employee
Russian Federation
employee
Russian Federation
employee
UDK 62 Инженерное дело. Техника в целом. Транспорт
GRNTI 68.85 Механизация и электрификация сельского хозяйства
The article touches upon the problem of the power unit’s operation, which has been modernized in order to increase its technical, economic and environmental indicators. Namely, it addresses the main issues of quantitative and qualitative mixture formation, the correct location of the fittings for supplying additional air is selected, the effect of additional air on the physical processes occurring in the cylinder of the power unit during its operation is determined. In addition, it considers the theoretical aspects of the dynamics of additional air introduced at the end of the filling and at the beginning of compression in the cylinder of the power unit. All of the above must be done so that the measures taken to improve the technical, economic and environmental indicators of the power unit do not contradict the conditions and requirements that were originally laid down by the manufacturer when developing this power unit. Firstly, today it is quite difficult to achieve this, the reason for this is the fact that the power units each time become more powerful in order to meet all the requirements that arise in the context of fierce competition between different manufacturers, and secondly - a high degree of unification of the constituent parts of automotive - tractor equipment and other transport technological machines and equipment that are equipped with ICE. Based on this, any refinement, even the slightest, leads to significant changes in all the main output parameters of the nodes and assemblies of the machine. In addition, it is necessary, whenever possible, to take into account all types of modernization that have been done by other researchers to improve the abovementioned parameters of the power unit.
air flow, total mass of the combustible mixture, additional air line, air charge, additional air, tangential speed, excess air coefficient, number of moles, purge coefficient, ejection coefficient
Одним из путей усовершенствования работы силовых агрегатов считается принудительное завихрение заряда, а именно такое расслоение горючего в камере сгорания, при котором в зоне свечи зажигания была бы сосредоточена более обогащённая смесь, а на перифериях от свечи зажигания – более обеднённая. Силовые агрегаты, с такого рода расслоением топливовоздушной смеси в цилиндре, именуются «Двигателями внутреннего сгорания с расслоением заряда».
Ниже представленный способ расслоения заряда даёт возможность существенно снизить образование токсичных компонентов в отработавших газах бензинового силового агрегата, а также способствует увеличению массы основного заряда и повышает мощность ДВС. Положительный эффект такого способа завихрения заряда в цилиндре достигается уже на этапе окисления топливо воздушной смеси в камере сгорания [1, 4, 5].
Условия, материалы, методы и объекты исследования. Полноценная работа любого агрегата, в том числе и двигателя внутреннего сгорания, зависит от того, как соблюдены его заводские параметры в процессе эксплуатации. Любое изменение конструкции, для улучшения его работы, в определённой форме оказывает влияние на эксплуатационные показатели данного узла или агрегата [1,6,8,9,10,11,12,13]. При рассмотрении работы ДВС наблюдается аналогичная тенденция. В нашем случае объектом исследования является двигатель внутреннего сгорания ЗМЗ-53 Заволжского моторного завода. Данный силовой агрегат довольно широко распространён в отечественном автомобилестроении и по комплектации имеет несколько вариантов разновидностей. Предметом исследования вышеотмеченного силового агрегата является система питания, а в частности, процесс смесеобразования как в стандартном варианте, так и в случае, когда принудительно создается завихрение заряда для повышения технико-экономических и экологических показателей силового агрегата.
Чтобы повысить технико-экономические и экологические показатели силового агрегата, мы отдаём предпочтение способу принудительного завихрения заряда, путём подачи дополнительного воздуха в цилиндр двигателя в конце такта наполнения и в начале такта сжатия. Для этого нам необходимо определить влияние дополнительного воздуха на процессы, происходящие в силовом агрегате, особенно нам интересны такты впуска и сжатия.
