авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ  БИБЛИОТЕКА

АВТОРЕФЕРАТЫ КАНДИДАТСКИХ, ДОКТОРСКИХ ДИССЕРТАЦИЙ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Повышение качества смесеобразования при пуске дизелей в условиях низких температур с помощью свч колебаний

СЕКРЕТНО

На правах рукописи

Смолин Андрей Александрович

ПОВЫШЕНИЕ КАЧЕСТВА СМЕСЕОБРАЗОВАНИЯ

ПРИ ПУСКЕ ДИЗЕЛЕЙ В УСЛОВИЯХ НИЗКИХ ТЕМПЕРАТУР

С ПОМОЩЬЮ СВЧ КОЛЕБАНИЙ

Специальность 05.04.02 – Тепловые двигатели

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Челябинск – 2013 2

Работа выполнена в Омском автобронетанковом инженерном институте (фи лиале Военной академии материально-технического обеспечения Министер ства обороны РФ).

Научный руководитель – кандидат технических наук, доцент Руднев Валерий Валентинович.

Официальные оппоненты:

Камалтдинов Вячеслав Гилимянович, доктор технических наук, (ФГБОУ ВПО ЮУрГУ (НИУ), доцент кафедры) г. Челябинск;

Малышев Анатолий Федорович, кандидат технических наук, доцент, (ФГБОУ ВПО ЧГАА, доцент кафедры) г. Челябинск.

Ведущая организация – ФГБОУ ВПО «Санкт-Петербургский государ ственный аграрный университет».

Защита диссертации состоится 29.01.2014 г. в 13 00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.298.09 при Южно-Уральском государствен ном университете по адресу: 454080, г. Челябинск, пр. им. В.И. Ленина, 76, ауд. 1001.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Южно-Уральский государственный университет» (Национальный исследо вательский университет).

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенных печатью, просьба направлять по адресу: 454080, г. Челябинск, пр. им. В.И. Ленина, 76, ЮУрГУ, на имя ученого секретаря диссертационного совета. Тел/факс (351)267-91-23, электронная почта: D212.298.09@mail.ru Автореферат разослан « » декабря 2013 г.

Ученый секретарь специализированного диссертационного совета Д 212.298.09, доктор технических наук, профессор Е.А. Лазарев

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы.

В связи с преобладанием на территории Российской Федерации клима тических зон с низкими зимними температурами и малой эффективностью устройств облегчения пуска обеспечение его надежности для дизелей мо бильной техники (МТ) является актуальной проблемой, требующей новых технических решений.

Технический уровень МТ во многом определяется временем предпуско вой подготовки и пуска дизелей. Учитывая тенденции развития отечествен ных и зарубежных МТ, в ближайшей перспективе необходимо обеспечить надежный пуск дизеля без средств предпусковой подготовки при температу ре окружающей среды минус 35 °С и ниже.

Степень разработанности темы исследования Изучением проблемы пуска дизелей в условиях отрицательных темпера тур занимаются специальные лаборатории России, стран Европы и Америки.

В этой области следует отметить работы: Болтинского В.Н., Брилинга Н.Р., Чудакова Е.А., Толстого A.M., Вырубова Д.Н., Корницкого В.В., Ку першмидта В.А., Менделевича Я.А., Микулина Ю.Б., Энглиша Б.А., Моисей чика А.Н., Минкина М.Л., Лосавио Г.С., Сметнева Н.Н., Копылова Ю.М., Хвощева И.С., Ротрок Р., Остена А.Е., Лана В.Т., Невельсон Ф.Л., Ульцхей мёр Г.И., Блоуз Д.Ф., Клауд Г.Х., Клиш И.Х., Рикардо Г.Р. и многих других авторов, которые внесли значительный вклад в решение проблемы пуска двигателей внутреннего сгорания при низких температурах окружающей среды. Однако проблемы пуска дизелей при температурах окружающей сре ды от минус 350 до минус 500С изучены недостаточно полно.

Пуск холодного дизеля затруднен вследствие: низкой температуры воздушного заряда;

повышенного сопротивления проворачиванию коленча того вала и перемещению других, кинематически связанных с ним, деталей (поршни, детали механизма газораспределения и т.д.) из-за увеличенной вяз кости масла;

ухудшения условий распыливания топлива;

усиленной теплоот дачи в стенки цилиндра и утечки воздушного заряда.

