МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА СГОРАНИЯ МАЛОРАЗМЕРНЫХ ДИЗЕЛЕЙ

MODELING OF THE COMBUSTION PROCESS OF SMALL-SIZED DIESEL ENGINES

Maxim Kuznetsov

student, Department of Heat Engines and Power Plants, Vladimir State University,

Russia, Vladimir

Ignatov Mikhail

Scientific supervisor, Candidate of Technical Sciences, Associate Professor, Department of Heat Engines and Power Plants, Vladimir State University,

Russia, Vladimir

АННОТАЦИЯ

Приведены результаты математического моделирования процессов смесеобразования и сгорания малоразмерного одноцилиндрового дизеля ТМЗ-520Д мощностью 9,5 кВт при 3600 мин^-1, оценено влияние различных параметров на закон тепловыделения. Результаты моделирования удовлетворительно согласуются с экспериментальными данными.

ABSTRACT

The results of mathematical modeling of the processes of mixing and combustion of a small-sized single-cylinder diesel TMZ-520D with a power of 9.5 kW at 3600 min-1 are presented, the influence of various parameters on the law of heat release is estimated. The simulation results are in satisfactory agreement with the experimental data.

Ключевые слова: малоразмерный дизель; процесс сгорания; математическое моделирование.

Keywords: small-sized diesel engine; combustion process; mathematical modeling.

Разработка экономичного и экологичного рабочего процесса для малоразмерных быстроходных дизелей с непосредственным впрыскиванием топлива представляет собой сложную проблему, успешное решение которой в значительной степени может быть облегчено с помощью моделирования.

На кафедре ТДиЭУ ВлГУ разработана математическая модель [1] рабочего процесса, для малоразмерных быстроходных дизелей, с объемно-пленочным смесеобразованием позволяющая определять индикаторные показатели с учетом конструкции камеры сгорания, профиля впускного канала, закона топливоподачи и др. параметров. В модели процесс сгорания представлен совокупностью последовательных этапов в соответствии с характером изменения скорости тепловыделения.

В данной работе модель была проверена на дизеле ТМЗ-520Д (S/D=92х85 мм) мощностью 9,5 кВт при частоте вращения 3600 мин^-1. Предварительное экспериментальное индицирование дизеля [2] позволило установить, что процесс сгорания в данном двигателе состоит из трех периодов (рис. 1). Расчетные исследования рабочего процесса с помощью указанной модели выявили, что в первом периоде выгорает топливо, подготовленное к воспламенению за период задержки самовоспламенения (15…25% от цикловой подачи). Этот этап длительностью от 5 до 10 град. п.к.в. характеризуется максимальной скоростью тепловыделения, составляющей 0,035…0,075 1/град. В течение него полностью заканчивается впрыскивание топлива и испарение объемной доли вследствие повышения давления и температуры в камере сгорания.

Рисунок 1. Расчетные (- - -) и экспериментальные (–––) характеристики тепловыделения дизеля ТМЗ-520Д на номинальном режиме N_e=9,5 кВт при n=3600 мин^-1

Второй период тепловыделения связан в основном со сгоранием объемной доли впрыснутого топлива и характеризуется постоянством или некоторым ростом скорости тепловыделения в начальной фазе этого периода до 0,025…0,03 1/град и ее уменьшением в конце периода в 1,5…2 раза. За этот период, длительность которого составляет 25…30 град. п.к.в., выгорает 50…60% топлива от полной подачи.

Третий период тепловыделения является заключительным. В это время сгорает топливо, испарившееся со стенок камеры сгорания, а также топливо, находящееся в паразитных объемах цилиндра. В начале периода скорость тепловыделения возрастает до 0,02…0,025 1/град. или остается постоянной в зависимости от скорости испарения, а затем плавно уменьшается до нуля. Длительность третьего периода составляет 20…30 °ПКВ.

В зависимости от режима работы, теплового состояния дизеля указанные периоды могут налагаться друг на друга и изменять протекание характеристики тепловыделения. Благодаря управлению пленочной долей смесеобразования в этих дизелях обеспечивается допустимая жесткость рабочего процесса при высокой топливной экономичности и низкой токсичности и дымности отработавших газов.

Сравнение представленных расчетных и экспериментальных данных показало их удовлетворительную сходимость и подтвердило возможность применения модели для улучшения показателей рабочего процесса малоразмерного быстроходного дизеля ТМЗ-520Д.

Список литературы:

1. Гаврилов А.А., Игнатов М.С., Эфрос В.В. Расчет циклов поршневых двигателей: Учеб. Пособие / Владим. гос. ун-т. Владимир, 2003. — 124 с.
2. Игнатов М.С., Шарапов А.М. Разработка и исследование дизеля ТМЗ с увеличенным рабочим объемом цилиндра // Актуальные проблемы эксплуатации автотранспортных средств: материалы XVII Междунар. науч.-практ. конф. 26-27 нояб. 2015 г., Владимир / под общ. ред. кан. техн. наук, доц. Ш.А. Амирсейидова; Владим. гос. ун-т. — Владимир: Изд-во ВлГУ, 2015, — 316 с.