Влияние отключения цилиндров дизеля ямз-8401 на его вибрацию и топливную экономичность

УДК 621.436.001

ВЛИЯНИЕ ОТКЛЮЧЕНИЯ ЦИЛИНДРОВ ДИЗЕЛЯ ЯМЗ-8401 НА ЕГО ВИБРАЦИЮ И ТОПЛИВНУЮ ЭКОНОМИЧНОСТЬ

В.В. Горбунов

Кафедра комбинированных ДВС Российского университета дружбы народов 117198, Москва, ул. Миклухо-Маклая, 6

Рассмотрено влияние отключения цилиндров и циклов дизеля ЯМЗ-8401 по штатной (заводской) схеме и с использованием электромагнитных отключателей на ею вибрацию и топливную экономичность. Выявлено, что при работе дизеля на девяти цилиндрах с отключением циклов наблюдается большее снижение вибрации, чем при работе с другим количеством отключенных цилиндров.

Известно, что работа двигателя внутреннего сгорания (ДВС) происходит циклически, в результате чего он работает со значительными вибрациями, которые вызывают отрицательное влияние не только на сам двигатель, но и силовую установку (автомобиль, трактор, стационарный двигатель и т.д.) и водителя транспортного средства.

Учитывая это, при проектировании двигателя конструктор должен (по возможности) заложить в конструкцию двигателя минимальные вибрации или предусмотреть дополнительные устройства, которые способствовали бы снижению вибраций и обеспечению нормальных условий эксплуатации силовой установки и условий для водителя (в соответствии с гигиеническими нормативами).

В данной работе было исследовано влияние отключения цилиндров дизеля (различными способами) на его вибрацию и топливную экономичность. Объектом исследования являлся серийный 12-ти цилиндровый дизель ЯМЗ-8401, снабженный серийным топливным насосом высокого давления (ТНВД, в дальнейшем - ТН), установленный и испытанный на тормозном стенде. Замер частоты вращения и расхода топлива осуществлялся приборами, входящими в комплектацию тормозного стенда. Исследования двигателя проводились при его работе на режиме холостого хода, поэтому перед испытаниями коленчатый вал дизеля был отсоединен от тормозного устройства.

Перед началом испытаний на двигатель были установлены вибродатчики типа 00 031 фирмы КБТ для замера виброускорений. Вибродатчики 3 (рис. 1, где Зх - датчик для замера ускорений по оси "х", Зу - по оси "у") установлены на специальной проставке 2, которая крепилась на приливе блока цилиндров двигателя 1 с правой стороны в районе носка коленчатого вала. Сигналы с вибродатчиков Зх и Зу поступали на вторичный прибор 4, который регистрировал ускорение (вибрацию) двигателя по осям "х" и "у".

Рис. 1. Схема установки вибродатчиков на двигателе:

1 - двигатель; 2 - проставка; 3 - вибродатчики; 4 - регистрирующий прибор

Испытания дизеля проводились в следующей последовательности. После прогрева дизеля была проведена регулировка минимальной частоты вращения коленчатого вала на режиме холостого хода, а затем на различных скоростных режимах произведены замеры виброускорений. Двигатель при этом работал со штатной топливной аппаратурой (ТА).

Затем на каждый штуцер ТН в разрыв линии высокого давления были установлены от-ключатели цилиндров. Конструктивное исполнение и принцип работы отключателей цилиндров и циклов подробно рассмотрены в работах [1, 2, 3].

Горбунов В. В. Влияние отключения цилиндров

55

После установки отключателей цилиндров и циклов произведены замеры виброускорений и расходов топлива при работе двигателя на тех же частотах вращения коленчатого вала, что и при работе двигателя с штатной ТА.

Испытания двигателя проведены при его работе с тремя и более отключенными цилиндрами. Для сравнения испытания проведены при отключении цилиндров при помощи электромагнитных отключателей и при отключении по штатному (заводскому) варианту, т.е. отключением целого ряда (блока) цилиндров.

Выбор отключенных цилиндров и циклов производился из условия сохранения чередования вспышек. Порядок работы цилиндров двигателя: 1-12-5-8-3-10-6-7-2-11-4-9. При отключении цилиндров при помощи отключателей была выбрана очередность, представленная в табл. 1.