Как показал анализ исследований, выполненных ранее, существующие системы и устройства облегчения пуска не в полной мере удовлетворяют требованиям ко времени подготовки к пуску, выходу на режим нагрузки, продолжительности работы средств облегчения пуска и предельным темпе ратурам пуска. Удовлетворение этих требований возможно применением нагрева топлива с помощью СВЧ колебаний при пуске дизелей в условиях низких температур для повышения качества смесеобразования.

Используя СВЧ нагрев при рациональном подборе частоты и парамет ров камер источника, можно получить равномерную концентрацию тепло вой энергии в объеме нагреваемого тела. Эффективность преобразования энергии электрического поля в тепловую энергию возрастает прямо пропор ционально частоте и квадрату напряженности электрического поля. При этом следует отметить беспроводную передачу СВЧ энергии практически к любо му участку нагреваемого тела.

Под действием внешнего переменного электромагнитного поля в мате риале происходит колебательное движение молекул и их переориентация, в результате чего в теле возникают токи проводимости и смещения. Совокуп ность этих явлений и обеспечивает нагрев материала.

Основными преимуществами СВЧ нагрева являются: тепловая безы нерционность;

высокий коэффициент полезного действия (КПД) преобразо вания СВЧ энергии в тепловую, выделяемую в объеме нагреваемых тел;

воз можность осуществления и практического применения новых необычных ви дов нагрева (избирательного, равномерного, сверхчистого).



Таким образом, налицо имеется противоречие между высокими по тенциальными возможностями применения СВЧ энергии для оптимизации характеристик впрыскивания и распыливания топлива при пуске дизелей в условиях низких температур и отсутствием научно обоснованного способа реализации СВЧ нагрева в топливной аппаратуре дизелей.

Цель работы. Повысить качество процесса смесеобразования топлива и воздуха при осуществлении пуска дизеля в условиях низких температур.

Научная задача. Теоретическое обоснование возможности использо вания СВЧ энергии для нагрева топлива и повышения качества процесса сме сеобразования при пуске дизелей в условиях низких температур.

Объект исследования. Процесс пуска дизеля в условиях низких тем ператур.

Предмет исследования. Процесс смесеобразования в дизеле при нагреве топлива перед впрыскиванием с помощью СВЧ энергии.

Научная гипотеза. Повышение качества образования топливовоздуш ной смеси при пуске дизеля в условиях низких температур возможно путем нагрева топлива перед впрыскиванием с помощью СВЧ энергии.

Для достижения цели работы поставлены следующие задачи:

1. Провести анализ особенностей процесса пуска дизеля в условиях низких температур окружающего воздуха и способов его облегчения;

2. Разработать способ повышения качества смесеобразования за счет нагрева топлива перед впрыскиванием с помощью СВЧ энергии при пуске дизеля;

3. Уточнить математическую модель для оценки качества смесеобра зования топлива, нагретого с помощью СВЧ энергии;

4. Разработать методику экспериментальных исследований по оценке особенностей и качества смесеобразования при пуске дизеля в зависимости от параметров СВЧ нагрева топлива;

5. Провести технико-экономическую оценку эффективности повыше ния качества смесеобразования при пуске дизеля в условиях низких темпера тур.

Методология и методы исследования базируются на использовании программных комплексов «MathCAD» и «Excel» для ЭВМ и автоматизиро ванных средств измерения. Анализ и обобщение результатов научных иссле дований осуществлялись с использованием математической и статистической обработки экспериментальных данных по результатам исследований.

Научная новизна состоит в:

– использовании СВЧ энергии для нагрева топлива в трубопроводе высокого давления перед впрыскиванием при пуске дизеля для повышения качества смесеобразования;

– уточнении математической модели для оценки качества смесеобразо вания топлива, нагретого СВЧ энергией, учетом его движения по трубопро воду высокого давления, коэффициента теплоотдачи от него топливу и наименее нагретым элементам системы;

– обосновании структурной реализации системы топливоподачи с устройством СВЧ нагрева топлива в трубопроводе высокого давления.

Теоретическая и практическая значимость состоит в следующем:

– разработке способа теоретической оценки повышения качества сме сеобразования за счет нагрева топлива с помощью СВЧ энергии при пуске дизеля в условиях низких температур;

– создании устройства генерации СВЧ энергии для применения в дизе лях;

– разработке методики экспериментальных исследований по определе нию значений параметров при СВЧ нагреве топлива;

– определении оптимальных параметров источника СВЧ энергии и ре комендаций по его использованию.

На защиту выносятся:

– способ повышения качества смесеобразования с учетом нагрева топ лива в трубопроводе высокого давления за счет СВЧ энергии при пуске дизе ля в условиях низких температур;





– уточненная математическая модель оценки качества смесеобразова ния топлива, нагретого СВЧ энергией, с учетом его движения по трубопро воду высокого давления, коэффициента теплоотдачи топливу и наименее нагретым элементам системы;

– результаты экспериментальных исследований и выработанные реко мендации.

