ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ ПОДАВАЕМОГО ДОПОЛНИТЕЛЬНОГО ВОЗДУХА ДЛЯ ПРИНУДИТЕЛЬНОГО ЗАВИХРЕНИЯ ЗАРЯДА
Аннотация и ключевые слова
Аннотация (русский):
В статье затронута проблема работы силового агрегата, который был модернизирован, чтобы повысить его технико-экономические и экологические показатели. А именно, в ней рассмотрены основные вопросы количественного и качественного смесеобразования, выбрано правильное расположение штуцеров для подачи дополнительного воздуха, определено влияние дополнительного воздуха на физические процессы, происходящие в цилиндре силового агрегата при его функционировании. Кроме того, в ней рассмотрены теоретические аспекты динамики дополнительного воздуха, введённого в конце наполнения и в начале сжатия в цилиндре силового агрегата. Всё вышеотмеченное необходимо проделать для того, чтобы проведённые мероприятия по улучшению технико-экономических и экологических показателей силового агрегата не противоречили тем условиям и требованиям, которые были заложены изначально заводом изготовителем при разработке данного силового агрегата. Во-первых, на сегодняшний день добиться этого довольно сложно, причиной этого является то обстоятельство, что силовые агрегаты с каждым разом становятся более мощными, чтобы отвечать всем тем требованиям, которые возникают в условиях ожесточающей конкурентной борьбы между разными производителями, во-вторых – это высокая степень унификации составляющих частей авто – тракторной техники и других транспортно-технологических машин и оборудований, которые оборудованы ДВС. Исходя из этого, любая доработка, пусть самая малейшая, приводит к существенным изменениям всех основных выходных параметров узлов и агрегатов машины. Кроме того, необходимо по мере возможности учитывать все виды модернизации, которые были проделаны другими исследователями, по улучшению вышеотмеченных параметров силового агрегата.

Ключевые слова:
воздушный поток, общая масса горючей смеси, дополнительная воздушная магистраль, воздушный заряд, дополнительный воздух, тангенциальная скорость, коэффициент избытка воздуха, число молей, коэффициент продувки, коэффициент эжекции
Текст
Текст произведения (PDF): Читать Скачать

Одним из путей усовершенствования работы силовых агрегатов считается принудительное завихрение заряда, а именно такое расслоение горючего в камере сгорания, при котором в зоне свечи зажигания была бы сосредоточена более обогащённая смесь, а на перифериях от свечи зажигания – более обеднённая. Силовые агрегаты, с такого рода расслоением топливовоздушной смеси в цилиндре, именуются «Двигателями внутреннего сгорания с расслоением заряда».

Ниже представленный способ расслоения заряда даёт возможность существенно снизить образование токсичных компонентов в отработавших газах бензинового силового агрегата, а также способствует увеличению массы основного заряда и повышает мощность ДВС. Положительный эффект такого способа завихрения заряда в цилиндре достигается уже на этапе окисления топливо воздушной смеси в камере сгорания [1, 4, 5].

Условия, материалы, методы и объекты исследования. Полноценная работа любого агрегата, в том числе и двигателя внутреннего сгорания, зависит от того, как соблюдены его заводские параметры в процессе эксплуатации. Любое изменение конструкции, для улучшения его работы, в определённой форме оказывает влияние на эксплуатационные показатели данного узла или агрегата [1,6,8,9,10,11,12,13]. При рассмотрении работы ДВС наблюдается аналогичная тенденция. В нашем случае объектом исследования является двигатель внутреннего сгорания ЗМЗ-53 Заволжского моторного завода. Данный силовой агрегат довольно широко распространён в отечественном автомобилестроении и по комплектации имеет несколько вариантов разновидностей. Предметом исследования вышеотмеченного силового агрегата является система питания, а в частности, процесс смесеобразования как в стандартном варианте, так и в случае, когда принудительно создается завихрение заряда для повышения технико-экономических  и экологических показателей силового агрегата.

Чтобы повысить технико-экономические и экологические показатели силового агрегата, мы отдаём предпочтение способу принудительного завихрения заряда, путём подачи дополнительного воздуха в цилиндр двигателя в конце такта наполнения и в начале такта сжатия. Для этого нам необходимо определить влияние дополнительного воздуха на процессы, происходящие в силовом агрегате, особенно нам интересны такты впуска и сжатия.

Как известно, у четырёхтактного бензинового силового агрегата общая масса горючей смеси (Gоб), поступившей в цилиндр в процессе впуска за один цикл, составляет сумму масс смесей поступивших при основном пуске – Gh1, (с момента открытия впускного клапана до положения поршня в НМТ) и дополнительно поступившей при дозарядки – Gh2 [2,3]. 

Соответственно количество смеси, которое поступает в цилиндр через впускной клапан в течение одного цикла, будет:

                   Gоб = Gh1 + Gh2 ,                          (1)

где: Gh1масса смеси поступившей в цилиндр при такте пуска;

        Gh2масса горючей смеси поступившей в цилиндр в результате запаздывания закрытия впускного клапана.

