.
Проблема и цель. Целью исследования являлась оценка технико-экономических показателей устройства для обработки дизельного топлива.
Методология. Основана на определении затрат на внедрение устройства в топливную систему дизельных двигателей, проведении производственных испытаний на тракторе МТЗ-80 для сравнения изменений расхода топлива с включенным и выключенным устройством, оценена экономическая эффективность использования данного устройства.
Результаты. Рассчитана удельная мощность устройства СВЧ обработки топлива для дизельного двигателя Д-243, приведена принципиальная конструкция устройства. При проведении производственных испытаний на тракторе МТЗ-80 зафиксировано среднее снижение расхода топлива на 1,18 л/ч или 6,3 % при выполнении им различных видов работ. По полученным данным топливной экономичности оценена экономическая эффективность использования данного устройства.
Заключение. Показана техническая возможность использования устройства для обработки топлива волнами сверхвысокого диапазона на автотракторных агрегатах, что экономически обосновано сокращением затрат денежных средств на покупку дизельного топлива в размере 44880 руб. в год при сроке окупаемости устройства 7,5 месяцев.
Проблема и цель. Целью исследования являлась оценка изменения кинематической вязкости, коэффициента поверхностного натяжения и температуры топлива в результате его обработки волнами СВЧ диапазона.
Методология. Основана на сравнении кинематической вязкости, коэффициента поверхностного натяжения и температуры дизельного топлива до и после его обработки волнами СВЧ диапазона. Рассмотрены изменения этих параметров при СВЧ обработке для различных исходных температур топлива и оценены их изменения в процессе остывания топлива до комнатной температуры.
Результаты. Показана возможность использования обработки дизельного топлива волнами СВЧ диапазона для целенаправленного изменения его характеристик.
Заключение. Предлагаемый способ обработки дизельного топлива волнами СВЧ диапазона может быть использован для управления характеристиками топлива, влияющими на экономичность и экологичность дизельного двигателя.
Проблема и цель. Применение современных технологий позволяет качественно улучшить процессы во многих производственных отраслях, в том числе и в агропромышленном комплексе. Модернизация двигателей является наиболее перспективным вектором по совершенствованию наземных транспортно-технологических средств. Особое внимание стоит уделить высокопроизводительным двигателям, способным обеспечить работу оборудования в разных отраслях производства. Повышение мощности является первостепенной задачей, стоящей перед их разработчиками. Стоит также отметить, что неизменно актуальным остается вопрос снижения расхода топлива. В настоящий момент проведены исследования работы форкамер современных двигателей, особое внимание при этом уделялось процессу сгорания топливно-воздушной смеси. Было установлено, что имеет место плохое воспламенение смеси, а также ее перерасход на высоких мощностях работы двигателя. Кроме того, стоит отметить выброс вместе с выхлопными газами 20 % смеси ввиду ее неполного сгорания, обусловленного плохим воспламенением топливно-воздушной смеси. Решением данных проблем может быть модернизация форкамерного зажигания.
Методологоия. Для проектирования новой форкамеры были проведены исследования по уточнению скоростных показателей распространения воспламененной топливной смеси, а также динамики распределения температурного фронта при использовании современных форкамер. Не менее значимым следует считать проведенный для исследуемых форкамер газодинамический расчет. Установлено, что современные двигатели имеют высокие значения воспламенения топливно-воздушной смеси и значительно превосходят по данному параметру предшествующие аналоги. Модернизация форкамеры, а именно изменение ее геометрической формы, способна качественно улучшить воспламенение топливной смеси, увеличить мощность, повысить полноту сжигания топливной смеси, уменьшить выбросы в атмосферу не отработавших газов. Основным отличием представленной в статье форкамеры от современных аналогов является наличие шаровой полости горения, способствующей наилучшему смесеобразованию. Следует отметить, что параметры разгонной полости горения, шаровой полости горения, а также распылителя корректировались, исходя из проведенных расчетов. Для смоделированной форкамеры был проведен расчет распространения давления по периметру рабочей камеры цилиндра в момент впрыска топливно-воздушной смеси. Как и у исследуемых ранее аналогов, было смоделировано распределение температурного фронта, а также определена скорость распределения газа.
Результаты. Было установлено, что оптимальным для разработанной форкамеры является давление 30 бар, которое характеризуется четкими, упорядоченными, векторными траекториями, способствующими наилучшему смесеобразованию. Анализируя приведенные в статье графики, можно отметить первоначальную скорость, которая для всех значений давления различна, она изменялась от 2,100 до 2,700 м/с; наибольшая скорость зафиксирована при давлении 20 бар. При этом на выходе из сопел скорость варьировала от 1400 до 1700 м/с. В результате проведенных расчетов было установлено, что разработанная форкамера позволяет наиболее полно организовать рабочий процесс воспламенения топливно-воздушной смеси за счет наиболее полного рассредоточения давления по всему периметру рабочей камеры, а также, благодаря подобранным углам подачи форкамерного газа, позволит добиться наилучшего смесеобразования и перемешивания воздуха с топливом. Кроме того, в результате полного сгорания поступившей в рабочую камеру топливновоздушной смеси сократится объем выбросов в атмосферу не отработавших газов.