Достоверность основных положений и полученных результатов дис сертационной работы подтверждается: теоретическим обоснованием воз можности обеспечения пуска дизелей в условиях низких температур с ис пользованием СВЧ энергии;

современными методами решения системы уравнений с использованием пакетов «MathCAD» и «Excel»;

применением современных методов исследования в соответствии с ГОСТ, измерительного оборудования и корректной статистической обработкой экспериментальных данных с использованием ЭВМ.

Реализация работы. Результаты выполненной работы внедрены и ис пользуются при выполнении курсовых и дипломных работ, а также при чте нии отдельных разделов курсов лекций по дисциплинам «Двигатели военной автомобильной техники», «Энергетические установки транспортных средств специального назначения» и «Теплотехника» в Омском автобронетанковом инженерном институте (филиале Военной академии материально технического обеспечения);

Челябинском государственном педагогическом университете;

при разработке перспективных планов на автобазе УФПС (г.

Челябинск);

МУП «ЧСТ» (г. Челябинск).

Апробация работы.

Основные положения диссертационного исследования обсуждены и одобрены на межрегиональной научно-технической конференции «Повыше ние эффективности колесных и гусеничных машин многоцелевого назначе ния», 2010 г. (г. Челябинск);

8-й международной научно-практической кон ференции «Образование и наука без границ», 2012 г. (г. Прага);

8-й междуна родной научно-практической конференции «Перспективные вопросы миро вой науки», 2012 г. (г. София);

в материалах 8-й международной технической научно-практической конференции «Научная индустрия европейского кон тинента», 2012 г. (г. Прага);

7-я Всероссийской научно-практической конфе ренции ФГБОУ ВПО «СибАДИ» «Развитие дорожно-транспортного ком плекса и строительной инфраструктуры на основе рационального природо пользования», 2012 г. (г. Омск);

научно-практической конференции ВНО «Повышение надежности и боевой эффективности многоцелевых гусенич ных и колесных машин», 2012 г. (г. Омск).

Публикации. Материалы диссертационного исследования опублико ваны в 11 печатных работах, из них: 3 – в изданиях, рекомендуемых переч нем ВАК, и 8 – в других изданиях.

Подано 2 заявки на получение патента на полезную модель.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновываются актуальность темы диссертации, ее научная новизна, цель и задачи исследования, дается общая характеристика выполненных исследований, приводятся основные положения работы, выно симые на защиту.

В первой главе проведен анализ особенностей пуска дизелей в услови ях низких температур окружающего воздуха и способов облегчения пуска.

Пуск холодного дизеля представляет трудности вследствие:

– низкой температуры воздушного заряда;

– ухудшения условий распыливания топлива в связи с изменением его вязкости;

– повышенного сопротивления проворачиванию коленчатого вала и пе ремещению других, кинематически связанных с ним, деталей (поршни, дета ли механизма газораспределения и т.п.) из-за увеличенной вязкости масла;

– усиленной теплоотдачи в стенки цилиндра;

– потери части воздушного заряда.

В результате анализа специальной литературы выявлена необходи мость повышения качества смесеобразования за счет нагрева топлива, например, с помощью СВЧ энергии при пуске дизеля в условиях низких температур. Определены требования, предъявляемые к системам топливопо дачи дизелей.

Исследованием процессов, происходящих в СВЧ камерах, проектиро ванием СВЧ технологических установок, а также математическим моделиро ванием электромагнитных и тепловых полей при нагреве СВЧ диэлектриче ских сред занимаются следующие ученые в России и за рубежом: Архангель ский Ю.С., Балакирев В.А., Бецкий О.В., Бородин И.Ф., Воскресенский Д.И., Даутов О.Ш., Диденко А.Н., Девяткин И.И., Девятков Н.Д., Килькеев Р.Ш., Кислицын А.А., Кравченко В.Ф., Матисон В.А., Морозов Г.А., Насыров Н.М., Неганов В.А., Некрасов Л.Б., Некрутман С.В., Нигматуллин Р.И. и Окресс Э. Однако определение и выбор параметров СВЧ излучения для дизе лей с неразделенными камерами сгорания требует дополнительного изуче ния.