Таблица 1

Порядок отключения цилиндров и циклов двигателя

Цилиндры

Включенные Отключенные

Число цилиндров №, № цилиндров Число цилиндров №, № цилиндров

12 1-12-5-8-3-10-6-7-2-11-4-9 0 -

9 1-12-5-3-10-6-2-11-4 3 8-7-9

6 1-5-3-6-2-4 6 12-8-10-7-11-9

4 5-10-2-9 8 1-8-6-11-12-3-7-4

Результаты стендовых испытаний дизеля показаны на рис. 2, 3. Из графиков видно, что при частоте вращения коленчатого вала в диапазоне 600-800 мин'1 различие в результатах при четырех, шести и девяти работающих цилиндрах незначительно. При увеличении частоты вращения холостого хода выше 800 мин'1 начинает проявляться преимущество работы на девяти цилиндрах, как с точки зрения повышения топливной экономичности, так и с точки зрения уровня вибраций.

а-

ч*с

£ 1

ж -4 • 12 и * отхлн> чотели СОЦЦ &ц рсг$Ътя*ст 6 и - « - / /

* -о -а - * и / у 1 / / */ / К4' _

» 1 у/ у/у 1 / У

1 I ж х

I 1 —— ±

чоо

1000

<200

и ОС

1000 <ъоо п,

/ЧиН ' *

Рис. 2. Изменение вибраций двигателя от часто- Рис. 3. Изменение расхода топлива от частоты ты вращения коленчатого вала при различном вращения коленчатого вала при различном числе работающих цилиндров числе работающих цилиндров

При этом выявлено, что ускорения в точке измерения как в направлении оси так и в направлении оси "у" имеют качественно одинаковый характер для всех значений чисел оборотов в диапазоне от 600 до 1400 мин'1. При этом, отключение трех цилиндров двигателя при его работе на любом скоростном режиме в указанном выше диапазоне, практически не влияет на уровень вибраций. При отключении шести цилиндров вибрационное ускорение возрастает в 1,5-2,0 раза на скоростном режиме при 800 мин'1. При отключении цилиндров двигателя по заводской схеме (штатный заводской вариант) вибрации возрастают.

Следует отметить, что при штатном отключении шести цилиндров (поворотом плунжеров ТН), топливная экономичность выше, чем при использовании отключателей цилиндров и циклов. При этом следует отметить, что отключение одного ряда цилиндров без "переброски" отключаемых цилиндров (без отключения цилиндров в определенной последовательности), имеет негативные последствия для двигателя вследствие большего охлаждения отключенного блока цилиндров по сравнению с работающим (особенно это важно для двигателей с наддувом).

Исследования показали, что при штатном отключении цилиндров двигателя температура отработавших газов (ОГ) составила примерно 150-250°С для левого и 70-95°С для правого блока (ряда) цилиндров при изменении частоты вращения от 600 до 1800 мин'1, т.е. правый блок переохлаждался. При отключении же, например, четырех цилиндров (5, 10, 2, и 9-ый цилиндры) при помощи отключателей изменение температуры ОГ на тех же режимах была равной 105-180°С для левого и 115-180°С для правого ряда цилиндров, т.е. температуры блоков были примерно равны и, следовательно, двигатель при этом работает в оптимальном температурном режиме.

Рис. 4. Осциллограммы частоты вращения коленчатого вала при работе дизеля ЯМЗ-8401 с отключением цилиндров (частота холостого хода 800 мин'1: а - число работающих цилиндров 12; б - число работающих цилиндров 9

При испытании двигателя производилось также осциллографирование (запись на фотопленку) частоты вращения. На рис.4 представлено изменение частоты вращения коленчатого вала при работе дизеля на режиме холостого хода (п = 800 мин'1).

Из рисунков видно, что амплитуда колебаний частоты вращения коленчатого вала при работе дизеля на девяти цилиндрах (рис.4, а) по сравнению с его работой на двенадцати цилиндрах (рис.4, б) ниже, а следовательно, ниже и вибрации двигателя.

ЛИТЕРАТУРА

1. Патрахальцев Н.Н. Дизельные системы топливоподачи с регулированием начального давления / / Двигателестроение, 1980. -№10. - С.33-37.

2. Применение газовых топлив в ДВС. -М.: ИРЦ Газпрома, 1996. -196 с.

3. Горбунов В.В., Олесов И.Ю. Отключатели цилиндров и циклов дизеля. “Грузовик &

1999.-№9.

UDC 621.436.001

EXPERIMENTAL RESEARCH OF YAMZ-8401 DIESEL VIBRATION AND DECREASE VIBRATION BY CUT OFF CYLINDERS AND CYCLES

V.V. Gorbunov

It is presented experimental reasech of YAMZ-8401 diesel vibration and it is shown decrease of engine vibration by cut-off cylinders and cycles.