Терминология и буквенные обозначения поршневых двигателей внутреннего сгорания были утверждены в 1944 и 1946 годах в качестве государственных общесоюзных стандартов (№ 2674-44 и 3200-46). В связи с развитием техники в области двигателей внутреннего сгорания Комитет технической терминологии АН СССР решил пересмотреть существующую терминологию. С этой целью указанная терминология была разослана на широкое обсуждение. Полученные замечания и предложения от ряда научно-исследовательских, учебных, промышленных организаций и отдельных специалистов были учтены при переработке настоящей терминологии. При пересмотре терминологии были внесены необходимые уточнения и дополнения как в термины, так и в определения. Термины, устаревшие и не применяемые в настоящее время, исключены из предлагаемой терминологии или перенесены в графу нерекомендуемых терминов. Переработанную терминологию вы найдете в настоящем издании.
Настоящий сборник содержит терминологию топлива для двигателей внутреннего сгорания всех основных типов. Сборник состоит из четырех разделов: I — «Виды топлива»; II — «Состав топлива»; III — «Физикохимические характеристики топлива и процессов сгорания топлива»; IV — «Ракетное топливо». В сборник включено наряду с терминами, непосредственно характеризующими топливо, минимально необходимое для данной системы терминологии количество терминов, относящихся к процессам сгорания топлива. Еще сравнительно недавно к основным типам двигателей внутреннего сгорания относились лишь поршневые двигатели. Прогресс техники привел к широкому распространению и внедрению в практику новых типов двигателей внутреннего сгорания — газотурбинных, прямоточных воздушно-реактивных двигателей, а в последние годы — ракетных (жидкостных реактивных) двигателей. Перед составителями настоящего сборника возникла значительная трудность, связанная с задачей определения главного понятия данной терминологии — понятия «топливо» применительно ко всем двигателям внутреннего сгорания.
Публикуемая работа является непосредственным продолжением и дополнением рекомендуемой терминологии поршневых двигателей внутреннего сгорания, в которой были рассмотрены классификация двигателей, основные понятия, а также понятия, относящиеся к параметрам двигателей и показателям их работы, испытаниям и характеристикам двигателей. В настоящем выпуске рассматривается терминология, относящаяся к наиболее типичным дефектам, которые возникают при ненормальной работе поршневого двигателя внутреннего сгорания и его важнейших деталей.
В материалах исследования рассматриваются факторы, влияющие на отказы современных систем топливоподачи и зажигания. В свою очередь, пропуски воспламенения приводят к динамичному разрушению активных сот каталитического нейтрализатора. Микроскопическая крошка попадает в зоны трения двигателя и интенсифицирует износ в 3…10 раз. Для непрерывного поддержания параметров работоспособности систем топливоподачи и зажигания предлагается эксплуатационный контроль коэффициента избытка воздуха. Любое изменение технического состояния форсунок или свечей зажигания вызывает его изменение в сторону увеличения или уменьшения. Для исследования связи коэффициента избытка воздуха и частоты вращения коленчатого вала двигателя с параметрами работоспособности систем топливоподачи и зажигания были проведены эксперименты. Основой эксперимента являлось применение тестового метода нагружения двигателя путем полного и частичного отключения цилиндров. В результате эксперимента с достоверностью R2=0,98 % и 0,81% описаны связи в виде уравнений регрессии. Получены многомерные зависимости, показывающие нелинейную связь коэффициента избытка воздуха и частоты вращения коленчатого вала двигателя с зазором свечи зажигания и длительностью впрыска. Высокую тесноту связи с коэффициентом избытка воздуха (-0,948) обнаруживает фактор - изменение длительности впрыска. Средняя теснота связи наблюдается между параметром n и длительностью впрыска (0,615). Контроль параметров свечей зажигания и форсунок позволяет контролировать в эксплуатации появление предотказных состояний, а, следовательно, за счет своевременного воздействия обеспечить высокую надежность автотракторных средств. Идеи (методы, методики), разработанные в статье, хорошо согласуются с вопросами моделирования процессов в гидродинамических трибосопряжениях топливных насосов высокого давления, в частности, для систем Common Rail. Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда № 23-29-10042, тема: Численное моделирование процессов в гидродинамических трибосопряжениях топливных насосов высокого давления для перспективных форсированных дизельных двигателей https://rscf. ru/project/23-29-10042/».
Кратковременные пиковые нагрузки машин и механизмов порождают необходимость в аккумулировании механической энергии для ее последующего импульсного использования. Это вполне актуально, например, для аэродромных тягачей на стартовом этапе буксировки тяжелых самолетов. Применение аккумулятора механической энергии позволит уменьшить мощность двигателя тягача. Аккумулятор механической энергии может быть выполнен в виде электрической машины постоянного тока или вентильной, на валу которой закреплен супермаховик. При подключении электрической машины к источнику питания возникает нестационарный процесс, описываемый двумя дифференциальными уравнениями: одно - для механических величин, другое - для электрических. Аккумулятор механической энергии можно трактовать как искусственный электрический конденсатор, который запасает и отдает не энергию электрического поля, а кинетическую энергию вращения супермаховика.