Обоснование методики и разработка технических средств для исследования эффективности конвертации дизелей на регулирование режимов работы пропуском подачи топлива

Дизельные двигатели широко применяются в тракторах, автомобилях, железнодорожном транспорте, судах, стационарных установках, боевых машинах и др.

В сельскохозяйственном производстве они стали основным источником энергии. Вследствие этого и само сельскохозяйственное производство стало крупнейшим потребителем нефтепродуктов (в отдельные периоды потребляло до 40.45% вырабатываемого в стране дизельного топлива). В этой связи себестоимость сельскохозяйственной продукции во многом определяются именно технико-экономическими показателями дизелей и их дальнейшее улучшение является непреходящей проблемой.

Дизельные двигатели совершенствуются по направлениям повышения их топливной экономичности, снижения расхода смазочных материалов и металлоемкости, уменьшения токсичности выхлопных газов и шума работы, повышения надежности, упрощения конструкции и др.

В последние годы особую остроту приобрела проблема повышения топливной экономичности из-за постоянного удорожания нефтепродуктов и все острее ощущающегося их недостатка.

Хотя на сегодня дизели и являются наиболее экономичным источником энергии (в них удельный расход топлива может быть доведен до 188 г/(кВт-ч), тогда как в других тепловых машинах он намного выше) следует отметить, что их потенциальные возможности по топливной экономичности пока еще далеко не исчерпаны.

Наибольшего успеха в работе по направлению топливной экономичности дизелей можно достичь при совершенствовании их с учетом условий их работы.

Тракторные дизели работают в широких диапазонах нагрузок и оборотов. Наибольшая топливная экономичность их работы достигается на режимах, близких к номинальному. Снижение ее при переходе на частичные нагрузки, особенно на режимы пониженных частот вращения во многом объясняется особенностями работы применяемых в них топливоподающих систем непосредственного действия, а именно, снижением при этом давления впрыскивания, с одной стороны, и цикловой подачи, с другой, обуславливающих ухудшение качества процесса топливоподачи, в частности, увеличение относительной доли более грубо распиливаемого топлива в начальном и конечном участках процесса впрыскивания (соответствующих подъему и посадке иглы распылителя форсунки) и, в конечном счете, ухудшение процесса смесеобразования и сгорания топлива [3, 9, 47, 53, 60, 74, 75, 76, 91, 101].

Эффективным методом дальнейшего повышения топливной экономичности дизелей на режимах малых нагрузок и оборотов может стать переход на аккумуляторные системы топливоподачи [25, 26, 27, 28].

Однако такие системы пока еще не нашли применения в отечественных тракторных дизелях. В этой связи на сегодня большой практический интерес представляет и совершенствование оправдавших себя в течение многолетней эксплуатации и хорошо отработанных по конструкции и технологии изготовления ныне применяемых систем непосредственного действия.

Существенному улучшению качества работы топливоподающих систем непосредственного действия на режимах частичных нагрузок способствует повышение их цикловой подачи топлива. Это может реализоваться, например, в двигателях с регулированием режимов работы с выключением подачи топлива [4, 5, 7, 8, 12, 30, 31, 32, 33, 57, 61, 81, 86, 98, 99, 102, 106, 107, 113, 114, 117, 118, 119, 120].

На сегодня относительно больше исследованы двигатели с последовательным отключением цилиндров.

По зарубежным данным, такое регулирование позволяет экономить до 15% топлива [25].

На практике этот метод регулирования уже частично использовался и используется, например, в тракторах Т-130, некоторых моделях автомобилей фирм Ford, Honda, Mercedes и тепловозных двигателях фирмы MTU и отечественного производства 2Д100 и др.

Широкому его практическому применению в массовых тракторных дизелях препятствуют присущие ему серьезные недостатки, в частности, обусловленные скачкообразным изменением при отключении цилиндров показателей работы двигателя, возрастанием неидентичности по цилиндрам тепловой напряженности основных деталей двигателя, увеличением неравномерности вращения коленчатого вала и др.

Есть основания полагать, что при работе с отключением рабочих ходов поршней указанные недостатки могут не проявляться.

