Научные основы снижения тепловых нагрузок в быстоходном дизеле и улучшения его экономических и экологических характеристик

Аннотация

Объекты исследования: одноцилиндровый быстроходный дизель, поршень, гильза, теплоизолирующие керамические детали. Цель работы: разработка и практическая реализация научных основ создания транспортного дизеля с уменьшенными тепловыми потерями при использовании керамических теплоизолирующих деталей. Методы исследования: в работе использованы теоретический и экспериментальный методы исследования. Теоретические исследования основаны на трехмерной модели теплонапряженного состояния гильзы и поршня, а также на однозонной и многозонной моделях рабочего процесса дизеля. Экспериментальные исследования проведены на одноцилиндровом быстроходном дизеле размерностью 96x120 мм и безмоторном тепловом стенде на базе современной зарубежной и отечественной измерительной аппаратуры. Полученные результаты и их новизна: - разработана технология изготовления теплоизолирующих частей из нитрида кремния для составных деталей дизеля, предусматривающая синтезирование порошка, измельчение и приготовление смеси, прессование и механическую обработку; получен оптимальный химический состав порошковой композиции SijN4 — SiC — ZrO? — Y2O3 на основе нитрида кремния с высокими физико-механическими свойствами; установка изготовленных из данной порошковой композиции теплоизолирующих деталей на поршень и гильзу позволила снизить их общий температурный уровень и обеспечить более равномерное температурное поле; - разработаны трехмерные модели для исследования теплонапряженного состояния базовой и теплоизолированных гильз и поршней с учетом реальных термических граничных условий со стороны рабочего тела; - разработаны однозонная модель и алгоритм расчета рабочего процесса дизеля, предусматривающие изменение мгновенного коэффициента избытка воздуха в зависимости от закона топливоподачи и используемые в качестве основы для определения скорости тепловыделения; - разработан расчетно-экспериментальный метод определения скорости тепловыделения в камере сгорания быстроходного дизеля, основанный на использовании реальных индикаторных диаграмм, полученных экспериментально; - получена полуэмпиричсская формула для расчета локальной тангенциальной скорости вихревого движения заряда в зависимости от текущего радиуса цилиндра и частоты вращения коленчатого вала; - предложена многозонная модель рабочего процесса в дизелях с непосредственным впрыскиванием, позволяющая получить значения локальных нестационарных температур газа в цилиндре и определить значения зональных и суммарных концентраций оксидов азота в зависимости от режимных и конструкторских факторов. Практическая значимость: - комплексное рассмотрение моделирования рабочего процесса и теплонапряженного состояния поршневых двигателей представляет собой инструмент, имеющий практическое значение для оценки возможностей и перспектив двигателей с уменьшенными тепловыми потерями; - развиты расчетно-теоретические основы проектирования дизелей с уменьшенным отводом теплоты от рабочего тела, конверсии серийных дизелей на двигатели с уменьшенными тепловыми потерями; - разработаны алгоритмы и программы, позволяющие реализовать математические модели и с достаточной для практики точностью решать задачи проектирования, доводки и модернизации как серийных, так и перспективных дизелей с уменьшенными тепловыми потерями; разработан метод экспериментального исследования теплонапряженного состояния поршня; создана экспериментальная установка с автоматизированным измерительным комплексом для исследования рабочего процесса быстроходных дизелей. Степень внедрения и экономическая эффективность: - разработанные технология изготовления теплоизолирующих частей из нитрида кремния для составных деталей дизеля, расчетноэкспериментальные методы исследования рабочего процесса дизеля, теплонапряженного состояния деталей цилиндро-поршневой группы, а также практические рекомендации по выбору регулировочных и конструктивных параметров при проектировании и создании дизелей с уменьшенным отводом теплоты от рабочего тела приняты к внедрению в АОЗТ «УзДЭУАвто», ООО «Самаркандский автомобильный завод» и АК «Узавтосаноат»; - результаты диссертационной работы используются в учебном процессе в ТАДИ и МАДИ (ГТУ) при чтении лекций по курсу «Теория и конструкция ДВС». Область применения: автомобилестроение, двигателсстроение, научно-исследовательские работы.