Распыливание топлива ухудшается с повышением вязкости за счет об разования крупных капель, несмотря на увеличение глубины их проникнове ния в среду сжатого воздуха. При малой вязкости процесс смесеобразования также ухудшается из-за снижения скорости проникновения капель топлива в камеру сгорания, в результате чего топливовоздушная смесь является неод нородной. Оптимальная вязкость дизельного топлива с точки зрения распы ливания и прокачиваемости – 3 … 8 мм2/с при 20°С. Поскольку в системе пи тания дизельное топливо служит одновременно смазывающей жидкостью, то использование топлива с вязкостью меньше указанных значений недопусти мо.

Вторая глава посвящена уточнению математической модели для оцен ки качества смесеобразования топлива, нагретого СВЧ энергией. Математи ческая модель включает систему уравнений, представленных ниже.

В частности, предложена зависимость изменения температуры Т топ лива в трубопроводе высокого давления при сжатии:

( ) ( )( ( )), (1) где v – удельный объем топлива;

Cp – удельная теплоемкость топлива;

Pвх, Pвых – давление на входе и выходе из насоса;

Q – подача насоса;

k1, k2 – коэф фициенты теплопередачи;

Т – начальная температура топлива;

v – скорость движения топлива.

К физическим свойствам топлива, оказывающим влияние на динамику топливной струи и мелкость распыливания при прочих равных условиях, от носятся вязкость, поверхностное натяжение и плотность. При повышении вязкости возрастает дальнобойность топливной струи, что уменьшает долю объемного смесеобразования и приводит к попаданию на стенки камеры сго рания большего количества топлива. С понижением вязкости средний диа метр капель топлива уменьшается и распыливание становится более одно родным. Однако при этом угол рассеивания топливной струи увеличивается, а дальнобойность ее уменьшается. Чем выше поверхностное натяжение, тем более устойчива капля к воздействию внешних сил и тем больше ее размеры.

Чем меньше поверхностное натяжение, тем тоньше и однороднее распылива ние топлива, что способствует ускорению процессов смесеобразования.

При разработке математической модели используются математические выражения и критериальные зависимости, предложенные Лышевским А.С. и уточненные Разлейцевым Н.Ф. применительно к быстроходным форсирован ным дизелям с камерами сгорания неразделенного типа.

В математических выражениях присутствуют такие физические пара метры, как плотность топлива Т, динамическая вязкость Т и поверхностное натяжение Т. Для зимнего дизельного топлива вышеуказанные параметры составляют: Т = 860 кг/м3;

Т = 3,8 10–3 Пас;

Т = 28 10–3 Н/м.

Согласно выражению (2) основным фактором, влияющим на границу между участками развития топливной струи, является динамическая вязкость топлива. Ее значение, в зависимости от теплового состояния, может изме няться в широком диапазоне в десятки раз, тогда как поверхностное натяже ние изменяется лишь в 1,3-1,5 раза:

[ ] [ ] [ ] (2) где: LT – длина струи, Т – плотность топлива, Т – динамическая вязкость;

Т – коэффициент поверхностного натяжения;

индекс Г здесь и далее обозначает нагретое топливо.

Из выражения (3) следует, что по мере уменьшения ТГ, ТГ, ТГ по сравнению с аналогичными величинами для холодного дизельного топлива, уменьшается время прохождения топливной струей расстояния от распыли теля форсунки до стенки камеры сгорания. Это приводит к уменьшению ко личества испарившегося топлива в объеме камеры сгорания и оказывает вли яние на динамику тепловыделения в начальной фазе процесса сгорания (3) [ ] [ ] [ ] где: – время прохождения топливной струей расстояния от распылителя форсунки до стенки камеры сгорания.

На диаметр капель оказывают влияние плотность, поверхностное натя жение и вязкость топлива (4). По мере уменьшения ТГ, ТГ и ТГ средний диаметр капель уменьшается. При нагреве топлива средний диаметр капли топлива уменьшается в 1,6 раза (по сравнению с холодным дизельным топ ливом). Это положительно сказывается на пуске дизелей в условиях низких температур, т.к. более мелкие капли топлива быстрее испаряются, тем самым повышая долю объемного смесеобразования [ ] [ ] [ ] (4) где: – диаметр капель, ( ) (5) [ ] [ ] [ ] ( ) ( )– угол рассеяния топливной струи.

где:

Из выражения (5) следует, что при впрыскивании в цилиндр дизелей подогретого топлива угол рассеивания топливной струи и ее боковая поверх ность увеличиваются. Это приведет к увеличению количества испарившегося топлива за период задержки воспламенения, что также положительно ска жется на пуске дизелей в условиях низких температур в связи с увеличением доли объемного смесеобразования.