Отключение цилиндров является частным случаем отключения рабочих ходов поршней.

Работа дизелей с отключением рабочих ходов поршней изучена пока еще совершенно недостаточно. Объясняется это помимо всего прочего и отсутствием соответствующих методик их испытаний и испытательных стендов.

Кафедра «Автотракторные двигатели и теплотехника» Башкирского ГАУ с 2000 г. ведет работы по исследованию этого метода регулирования.

В объеме настоящей работы разрабатывались методика и технические средства, необходимые для испытаний таких дизелей.

Предварительно был проведен анализ работы этих двигателей и возможных методов повышения их эффективного к.п.д. Полученные при этом данные позволили определить возможные Управления работы по обоснованию методики их испытаний и технические средства для испытаний.

За основу моторной установки был принят двухцилиндровый дизель воздушного охлаждения Д-21А1 (трактора Т-25). Двухцилиндровый двигатель был выбран в связи с тем, что позволял вести сравнительные исследования дизелей при работе как последовательным отключением цилиндров, так и пропуском подачи топлива. В качестве тормозной установки использовался стенд DS-926−4/V -1.

1. Автомобильные и тракторные двигатели. Ч. 1. Конструкция и расчет двигателей. / Под ред. И. М. Ленина. — М.: Высшая школа, 1976. — 280 с.

2. Аллилуев В. А., Ананьин А. Д., Михлин В. М. Техническая эксплуатация машинно-тракторного парка. М.: Агропромиздат, 1991. 367с.

3. Антони Ю. Х., Краснокутский В. В., Лепехин А. Т., Дудин Б. М. Влияние отключения части работающих цилиндров двигателя на количество загрязняющих веществ. // Пробл.аграр.сектора Юж. Урала и пути их решения. Челябинск 1999. С.146−150.

4. Антони Ю. Х., Краснокутский В. В. Повышение эффективности использования тракторного транспортного агрегата путем отключения части цилиндров двигателя. // Пути повышения эффективности с.-х. пр-ва. Челябинск 1998. С.153−156.

5. Антони Ю. Х., Лепехин А. Т. Выбор способа отключения цилиндров на работающем двигателе. // Совершенствование агротехники и технологии возделывания с.-х. культур. Челябинск 1996. С.53−59.

6. Антони Ю. Х. Перспективы использования метода отключения цилиндров тракторного двигателя. // Пробл. аграр. сектора Юж. Урала и пути их решения. Челябинск 1999. С. 152−153.

7. Арсеньев Е. С и др. Обеспечение работы дизельного двигателя на холостом ходу методом выключения цилиндров. // Науч.-техн. сб. № 4. Москва- 1980. С.56−60.

8. Астахов И. В., Трусов В. И., Хачиян A.C. и др. Подача и распыливание топлива в дизелях. М.: Машиностроение, 1971. — 359 с.

9. А. с. 1 193 280 (СССР), МКИ F 02 D 17/02. Система подачи топлива в цилиндры дизеля. / Терских И. П. и др. Опубл. 30.01.90. Бюл. № 4.

10. А. с. 850 882 (СССР), МКИ F 02 М'63/02. Система питания топливом дизеля. / Шароглазов Б. А. и др. Опубл. 30.10.86. Бюл. № 40.

11. А. с. 987 149 (СССР), МКИ F 02 М 59/28. Механизм управления топливным насосом высокого давления. / Линник A.B. и др. Опубл. 23.04.91. -Бюл. № 15.

12. А. с. 550 485 (СССР), МКИ F 02 D 17/02. Устройство для отключения подачи топлива в цилиндр дизеля. / Березний В. В. и др. Опубл. 07.07.86. -Бюл. № 25.

13. А. с. 1 548 497 (СССР), МКИ F 02 М 55/00. Система подачи топлива в дизель. / Патрахальцев H.H. и др. Опубл. 08.09.90. Бюл. № 9.

