Модернизация экспериментальной установки для исследования рабочего процесса ДВС с локальным расслоением заряда

2. Расчет функции полигармонического возмущающего момента двигателя по индикаторной диаграмме одного цилиндра с учетом порядка работы и особенностей конструкции; на основе спектрального анализа полу-ченой функции определяются "мажорные" гармоники.

3. Построение совмещенной частотной характеристики двигателя и дотрансформаторной зоны трансмиссии. Прогнозирование резонансного режима по точкам пересечения линий собственных частот системы и "мажорных" гармоник двигателя, а также определение соответствующего им диапазона частот вращения вала двигателя.

4. Определение границ допустимого скоростного диапазона частот вращения вала двигателя, за который необходимо вывести резонанс.

5. Расчет требуемых параметров УДХ, разработка конструкции гасителя или выбор из каталогов.

Приведенные выше результаты исследований относятся к прогнозированию резонансных режимов и решению обратной задачи для дотрансформаторной зоны транспортной машины ТМ-120 с двигателем ЯМЗ-236Б.

Необходимость прогнозирования резонансных режимов и решения обратной задачи возникает не только при разработке новых машин, но и при модернизации существующих. Например, при оснащении автомобилей КАМАЗ с колесной формулой 6 х 6, 8 х 8 и двигателем "Мустанг" мощностью 240 кВт, гусеничной машины МЛ-107 с двигателем ЯМЗ-238 опытной гидромеханической трансмиссией существенно возрастает момент инерции ведущих частей трансмиссии, определяемый параметрами массивного насосного колеса гидротрансформатора. Это приводит к существенному снижению собственных частот системы с серийным гасителем. На определенном скоростном диапазоне двигателя возникают резонансные режимы, ограничивающие долговечность входного вала трансмиссии. Традиционные меры повышения его прочности приводят к усталостному разрушению коленчатого вала двигателя. Эффективное решение задачи достигается синтезом конструкции гасителя по приведенной методике.

Общность полученных результатов подтверждена эффективностью применения приведенной методики для других транспортных машин.

Список литературы

1. Тараторкин И.А. Прогнозирование вибронагруженности дотрансфор-

маторной зоны трансмиссий транспортных машин и синтез

гасителей крутильных колебаний: Автореф. дис. ...канд. техн.

наук. - Челябинск, ЮУрГУ. -2003. 16 с.

2. Бутенин Н.В. Теория колебаний. - М.: Высшая школа, 1963.

Д.А.Верхотуров, В.З. Гибадуллин Курганский государственный университет

МОДЕРНИЗАЦИЯ

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ УСТАНОВКИ ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ РАБОЧЕГО ПРОЦЕССА ДВС С ЛОКАЛЬНЫМ РАССЛОЕНИЕМ ЗАРЯДА

Одним из путей расширения пределов эффективного обеднения топливовоздушной смеси в ДВС с искровым зажиганием является форсирование процесса ее воспламенении. Это обеспечивается реализацией рабочего процесса с локальным расслоением заряда. Сущность процесса заключается в том, что в конце такта сжа-

тия в цилиндр, заполненный обедненной топливовоздушной смесью, в область электродов свечи зажигания согласованно с искровым разрядом подается небольшое количество горючего газа (пропана, метана, водорода и т.д.). Наличие в зоне воспламенения дополнительного топлива позволяет надежно поджигать обедненную смесь, обеспечивать интенсивное развитие начального очага горения и стабильное протекание процесса сгорания в целом. ДВС с таким процессом может работать на обедненных смесях практически во всем диапазоне нагрузок. Это, в свою очередь, дает возможность применить элементы качественного регулирования мощности и, как следствие, повысить топливную экономичность и снизить токсичность отработавших газов при работе на средних, малых нагрузках и на холостом ходу.