Как известно, у четырёхтактного бензинового силового агрегата общая масса горючей смеси (Gоб), поступившей в цилиндр в процессе впуска за один цикл, составляет сумму масс смесей поступивших при основном пуске – Gh1, (с момента открытия впускного клапана до положения поршня в НМТ) и дополнительно поступившей при дозарядки – Gh2 [2,3].
Соответственно количество смеси, которое поступает в цилиндр через впускной клапан в течение одного цикла, будет:
Gоб = Gh1 + Gh2 , (1)
где: Gh1 – масса смеси поступившей в цилиндр при такте пуска;
Gh2 – масса горючей смеси поступившей в цилиндр в результате запаздывания закрытия впускного клапана.
При достижении поршня положения нижней мёртвой точки (НМТ), процесс наполнения не завершается, а продолжается процесс наполнения горючей смеси в результате запаздывания закрытия впускного клапана. В нашем случае у силового агрегата с расслоением заряда (с системой дополнительной подачи воздуха), вследствие ввода дополнительного воздуха в цилиндры, общая масса смеси Gц возрастает на величину GД, следовательно, мы имеем следующую картину:
Gц = Gоб + GД, (2)
где: Gоб – общая масса горючей смеси;
GД – количество воздуха, подаваемого в цилиндр, по дополнительной воздушной магистрали.
Анализируя формулу 2, видим, что если общая масса смеси (топливовоздушной) - Gц будет меньше, чем количество смеси, которое могло бы уместиться в цилиндре силового агрегата при определённом давлении Р и температуре Т, то введённый в цилиндр дополнительный воздух увеличивает массу заряда в цилиндре до величины – Gц max [7]. В таком случае мы имеем следующее неравенство: Gц > Gц max, тогда выходит, что дополнительный воздух способствует снижению количества основной рабочей смеси - Gоб, до тех пор пока Gц = Gц max. Это объясняется тем, что в конце наполнения и в начале сжатия давление в цилиндре меньше, чем давление в систему подачи дополнительного воздуха [15,16]. Теоретически из вышесказанного можно заключить, что поступивший в цилиндр дополнительный воздух увеличивает массу рабочего заряда и, следовательно, повышает мощность силового агрегата в целом.
1. Aladashvili I.K. Problemy i obespechenie ekonomicheskikh i ekologicheskikh pokazateley dizelnogo dvigatelya s dopolnitelnym zavikhreniem zaryada pri funktsionirovanii traktora v polevykh usloviyakh. // Diss. kand. KGSKhA. (Problems and ensuring economic and environmental indicators of a diesel engine with an additional charge turbulence during tractor operation in the field. // Dissertation for a degree of Ph.D.). - Kazan. 2002.
2. Aladashvili I.K. Reducing the content of nitrogen oxides in the exhaust gases of engines with additional turbulence and charge separation. [Snizhenie soderzhaniya oksidov azota v otrabotavshikh gazakh dvigateley s dopolnitelnym zavikhreniem i rassloeniem zaryada]. I.K. Aladashvili, D.N. Samoylov, A.M. Gavrilok // Mekhanizatsiya i elektrifikatsiya selskogo khozyaystva. - Mechanization and electrification of agriculture. - 2007. - № 11. - P. 30-31.
3. Aladashvili I.K. The results of field tests of the tractor. [Rezultaty polevykh ispytaniy traktora T-25]. I.K. Aladashvili, I.G. Sibgatullin, R.A. Ikhsanov // Mekhanizatsiya i elektrifikatsiya selskogo khozyaystva. - Mechanization and electrification of agriculture. - 2007. - № 12. - P. 30-31.
4. Aladashvili I.K. Technical, economic and environmental analysis of diesel power systems D-21. [Tekhniko-ekonomicheskiy i ekologicheskiy analiz sistem pitaniya dizelya D-21]. I.K. Aladashvili, I.G. Sibgatullin, A.R. Ikhsanov // Mekhanizatsiya i elektrifikatsiya selskogo khozyaystva. - Mechanization and electrification of agriculture. - 2007. - № 3. - P. 26-27.