14. А. с. 319 746 (СССР), МКИ F 02 Д 39/00. Устройство для периодического отключения подачи топлива в двигатель. / Ромашов В. М., Чертков В. Н., Потапов А. И. Опубл. 04.03.89. Бюл. № з.

15. Бахтиаров Н. И., Белявцев A.B. и др. Топливная аппаратура тракторных и комбайновых двигателей. М.: Колос, 1980. — 160 с.

16. Багиров Д. Д., Златопольский A.B. Двигатели внутреннего сгорания строительных и дорожных машин. М., Машиностроение, 1974, 220 с.

17. Баширов P.M., Габдрафиков Ф. З., Инсафуддинов С. З. Последовательное отключение цилиндров как метод повышения эффективности работы тракторного дизеля. // Достижения аграрной науки производству. Уфа — 2004. С.20−23.

18. Баширов Р. М и др. Надежность топливной аппаратуры тракторных и комбайновых двигателей. М.: 1978. — 184 с.

19. Баширов P.M. Основные показатели работы топливных систем автотракторных дизелей: Учебное пособие для студентов ВУЗов. Ульяновск: Ульяновский СХИ, 1978. — 86 с.

20. Баширов P.M. Основы теории и расчета автотракторных двигателей. -Уфа: БашГАУ, 2010.-304 с.

21. Баширов P.M. Топливные системы для автотракторных дизелей. -Уфа: Гилем, 2005. 204с.

22. Баширов P.M., Галиуллин P.P., Гайсин Э. М. Сравнительные исследования эффективности последовательного отключения цилиндров дизеля Д50. // Отчет о научно-исследовательской работе. Уфа, 2007. — 35 с.

23. Березний В. В. О регулировании судовых дизелей отключением цилиндров. // Двигателестроение, № 4. 1980. С.39- 41.

24. Березний В. В. Сравнительные испытания судового вспомогательного дизеля при отключении части цилиндров различными способами. // Двигателестроение, № 11. 1985. С.6- 9.

25. Березний В. В. Теоретическое обоснование возможности повышения экономичности дизелей при отключении части цилиндров. // Двигателестрое-ние, № 9. 1982. С.24- 26.

26. Березний В. В. Экономические и энергетические показатели работы дизелей при регулировании отключением цилиндров. // Двигателестроение, № 8. 1980. С.47- 49.

27. Валеев Д. Х. и др. Возможности улучшения экономических и экологических свойств дизелей КамАЗ-740 отключением цилиндров и циклов на режимах холостых ходов и малых нагрузок. // Двигателестроение, № 8−9. -1991. С.62−63.

28. Вальдеррама А. Р. Повышение экономических и экологических качеств дизеля методом отключения цилиндров и циклов: дис. канд. техн. наук. Москва, 1995. — 161 с.

29. Веденяпин Г. В. Общая методика экспериментального исследования и обработки опытных данных. М.: Колос, 1973. — 199 с.

30. Взоров Б. А., Молчанов К. К., Трепененков И. И. Снижение расхода топлива с.-х. тракторами путем оптимизации режимов работы двигателей. // Тракторы и с.-х. машины, № 6. 1985. С. 10−14.

31. Гайсин Э. М. Повышение топливной экономичности тракторных дизелей регулированием режимов их работы пропуском подачи топлива: Дисс. канд. техн. наук. Санкт-Петербург-Пушкин, 2007. — 123 с.

32. Галиуллин P.P. Повышение эффективных показателей тракторных дизелей электронным управлением топливоподачи: Дисс. докт. техн. наук. -Санкт-Петербург-Пушкин, 2009. 600 с.

33. Галиуллин P.P., Гайсин Э. М. Регулирование режимов работы дизелей пропуском подач топлива. // Механизация и Электрификация сельского хозяйства, № 11.-2005. С.30−31.

34. Галиуллин P.P. Разработка для тракторных дизелей топливоподаю-щих систем непосредственного действия с электронно-управляемым впрыском: Автореф.дисс.канд.техн.наук. Санкт-Петербург-Пушкин, 2002. — 18 с.

35. Глаголев Н. М. Испытания двигателей внутреннего сгорания. Харьков: Харькховск. ун-т, 1958. — 300с.