В третьей главе представлена методика проведения эксперименталь ных исследований по определению зависимости качества смесеобразования и пуска дизеля в условиях низких температур от параметров СВЧ энергии, ис пользуемой для нагрева топлива.

В соответствии с разработанной методикой экспериментальных иссле дований выполнена установка СВЧ источника для нагрева топлива на безмо торный стенд и на дизель;

проведены экспериментальные исследования СВЧ нагрева дизельного топлива с целью выявления необходимого диапазона мощности источника и времени нагрева;

определены параметры впрыскива ния и распыливания топлива распылителем форсунки.

Первый этап безмоторных исследований включает определение опти мальных распределения диаметров капель и однородности распыливания топлива. Второй этап – моторные исследования имеют целью оценить эф фективность применения СВЧ энергии для нагрева топлива при пуске дизеля в условиях низких температур.

Для нагрева и регистрации характеристик впрыскивания и распылива ния топлива создана лабораторная экспериментальная установка СВЧ энер гии, использованы стенд контроля качества распылителей на основе скорост ной киносъемки для обработки изображения топливных струй и камера хо лода модели КХТ – 0,064/М.

Установка нагрева СВЧ топлива (рисунок 1) позволяет производить нагрев топлива до заданных температур. В ее состав входят: блок управле ния, высоковольтный источник питания, инвертор напряжения, магнетрон, камера нагрева, в роли которой выступает волновод прямоугольной формы, вентилятор охлаждения магнетрона.

Камера нагрева топлива представляет собой прямоугольный волновод размерами 84530020 мм. В волноводе размещается электрический магне трон, который концентрирует электрическое поле вдоль силовых линий и осуществляет вывод СВЧ энергии. Питание установки СВЧ энергии осу ществляется от сети 220 В переменного тока мощностью 1,5 кВт.

При анализе диапазона изменения параметров СВЧ установки велась регистрация температурных характеристик дизельного топлива. Эксперимен тальные данные фиксировались 4 датчиками температуры (термистор КМТ 1) в камере нагрева по методике, разработанной Афиногентовым В.И.

Для определения числовых значений характеристик впрыскивания и распыливания топлива распылителем форсунки использован стенд контроля качества распылителей на основе скоростной съемки и обработки топливных струй. Общий вид стенда представлен на рисунке 2. Стенд контроля качества распылителей на основе скоростной съемки и обработки изображения топ ливных струй является приставкой к стендам регулировки топливной аппара туры (MOTORPAL, MIRKEZ и ДД – 1 – 03 и др.).

Стенд дополнительно оснащался пластиной из дюралюминия (толщи ной 1,5 мм и размерами 120140 мм), поверхность которой покрыта сажей и тонким слоем оксида магния для улавливания капель топлива при исследова нии мелкости распыливания на режиме пуска. Толщина слоя сажи составляла 0,2...0,4 мм. Впрыскивание топлива на пластину производилось из распыли вающего отверстия распылителя с расстояния 250 мм. На одну пластину производилось улавливание капель топлива, поданного за одно впрыскива ние. Результаты по мелкости распыливания струи топлива впоследствии осреднялись.

Исследования проводились со штатными форсункой и топливным насосом высокого давления дизеля КамАЗ. Кинорегистрация струи топлива осуществлялась скоростной кинокамерой СКС – 1М с частотой около кадров в секунду, что позволяло получать за время впрыскивания (от 20 мс до 25 мс) около 100 кадров. Кинорегистрация велась на кинопленку, по ре зультатам обработки которой определялись максимальное продвижение L струи топлива и максимальная ширина струи.

Методика эксперимента позволила определить оптимальный состав и структуру системы топливоподачи с устройством СВЧ нагрева топлива в со ответствии с поставленными задачами;

параметры характеристик впрыски вания и распыливания топлива;

оценить влияние мощности устройства СВЧ нагрева топлива, температуры топлива, времени нагрева и их взаимодействия на средний диаметр капель топлива и степень однородности его распылива ния.

В четвертой главе проведен анализ результатов исследований и техни ко-экономическая оценка эффективности применения способа повышения качества смесеобразования при пуске дизеля в условиях низких температур, выработаны рекомендации по его применению.

В процессе обработки данных, полученных при регистрации диаметра капель (рисунок 3) и распыливания топлива (рисунок 4) на первом этапе без моторных исследований, построены зависимости диаметра капель от варьи руемых факторов (рисунок 5).