5. Aladashvili I.K. Engine operation with additional charge swirl. [Rabota dvigatelya s dopolnitelnym zavikhreniem zaryada]. I.K. Aladashvili, I.G. Sibgatullin, D.N. Samoylov // Mekhanizatsiya i elektrifikatsiya selskogo khozyaystva. - Mechanization and electrification of agriculture. - 2007. - № 6. - P. 24-26.
6. Valiev A.R. A study of the interaction of a rotating conical working unit with soil. [Issledovanie vzaimodeystviya rotatsionnogo konicheskogo rabochego organa s pochvoy]. / A.R. Valiev, F.F. Yarullin // Tekhnika i oborudovanie dlya sela. - Machinery and Equipment for Rural Area. - 2015. - № 10 (220). - P. 27-31.
7. Valiev A.R. Justification of the parameters of the conical tillage working unit by solving the multicriteria optimization problem. [Obosnovanie parametrov konicheskogo pochvoobrabatyvayuschego rabochego organa putem resheniya mnogokriterialnoy zadachi optimizatsii]. / A.R. Valiev, R.I. Ibyatov, F.F. Yarullin // Dostizheniya nauki i tekhniki APK. - Achievements of science and technology of the agro-industrial complex. 2017. № 7. P. 69-72.
8. Gizatullin R.R. Vliyanie vrednykh proizvodstvennykh faktorov na rabotnikov tsementnoy promyshlennosti. // Studencheskaya nauka-agrarnomu proizvodstvu: Materialy 76-oy studencheskoy (regionalnoy) nauchnoy konferentsii. (The influence of harmful production factors on cement industry workers. / I.N. Gayaziev, O.I. Makarova, R.R. Gizatullin, F.F. Yarullin // Student science is to agrarian production: Proceedings of 76th Student (regional) scientific conference). Kazan: Izdatelstvo Kazanskogo GAU, 2018. - P. 167-172.
9. Didmanidze O.N. Studies of heat dissipation of gas engines. [ Issledovaniya pokazatelej teplovyvedeniya gazovyh dvigatelej]. / O.N. Didmanidze, A.S. Afanasyev, R.T. Khakimov // Zapiski Gornogo instituta. - Journal of Mining Institute . - 2018. - T.229. - P. 50-55.
10. Makarova O.I. Osobennosti okhrany truda na proizvodstve. // Ustoychivoe razvitie selskogo khozyaystva v usloviyakh globalnykh riskov. Materialy nauchno-prakticheskoy konferentsii. (Features of labor protection at work. / O.I. Makarova // Sustainable development of agriculture in the context of global risks. Proceedings of scientific and practical conference). - Kazan: Izd-vo Kazanskogo GAU. 2016. - P. 229-232.
11. Work improved of air-and-screen cleaner of combine harvester / Aldoshin N., Didmanidze O., Lylin N., Mosyakov M. // Engineering for Rural Development Proceedings. 2019. P. 100-104.
12. Methods of analyzing the structure of the modular car park and the intensity of its operation / Vinogradov O.V., Moskvichev D.A., Didmanidze O.N., Parlyuk E.P. // Indo American Journal of Pharmaceutical Sciences. - 2019 . - T. 6 №3. - P. 5289-5292.
13. Aldshin N., Didmanidze O. Harvesting lupines albus axial rotary combine harvesters // Research in Agricultural Engineering. - 2018 . - T. 64. №3. - P. 209-214.
14. Aroma Constantin Newapprosches to fuel economy in spark-ignition engines Progr. Energy and Combust Sei. 2006. 1. № 4.
15. Gussak A., V.P.Karpov and Yu. V. Tikhonov. The Application of hay-Process in Prechamber Engines. SAE 2000.
16. Kobig Axel. Ellinger Karl - Werner. Kollel kurl engine operation on partally dissociated methanol // SAE. - 2005.