36. Гольверк A.A., Вагнер И. Б., Методика испытаний топливной аппаратуры дизелей. Киев: Урожай, 1984. — 149 с.

37. Гольверк A.A. Влияние переменной нагрузки на топливную экономичность тракторных двигателей. // Механизация и электрификация сельского хозяйства, № 8 1985. С. 18−20.

38. ГОСТ 8670–82. Насосы топливные высокого давления автотракторIных дизелей. Правила приемки и методы испытаний. М.: Изд-во стандартов, 1982.-5 с.

39. ГОСТ 18 509–88 Дизели тракторные и комбайновые. Методы стендовых испытаний М.: Изд-во стандартов, 1988. — 46 с.

40. ГОСТ 14 846–81 Двигатели автомобильные. Методы стендовых испытаний М.: Изд-во стандартов, 1981. — 55 с.

41. Горбунов В. В., Олесов И. Ю. Отключатели цилиндров и циклов дизеля//Грузовик, № 9 1999. С. 13−16.

42. Горелик Г. Б., Дьяченко Н. Х., Магидович JI.E., Пугачев Б. П. Работа топливоподающей аппаратуры дизелей на частичных и переходных режимах. //Труды. ЛПИ, Вып. 316−1971. С. 19−22.

43. Гуревич А. Н. и др. Топливная аппаратура тепловозных и судовых двигателей типа Д100 и Д50. М.: «Машиностроение», 1968. — 248 с.

44. Двигатели внутреннего сгорания. В 3 кн. Кн. 1. Теория рабочих процессов: Учебник для вузов / Луканин В. Н., Алексеев И. В., Шатров М. Г. и др.- Под ред. Луканина В. Н. 2-е изд., перераб. и доп. — М.: Высшая школа, 2005. 479 с.

45. Диваков Н. В. Регулирование мощности автомобильного двигателя отключением цилиндров. // Сб. статей «Вопросы машиноведения». М.: Издательство АН СССР, 1950. — С. 158 — 160.

46. Евстрифеев Б. В., Соин Ю. В., Крючков П. А. и др. Опыт эксплуатационной проверки системы отключения части цилиндров на тепловозных дизелях. // Двигателестроение, № 1 1999. С.23−25.

47. Ждановкий Н. С., Ковригин А. И., Шкрабак B.C., Соминич A.B. Неустановившиеся режимы работы поршневых и газотурбинных автотракторных двигателей. Л.: Машиностроение. Ленингр. отд-ние, 1974. — 222 с.

48. Жерновой A.C. О возможности повышения экономичности многоцилиндровых автомобильных дизелей на холостом ходу. // Промышленная теплотехника, № 4. 1982. С.65- 69.

49. Зайдель А. Н. Элементарные оценки ошибок измерений. — Л.: Наука, 1968.-96 с.

50. Звонов В. А. Токсичность двигателей внутреннего сгорания. 2-е изд., перераб. -М.: Машиностроение, 1981. — 160 с.

51. Зиняев А. Б., Корнилов Г. С., Курманов В. В., Олесов И. Ю., Патра-хальцев H.H., Эмиль М. В. Возможности повышения топливной экономичности дизелей типа ЯМЗ-2Э8 отключением цилиндров и циклов. // Двигателе-строение, № 3. 1991. С. З9−41.

52. Злотник М. И., Иванов Е. И. и др. Трактор Т-130. М.: Высшая школа, 1973.-207 с.

53. Иванов A.M., Солонцев А. Н., Гаевский В. В. и др. Основы конструкции автомобиля. М.: «За рулем», 2006. — 354 с.

54. Инсафуддинов С. З. Совершенствование методики оценки неравномерности подачи топливных систем тракторных дизелей: Дис. канд. техн. наук. Оренбург, 2005. — 152 с.

55. Кислов В. Г., Баширов P.M., Попов В. Я. Топливные насосы распределительного типа. -М.: Машиностроение, 1975. 176 с.

