Практическое значение полученных результатов

Цель и задачи исследования.

Целью исследования является решение научно-технической задачи улучшения технико-экономических и токсических характеристик быстроходного двухтактного тепловозного дизеля 6ДН с прямоточно-щелевой продувкой при уменьшении тепловой напряженности деталей цилиндро-поршневой группы.

Объект исследования - двухтактный быстроходный тепловозный дизель 6ДН с газотурбинным наддувом, охладителем наддувочного воздуха и усовершенствованной системой воздухоснабжения.

Предмет исследования - технико-экономические и токсические характеристики тепловозного дизеля 6ДН.

Методы исследования базируются на:

- анализе работ, посвященных изучению влияния охлаждения наддувочного воздуха на рабочий цикл дизелей, в том числе двухтактных;

- использовании методов математического моделирования параметров рабочего цикла и характеристик двухтактного дизеля с промежуточным охлаждением наддувочного воздуха, позволяющих выполнить расчетную оптимизацию конструктивных параметров системы воздухоснабжения;

- экспериментальном определении характеристик отдельных агрегатов и процессов, необходимых для идентификации математических моделей;

- экспериментальной проверке на одноцилиндровом отсеке и развернутом двигателе 6ДН обоснованности и достоверности выводов и рекомендаций, сделанных на основе теоретического анализа.

Для достижения поставленной цели в работе решены такие основные задачи:

1. Усовершенствование математических моделей и программ, которые позволяют расчетным путем выбирать рациональные параметры системы воздухоснабжения тепловозного дизеля 6ДН.

2. Повышение качества процессов газообмена модернизацией формы выпускных окон цилиндров, что позволяет улучшить эффективные показатели дизелей.

3. Разработка конструкции, определение тепловых и гидравлических характеристик ОНВ для дизеля 6ДН.

4. Разработка рекомендаций по выбору рациональных параметров системы воздухоснабжения дизеля 6ДН с ОНВ и усовершенствованной конфигурацией впускных окон цилиндров.

5. Оценка влияния предложенных решений на технико-экономические показатели и токсичность отработанных газов.

Научная новизна полученных результатов.

При решении поставленных в диссертационной работе задач получены новые научно-технические результаты:

1.Впервые определено значение коэффициента трения вращающегося воздушного заряда о стенки цилиндра дизеля в период сжатия.

2. Получены зависимости, которые связывают показатели газообмена дизеля 6ДН 12/2х12 с параметрами газа во впускном и выпускном коллекторе, геометрическими характеристиками окон и частотой вращения коленчатого вала.

3. Впервые предложен безразмерный критерий формы прямоугольного впускного окна цилиндра и показано, что наилучшее качество процессов газообмена в двигателе с прямоточно-щелевой продувкой обеспечивается при одинаковых значениях критерия, а также определен диапазон этих значений.

4. Определено количественное влияние на показатели топливной экономичности, токсичности отработанных газов и тепловой напряженности основных деталей дизеля 6ДН как раздельного, так и совместного внедрения разработанного высокоэффективного компактного ОНВ, цилиндра с усовершенствованной конфигурацией впускных окон и соплового аппарата турбины с оптимальным минимальным проходным сечением.

Практическое значение полученных результатов

Практическую ценность работы составляет:

1. Усовершенствовано программу расчета параметров рабочего цикла двухтактного дизеля, которая была разработана в УкрГАЖТ, путем дополнения ее зависимостями, что позволяет учитывать наличие ОНВ, скорость вращения заряда в цилиндре, потери мощности на трение в цилиндро-поршневой группе (ЦПГ), реальные коэффициенты расхода окон, а также определить коэффициенты наполнения и остаточных газов.

2. Разработаны рекомендации по выбору максимального угла закрутки впускных окон по высоте, фаз газораспределения, минимального проходного сечения соплового аппарата турбины дизеля 6ДН с ОНВ и цилиндрами с усовершенствованной конфигурацией впускных окон, что обеспечивает наилучшую топливную экономичность и наименьшую токсичность отработанных газов.

3. Разработана технология изготовления впускных окон цилиндра с усовершенствованной конфигурацией, что позволило увеличить их проходное сечение на 10% без изменений конструкции гильзы цилиндра.

4. Разработана оригинальная конструкция компактного высокоэффективного ОНВ, встроенного в компрессор, применение которого позволяет улучшить показатели топливной экономичности и токсичности дизеля 6ДН. 

5. Разработана новая конструкция газоотборного устройства и обоснована методика его использования, что обеспечивает повышение достоверности определения состава газа в цилиндре в конце процесса расширения.

6. Показано, что при условии сохранения температуры выпускных газов на исходном уровне возможно повышение мощности модернизированного дизеля 6ДН на 9,7% в сравнении с базовым тепловозным дизелем.

Личный вклад соискателя.

При выполнении диссертационной работы соискатель принял участие в разработке следующих методов и технических решений:

1. По результатам научного анализа результатов экспериментов определен коэффициент трения воздушного заряда об стенки цилиндра дизеля в период сжатия.

2. Получены зависимости, которые устанавливают связь с показателями газообмена дизеля 6ДН и параметрами газа во впускном и выпускном коллекторах, геометрическими характеристиками окон и режимом работы дизеля.

3. Обобщены зависимости основных показателей цикла от безразмерного критерия формы впускных окон цилиндра для дизелей с прямоточно-щелевой продувкой

4. Предложено принципиально новую схему и конструкцию компактного высокоэффективного ОНВ, встроенного в центробежный компрессор. По результатам испытаний на безмоторном стенде определены тепловые и гидравлические характеристики ОНВ.

5. Обоснован выбор параметров системы воздухоснабжения: фаз газораспределения, минимального проходного сечения соплового аппарата турбины, максимального угла закрутки по высоте впускных окон дизеля 6ДН с ОНВ.

6. Дана оценка эффективности применения цилиндра с усовершенствованной конфигурацией впускных окон.

7. Обоснована методика использования нового газоотборного приспособления для определения состава газа в цилиндре в конце процесса расширения.

8. Дана оценка улучшению технико-экономических и токсичных показателей, а также возможность дальнейшего форсирования тепловозного дизеля 6ДН с ОНВ и усовершенствованной системой воздухоснабжения.