В ходе исследования установлено, что наиболее существенное влияние на средний диаметр капель и однородность распыливания топлива оказывают мощность устройства СВЧ и время нагрева, а во вторую очередь – начальная температура топлива. С понижением начальной температуры топлива, опре деляемой температурой окружающего воздуха, за период нагрева до 20 – 30 с и снижением мощности СВЧ излучения до 0,5 кВт средний диаметр капель топлива уменьшается незначительно. Это связано с тем, что в начальный пе риод практически отсутствует конвективный теплообмен в камере нагрева топлива.

В результате обработки данных, полученных при регистрации вероятно сти пуска дизеля в условиях низких температур на втором этапе моторных исследований, построена зависимость попыток пуска от варьируемых фак торов (рисунок 6).

Пуск дизеля с разработанным способом повышения качества смесеоб разования за счет нагрева топлива с помощью СВЧ колебаний в условиях низких температур осуществляется поэтапно:

– запуск устройства СВЧ нагрева и работа его в соответствии с рекомендо ванным временем;

– непосредственно пуск дизеля.

Проведенные теоретические и экспериментальные исследования поз волили выявить условия надежного пуска дизеля в зависимости от парамет ров распыливания топлива и определить наиболее эффективный способ по вышения качества смесеобразования за счет нагрева топлива с помощью СВЧ энергии при пуске дизеля в условиях низких температур.

Рисунок 1. Установка устройства СВЧ энергии Рисунок 2. Стенд контроля качества распылива для нагрева топлива на дизель в автомобиле ния топлива со скоростной киносъемкой:

КамАЗ: 1 - топливный стенд;

2 - ТНВД;

3 - оптический 1 - топливный насос высокого давления;

датчик вращения;

4 – трубопровод высокого дав 2 - форсунка;

3 - волновод (камера нагрева ления;

5 - закопченная пластинка;

6 - блок осве дизельного топлива);

4 - магнетрон;

5 - инвер- щения;

7 - форсунка;

8 - управляющая ЭВМ;

9 тор напряжения;

6- трансформатор;

7 - блок блок синхронизации (СИНХРО-М);

10 - камера управления;

8 - источник питания. СКС-1М;

11 - термометр;

12 - термопары.

Рисунок 3. Частиц на пластине: темпе- Рисунок 4. Кинограммы распыливания топлива распы ратура топлива 10°С, диаметр до 60 мкм лителем форсунки: температура топлива 10°С Рисунок 5. Зависимость диаметра капель топ- Рисунок 6. Зависимость количества попыток лива dк от мощности PСВЧ и времени воздей- пуска дизеля от температуры окружающей среды, ствия СВЧ источника при температуре окру- мощности и времени воздействия СВЧ источника жающей среды t – минус 35°С Рисунок 7. Структура системы топливоподачи с использованием устройства СВЧ нагрева топли ва: 1 - топливный насос высокого давления;

2 – форсунка;

3 - волновод (камера нагрева дизель ного топлива);

4 - магнетрон;

5 - инвертор напряжения;

6- трансформатор;

7 - блок управле ния;

8 - источник питания.

Структура системы топливоподачи с использованием устройства СВЧ нагрева топлива представлена на рисунке 7. Расчет стоимости системы топ ливоподачи с устройством СВЧ нагрева топлива при условии серийного про изводства с учетом нормативного коэффициента экономической эффектив ности составит 450 рублей, годовой экономический эффект по экономии топ лива за счет сокращения попыток пуска составляет приблизительно рублей на единицу техники.

Заключение Результаты теоретических и экспериментальных исследований, изло женные в работе, представляют собой научное обоснование разработанного технического решения по повышению качества смесеобразования за счет нагрева топлива с помощью СВЧ энергии при пуске дизелей в условиях низ ких температур. Выполненная работа позволяет сделать следующие выводы и рекомендации.

1. Анализ особенностей процесса пуска дизелей в условиях низких температур окружающего воздуха и способов облегчения пуска показал:

– известные способы облегчения пуска не в полной мере удовлетворя ют требованиям ГОСТ Р 54120-2010 при нижнем пределе температуры окружающей среды минус 50 0С;

– обоснована возможность применения СВЧ энергии в системах топ ливоподачи для нагрева топлива в трубопроводе высокого давления перед впрыскиванием при пуске дизелей в условиях низких температур (от минус 35 0С до минус 50 0С).

2. Разработан способ повышения качества смесеобразования с исполь зованием СВЧ энергии при пуске дизеля в условиях низких температур (от минус 35 0С до минус 50 0С), обоснованы состав и структура системы топли воподачи с устройством СВЧ нагрева топлива перед впрыскиванием в трубо проводе высокого давления.

