Підвищення ефективності дизельних безшатунних двигунів шляхом удосконалення схем та параметрів системи наддуву - Автореферат

Подолання вказаних проблем можливе шляхом ефективного регулювання турбокомпресора за допомогою зміни геометрії проточної частини турбіни та компресора, застосуванням складних систем керованого паралельного та керованого послідовного газотурбінного наддуву, що містять два турбокомпресори, або шляхом застосування систем комбінованого наддуву (до складу яких входить турбокомпресор та компресор з механічним приводом від валу двигуна). Дисертаційна робота виконана у відповідності до тематичного плану фундаментальних науково-дослідних робіт Національного університету кораблебудування імені адмірала Макарова в рамках держбюджетних та госпдоговірних тем: №1511 - «Визначення схемних рішень перспективних систем енергопостачання на основі турбопоршневих енергоагрегатів з використанням конвенційних та альтернативних палив» (№0104U003291); №1521 - «Створення наукових основ проектування енергетичних установок спеціалізованих суден та комплексів» (№0104U003093); №1560 - «Експериментальне дослідження показників турбопоршневих двигунів систем автономного енергопостачання при роботі на альтернативних паливах», (№0104U008262), в яких автор брав участь як виконавець. Предмет дослідження: характеристики та параметри робочих процесів у циліндрі двигуна та системі комбінованого наддуву, раціональний вибір яких забезпечує підвищення ефективності двигуна. Вперше показано, що застосування поршневого компресора, інтегрованого в конструкцію безшатунного дизельного двигуна, в складі системи комбінованого наддуву з розвиненим регулюванням, дозволяє підвищити максимальний крутильний момент двигуна на 9…18 %, підвищити крутильний момент за мінімальної частоти обертання на 40…110 %, підвищити коефіцієнти пристосування двигуна за моментом та частотою обертання на 5…16 % та 25… 45 %, відповідно, при збільшенні номінальної потужності на 0…3 % та поліпшенні або збереженні рівня паливної економічності. Для забезпечення найбільшої ефективності використання поршневого компресора необхідно в залежності від визначених у роботі діапазонів режимів роботи двигуна забезпечити три основних режими роботи системи комбінованого наддуву: 1) режим двоступеневого стиску повітря; 2) режим двоступеневого стиску повітря з одночасним регулюванням продуктивності поршневого компресора; 3) режим одноступеневого стиску повітря в турбокомпресорі з одночасним відключенням поршневого компресора.Поршнева машина, в загальному випадку, може бути використана: в якості поршневого повітряного компресора, в якості поршневої розширювальної машини для наддувного повітря, в якості поршневої розширювальної машини для відхідних газів або для здійснення двостороннього робочого процесу. Особливу увагу приділено вивченню особливостей роботи сучасних чотиритактних двигунів фірм Volkswagen, BMW, Volvo, Daimler та ін., в яких застосовуються системи комбінованого наддуву та системи керованого паралельного і керованого послідовного газотурбінного наддуву. Встановлено, що використання поршневого компресора, інтегрованого в конструкцію двигуна з безшатунним силовим механізмом у складі системи комбінованого наддуву, потенційно дозволить істотно поліпшити динамічні показники, покращити перехідні процеси та поліпшити екологічні параметри двигуна. Слід зазначити, що внаслідок кінематичних особливостей безшатунного механізму частота обертання вихідного валу двигуна не відповідає подвоєній частоті спалахів у циліндрі, як це має місце в традиційних двигунах з кривошипно-шатунним механізмом. В наведеному рівнянні p, T, V, m, ? - поточне значення тиску, температури, маси, обєму та молярної маси робочого тіла; cv, cvm - питома ізохорна масова істинна та середня теплоємність робочого тіла; dmj, DIJ - елементарна маса та елементарна ентальпія, що поступає в систему чи покидає систему при взаємодії з j-ю системою; dmt, DIT - елементарна маса та елементарна ентальпія палива, що випарувалось; DQX - енергія, що виділяється при згорянні палива; DQCT - теплота, яка відводиться від робочого тіла до стінок, DQИ.т.Використання інтегрованого в конструкцію двигуна поршневого компресора дозволяє підвищити динамічні характеристики двигуна при збереженні або поліпшенні паливної економічності лише за умови раціональної організації та гнучкого регулювання системи наддуву. Використання поршневого компресора дозволяє підвищити максимальний крутильний момент на 9…18 %, крутильний момент за мінімальної частоти обертання на 40…110 %, збільшити коефіцієнти пристосування за моментом та частотою обертання на 5…16 % та 25…45 %, відповідно, підвищити номінальну потужність на 0…3 %. Використання поршневого компресора, виконаного як у вигляді підпоршневого нагнітача, так і у вигляді навісного агрегату, доцільно в якості другого ступеня наддуву в діапазоні частоти від мінімально стійкої до частоти, що відповідає максимальному крутильному моменту (від 500 до 1900 хв-1 за зовнішньою характеристикою для двигуна типу 4ЧН 8,5/8,8). Раціональне значення ступеня підвищення тиску повітря в поршневому компресорі лежить у межах 1,05…1,25 в з

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