При достижении поршня положения нижней мёртвой точки (НМТ), процесс наполнения не завершается, а продолжается процесс наполнения горючей смеси в результате запаздывания закрытия впускного клапана. В нашем случае у силового агрегата с расслоением заряда (с системой дополнительной подачи воздуха), вследствие ввода дополнительного воздуха в цилиндры, общая масса смеси Gц возрастает на величину GД, следовательно, мы имеем следующую картину:

      Gц = Gоб + GД, (2)

где: Gоб – общая масса горючей смеси;

       GД – количество воздуха, подаваемого в цилиндр, по дополнительной воздушной магистрали.

Анализируя формулу 2, видим, что если общая масса смеси (топливовоздушной) - Gц будет меньше, чем количество смеси, которое могло бы уместиться в цилиндре силового агрегата при определённом давлении Р и температуре Т, то введённый в цилиндр дополнительный воздух увеличивает массу заряда в цилиндре до величины – Gц max [7]. В таком случае мы имеем следующее неравенство: Gц > Gц max, тогда выходит, что дополнительный воздух способствует снижению количества основной рабочей смеси - Gоб, до тех пор пока Gц = Gц max. Это объясняется тем, что в конце наполнения и в начале сжатия давление в цилиндре меньше, чем давление в систему подачи дополнительного воздуха [15,16]. Теоретически из вышесказанного можно заключить, что поступивший в цилиндр дополнительный воздух увеличивает массу рабочего заряда и, следовательно, повышает мощность силового агрегата в целом.

 

Список литературы

1. Аладашвили, И.К. Проблемы и обеспечение экономических и экологических показателей дизельного двигателя с дополнительным завихрением заряда при функционировании трактора в полевых условиях: дисс...канд. тех. н. – Казань: КГСХА, 2002.

2. Аладашвили, И.К. Снижение содержания оксидов азота в отработавших газах двигателей с дополнительным завихрением и расслоением заряда / И.К. Аладашвили, Д.Н. Самойлов, A.M. Гаврилок // Механизация и электрификация сельского хозяйства. – 2007. – № 11. – С. 30-31.

3. Аладашвили, И.К. Результаты полевых испытаний трактора Т-25 / И.К. Аладашвили, И.Г. Сибгатуллин, Р.А. Ихсанов // Механизация и электрификация сельского хозяйства. – 2007. – № 12. – С. 30-31.

4. Аладашвили, И.К. Технико-экономический и экологический анализ систем питания дизеля Д-21 / И.К. Аладашвили, И.Г. Сибгатуллин, А.Р. Ихсанов // Механизация и электрификация сельского хозяйства. – 2007. – № 3. – С. 26-27.

5. Аладашвили, И.К. Работа двигателя с дополнительным завихрением заряда / И.К. Аладашвили, И.Г. Сибгатуллин, Д.Н. Самойлов // Механизация и электрификация сельского хозяйства. – 2007. – № 6. – С. 24-26.

6. Валиев, А.Р. Исследование взаимодействия ротационного конического рабочего органа с почвой / А.Р. Валиев, Ф.Ф. Яруллин // Техника и оборудование для села. – 2015. – № 10 (220). – С. 27-31.

7. Валиев, А.Р. Обоснование параметров конического почвообрабатывающего рабочего органа путем решения многокритериальной задачи оптимизации / А.Р. Валиев, Р.И. Ибятов, Ф.Ф. Яруллин // Достижения науки и техники АПК. – 2017. – № 7. – С.69-72.

8. Гизатуллин, Р.Р. Влияние вредных производственных факторов на работников цементной промышленности / И.Н. Гаязиев, О.И.Макарова, Р.Р. Гизатуллин, Ф.Ф. Яруллин // Студенческая наука-аграрному производству: Материалы 76-ой студенческой (региональной) научной конференции.- Казань: Издательство Казанского ГАУ, 2018. – 167-172 с.

9. Дидманидзе О.Н., Афанасьев А.С., Хакимов Р.Т. Исследования показателей тепловыведения газовых двигателей // Записки Горного института. – 2018. – Т.229. – С. 50-55.

10. Макарова, О.И. Особенности охраны труда на производстве / О.И. Макарова // Устойчивое развитие сельского хозяйства в условиях глобальных рисков. Материалы научно-практической конференции - Казань: Изд-во Казанского ГАУ. – 2016.- 229-232 с.

11. Work improved of air-and-screen cleaner of combine harvester / Aldoshin N., Didmanidze O., Lylin N., Mosyakov M. // В сборнике Engineering for Rural Development Proceedings. 2019. P. 100-104.

12. Methods of analyzing the structure of the modular car park and the intensity of its operation / Vinogradov O.V., Moskvichev D.A., Didmanidze O.N., Parlyuk E.P. // Indo American Journal of Pharmaceutical Sciences. – 2019 . – T. 6 №3. – P. 5289-5292.

13. Aldshin N., Didmanidze O. Harvesting lupines albus axial rotary combine harvesters // Research in Agricultural Engineering. – 2018 . – T. 64. №3. – P. 209-214.

14. Aroma Constantin Newapprosches to fuel economy in spark-ignition engines Progr. Energy and Combust Sei. 2006. 1. № 4.

15. Gussak A., V.P.Karpov and Yu. V. Tikhonov. The Application of hay-Process in Prechamber Engines. SAE 2000.

16. Kobig Axel. Ellinger Karl – Werner. Kollel kurl engine operation on partally dissociated methanol // SAE. – 2005.

Войти или Создать
* Забыли пароль?