3. Уточнена математическая модель для оценки качества смесеобразо вания топлива при использовании СВЧ энергии с учетом движения топлива в трубопроводе и коэффициента теплопередачи от трубопровода высокого давления к топливу и далее к наименее нагретым элементам системы. Разра ботана методика, позволяющая учесть изменение основных параметров рас пыливания ( dкГ, L ТГ, sГ, tg ТГ) в зависимости от температуры (Т) топлива, при использовании СВЧ энергии для его нагрева;

4. Разработана методика экспериментальных исследований, которая позволила:

– подтвердить теоретические положения по повышению качества сме сеобразования за счет нагрева топлива с помощью СВЧ энергии при пуске дизеля в условиях низких температур (от минус 35 0С до минус 50 0С);

– разработать лабораторную установку СВЧ нагрева топлива для про ведения экспериментальных исследований с изменением мощности СВЧ от 0,5 кВт до 1,5 кВт, времени нагрева топлива от 10 с до 120 с и начальной температуры топлива от 0 0С до минус 50 0С;

– провести проверку адекватности регрессионных моделей экспери ментальных данных по критерию Фишера и обеспечить удовлетворительную сходимость на уровне доверительной вероятности 0,95.

5. Анализ результатов экспериментальных исследований показал:

– с понижением начальной температуры топлива, определяемой темпе ратурой окружающего воздуха, в период нагрева топлива до 20 – 30 с, и сни жением мощности СВЧ источника до 0,5 кВт средний диаметр капель топли ва практически не меняется;

– с ростом температуры топлива средний диаметр капель топлива уменьшается до 40 мкм при мощности СВЧ источника 1,5 кВт и времени нагрева около 120 с. При этом уже после 60 с нагрева средний диаметр ка пель топлива находится в зоне оптимальных значений от 40 мкм до 60 мкм;

– при температуре окружающей среды минус 35 0 С вероятность пуска дизеля с помощью разработанного способа при мощности СВЧ колебаний 1,5 кВт и времени воздействия 60 с составляет 80 %.

6. Экономическая оценка разработанного способа повышения качества смесеобразования за счет нагрева топлива с помощью СВЧ энергии при пус ке дизеля в условиях низких температур показала, что годовой экономиче ский эффект по экономии топлива за счет сокращения попыток пуска состав ляет 1730 рублей на единицу техники.

7. Анализ результатов исследований применения способа повышения качества смесеобразования при пуске дизеля в условиях низких температур позволил рекомендовать следующие параметры элементов СВЧ устройства:

– съемный волновод необходимо выполнять в виде прямоугольного сечения, состоящим из двух половин, и располагать так, чтобы трубопровод высокого давления проходил внутри него;

– магнетроны СВЧ излучения можно применять мощностью не менее 1,5 кВт, например, фирмы Samsung.

8. Устройство СВЧ нагрева топлива можно использовать как отдель но, так и совместно со средствами предпусковой подготовки при температу рах окружающей среды от 0 до минус 50 0 С :

– при температурах окружающей среды от 0 0 С до минус 10 0 С устрой ство СВЧ нагрева топлива можно использовать без средств предпусковой подготовки. При этом мощность СВЧ источника может составлять 0,5 кВт и время воздействия СВЧ – 60 с ;

– при температурах окружающей среды от минус 10 0 С до минус 20 0 С устройство СВЧ нагрева топлива целесообразно использовать совместно с ЭФУ (мощность СВЧ – 1 кВт и время воздействия СВЧ – 60 с);

– при температурах окружающей среды от минус 20 0 С до минус 35 0 С устройство СВЧ нагрева топлива целесообразно использовать с электрофа кельным устройством и устройствами подогрева моторного масла (мощность СВЧ – 1,5 кВт и время воздействия СВЧ – 60 с);

– при температурах окружающей среды от минус 35 0 С до минус 55 С устройство СВЧ нагрева топлива целесообразно использовать совместно с средствами предпусковой подготовки (мощность СВЧ – 1,5 кВт и время воздействия СВЧ – от 60 с до 120 с);

9. Основными факторами, обеспечивающими высокое качество смесе образования топлива СВЧ энергией, являются:

– динамическая вязкость, в требуемом диапазоне достигаемая подогре вом топлива при мощности СВЧ 1,5 кВт и времени воздействия СВЧ 60 с;

– плотность и поверхностное натяжение топлива, которые уменьшают ся при подогреве СВЧ мощностью от 0,5 до 1,5 кВт и времени воздействия от 60 с до 120 с, тем самым уменьшая время достижения топливной струны стенки камеры сгорания;

