сотрудник
, Россия
сотрудник
, Россия
сотрудник
УДК 62 Инженерное дело. Техника в целом. Транспорт
ГРНТИ 68.85 Механизация и электрификация сельского хозяйства
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.
воздушный поток, общая масса горючей смеси, дополнительная воздушная магистраль, воздушный заряд, дополнительный воздух, тангенциальная скорость, коэффициент избытка воздуха, число молей, коэффициент продувки, коэффициент эжекции
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: Gh1 – масса смеси поступившей в цилиндр при такте пуска;
Gh2 – масса 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.
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.