56. Кислов В. Г., Павлов В. А., Трусов А. П. и др. Топливная аппаратура тракторных и комбайновых дизелей: Справочник. М.: Машиностроение, 1981.-208 с.

57. Колчин А. И., Демидов В. П. Расчет автомобильных и тракторных двигателей. -М.: Высшая школа, 1980. 400с.

58. Конструкция и расчет автотракторных двигателей. / Под ред. Ю. А. Степанова М.: Машиностроение, 1964. — 552 с.

59. Костарев К. В. Улучшение топливно-экономических показателей тракторного дизеля совершенствованием конструкции топливоподающей системы на основе управления характеристиками топливоподачи: Дисс. канд. техн. наук — Уфа, 2001. 111 с.

60. Коц Б. Э. Электромагниты постоянного тока с форсировкой. М.: Энергия, 1973.-80 с.

61. Кузнецов Т. Ф., Котов В. В., Вовчек А. Н. Влияние конструктивных элементов топливной аппаратуры на стабильность подачи по циклам. // Тр. Харьковск. инс-т инжжел.-дор. тр-та, вып. 18. Харьков, 1973. С.9−18.

62. Лиханов В. А., Сайкин A.M. Снижение токсичности автотракторных дизелей. М.: Агропромиздат, 1994. — 224с.

63. Любчик М. А. Расчет и проектирование электромагнитов постоянного и переменного токов. М.: Госэнергоиздат, 1959. — 223 с.

64. Марков В. А., Баширов P.M., Габитов И. И., Кислов В. Г. Токсичность отработавших газов дизелей. Уфа: БашГАУ, 2000. — 120 с.

65. Марков В. А., Шатров В. И. Характеристики топливоподачи, топливная экономичность и вредные выбросы дизелей. // Автомобильная промышленность, № 4−1998. С. 13−16.

66. Меламед М. И. Экономия бензина путем выключения цилиндров. // Автомобиль, № 3 1949. С. 11−13.

67. Мероприятия по оптимизации выброса выхлопных газов двигателями MTU на железнодорожных дорогах Германии. Emissionsoptimierung an MTU-Motoren der Deutchen Bahn AG / Schmidt R.-M.// ETR: Eisenbahn techn/ Rdsch. 1996. Bd. 45 № 1−2. S.61.

68. Николаенко A.B. Теория, конструкция и расчет автотракторных двигателей. М.: Колос, 1992. — 414 с.

69. Николаенко A.B., Хватов В. Н. Повышение эффективности дизелей в сельском хозяйстве. Л.: Агропромиздат, 1986. — 191с.

70. Олесов И. Ю. Совершенствование экономических и экологических качеств дизелей использованием метода отключения цилиндров: Дисс. канд. техн. наук. — Москва, 1993. 250 с.

71. Островский Г. Л. Возможности повышения топливной экономичности двигателей при регулировании мощности отключением цилиндров. // Дви-гателестроение, № 11. 1986. С.52- 54.

72. Патент № 2 380 562 РФ МПК F02D 17/02. Способ дискретного изменения мощности ДВС (варианты) Текст. / А. А. Грабовский // Открытия. Изобретения, 2010. Бюл. № 3.

73. Патрахальцев Н. Н. От отключения цилиндров к отключению циклов. // Автомобильная промышленность, № 11 — 1995. С. 18−21.

74. Суркин В. И. Основы теории и расчета автотракторных двигателей: учебное пособие. Челябинск: ЧГАУ, 2004. — 200 с.

75. Эммиль М. В. Анализ динамического уравнения дизеля с отключением цилиндров и циклов. // Тракторы и с.-х. машины, № 9 1999. С. 17−19.

76. Patent USA № 4 492 191. Fuel cut-off device for fuel injection pumps for multi-cilinder internal combustion engines. / Aouki Fujio, Isob Hiroshi (Diesel Kiki Co.) — 1985.

77. Patent USA № 4 411 229. Cylinler deactivation device. / Curtis N.A., Karner J.E. 1982.

78. Patent USA № 4 414 935. Cylinler deactivation device with slotted sleey mechanism. / Curtis N. A., Renshaw С. M. 1983.