– угол рассеивания топливной струи и ее боковая поверхность, которые увеличиваются при впрыскивании топлива, нагретого на 10 0 С при мощно сти СВЧ от 0,5 до 1,5 кВт и времени воздействия от 60 с до 120 с, и обеспе чивают повышение доли объемного смесеобразования, что положительно сказывается на пуске дизеля в условиях низких температур;

– диаметр капель, который уменьшается при нагреве топлива СВЧ из лучением от минус 35 0 С до 10 0 С в 1,6 раза, что положительно сказывается при пуске дизеля в условиях низких температур;

– время СВЧ нагрева топлива для обеспечения пуска дизеля МТ типа КамАЗ-740 должно составлять не менее 60 с, мощность СВЧ – не менее 1, кВт.

10. В целях уменьшения помех, вызываемых работой магнетрона, необходимо разместить корпус установки и высоковольтных соединений в экране, наполненным уретаном, силиконом, нитрилом или неопреном.

Дальнейшее развитие темы, которой посвящена настоящая диссерта ция, заключается в разработке устройств СВЧ повышенной мощности с обеспечением регулирования не только температуры топлива, но и темпера туры охлаждающей жидкости и смазочного масла дизеля при подготовке к запуску.

Список работ, опубликованных автором по теме диссертации:

– в изданиях, входящих в «Перечень ВАК», и приравненных к ним 1. Смолин, А.А. Комбинированные силовые установки для городского автомобиля / А.А. Смолин, В.В. Руднев, М.Л. Хасанова // Вестник Академии военных наук. Вып. №1(30). – М., 2010. – С.168–178.

2. Смолин, А.А. Комбинированные силовые установки для городского автомобиля / А.А.Смолин, В.В. Руднев, М.Л. Хасанова // Научные проблемы транспорта Сибири и Дальнего Востока. – НГАВТ. – Вып №1. – Новоси бирск, 2010. – С. 149–153.

3. Смолин, А.А Использование СВЧ – нагрева топлива для обеспече ния ускоренного и надежного пуска дизеля в условиях низких температур окружающего воздуха / А.А. Смолин, В.И. Денисенко // Вестник Академии военных наук. Вып. № 4 (45). – М., 2013.– С.190–192.

– в других изданиях 4. Смолин, А.А. Исследования взаимовлияния параметров топливной аппаратуры на величину топливоподачи дизелей / А.А. Смолин, В.В. Кольб, В.И. Денисенко // Вестник Сибирского отделения Академии военных наук.

Вып. №15. – М., 2012. – С.98–101.

5. Смолин, А.А. Влияние топлива на надежный пуск дизеля в условиях низких температур /А.А. Смолин, Д.Ю. Фадеев// Материалы 9-й Междуна родной научно-практической конференции «Научная индустрия европейско го континента» Т. 28. – София, 2012. – С. 86–89.

6. Смолин, А.А. Влияния физических параметров топлива на угол рас сеивания топливной струи и мелкость его распыливания /А.А. Смолин // Ма териалы 8-й Международной научно - практической конференции «Образо вание и наука без границ», Т. 35. – Прага, 2012. – С. 36–39.

7. Смолин, А.А. Влияние топлива на надежный пуск дизелей при низ ких температурах окружающего воздуха /А.А. Смолин // Материалы 8-й Международной научно - практической конференции «Перспективные во просы мировой науки», Т. 39. – София, 2012.– С.74–77.

8. Смолин, А.А. Обеспечения надежного пуска двигателей при низких температурах /А.А. Смолин // Материалы 8-й Международной научно практической конференции «Перспективные вопросы мировой науки» Т. 39.

– София, 2012. – С.70 –74.

9. Смолин, А.А. Анализ параметров системы топливоподачи с уста новкой СВЧ нагрева топлива /А.А. Смолин // Материалы 8-й Международ ной технической научно - практической конференции «Научная индустрия европейского континента», Т. 25. – Прага, 2012. – С.27–31.

10. Смолин, А.А. Условия обеспечения надежного пуска двигателей /А.А. Смолин // Материалы 8-й Международной технической научно - прак тической конференции «Научная индустрия европейского континента», Т.

25. – Прага, 2012. – С.31–35.

11. Смолин, А.А. Оценка влияния физических параметров топлива на угол рассеивания топливной струи и мелкость его распыливания /А.А. Смо лин // Материалы 8-й Международной технической научно - практической конференции «Научная индустрия европейского континента», Т. 25. – Прага, 2012. – С.35–39.



 

Похожие работы:





 
2013 www.netess.ru - «Бесплатная библиотека авторефератов кандидатских и докторских диссертаций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.