Впервые изучение рабочего процесса с локальным расслоением заряда было проведено с использованием в качестве дополнительного топлива водорода [1]. Дальнейшие исследования, проведенные в бомбах постоянного объема [2,3], в ходе стендовых испытаний одноцилиндрового отсека двигателя ВАЗ [3], а также на одном из цилиндров двухцилиндрового двигателя ВАЗ-1111 [4], показали, что положительный эффект наблюдается при использовании не только водорода, но и других топ-лив: пропано-бутановой смеси и природного газа. Вместе с тем, особенности применения того или иного газа и эффект от их использования в полной мере еще не изучены.

На очередном этапе предполагается выполнение исследований на двухцилиндровом двигателе ВАЗ-1111 с использованием различных газов в качестве дополнительного топлива, проведением сравнительного анализа работы свечей зажигания различных конструкций, определением оптимальных регулировок систем питания, зажигания и подачи горючего газа на различных режимах, индицированием камеры сгорания, а также углубленным изучением токсичности отработавших газов.

Поставленные цели вызвали необходимость модернизации экспериментальной установки.

В первую очередь, изменения были внесены в систему управления подачей газа. Использовавшаяся ранее на одноцилиндровом двигателе двухканальная электронная система управления [1] позволяла по запускающему импульсу со специального зуба начала отсчета, установленного на маховике ДВС, формировать на выходе сигналы, которые согласованно подавались на силовой коммутатор зажигания и на электромагнитную форсунку для дозирования и подачи газа. Однако особенностью работы системы зажигания двигателя ВАЗ-1111 является отсутствие распределителя зажигания. Искровой разряд создается одновременно на обеих свечах зажигания на каждом обороте коленчатого вала ДВС. Поэтому при использовании прежней системы управления подача управляющего импульса на электромагнитную форсунку синхронно с частотой создания искрового разряда на свече будет сопровождаться подачей газа в цилиндр также на каждом обороте коленвала. При этом каждая вторая порция (попадающая на такт выпуска) будет расходоваться неэффективно. К тому же при такой работе осложняется измерение количества подаваемого горючего газа.

В модернизированную электронную систему управления (рис. 1) введен дополнительный блок 7, который позволяет подавать управляющий сигнал на каждую из двух установленных на двигателе ВАЗ-1111 газовых форсунок в соответствии с последовательностью рабочих тактов.

Кроме того, была усовершенствована конструкция

СЕРИЯ «ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ», ВЫПУСК 4

33

8

9

4

ДВГ

\3_

7 5

\

6

Рис. 1. Схема управления подачей газа 1 - маховик; 2 и 3 - датчики угловых импульсов и начала отсчета; 4 - электронная система управления; 5 - коммутатор системы зажигания; 6 - катушка зажигания; 7 - дополнительный блок; 8 - форсунки; 9 - свечи зажигания

специальном свечи зажигания с каналом в корпусе для подвода газа в область ее электродов, применявшейся на одноцилиндровом двигателе [1]. Размеры свечи прежней конструкции не позволяют использовать ее на двигателе ВАЗ-1111, а подводящий канал в корпусе имеет слишком большую длину (около 45 мм) и объем (около 75 мм3), что определяет довольно высокую инерционность системы подачи газа. Новая конструкция (рис. 2) имеет меньшие габариты, а длина подводящего канала и его объем уменьшены соответственно до 33 мм и 55 мм3. Следует отметить, что с точки зрения минимизации расхода горючего газа оптимальным было бы расположение запорного элемента системы подачи в непосредственной близости от межэлектродного зазора, однако эта задача пока не нашла своего конструкторского решения.

Корпус свечи имеет два варианта расположения выходного отверстия подводящего канала: 9 - непосредственно в зоне межэлектродного зазора, 10 - вблизи основания теплового конуса. Первый обеспечивает возможность продувать струей газа межэлектродный зазор, второй - способствует образованию ниспадающего потока газа, который обтекает центральный электрод и создает более благоприятные условия для эффективной диффузии газа в зоне искрового разряда.

Первые испытания модернизированной установки с использованием водорода и метана в качестве дополнительного топлива показали ее работоспособность и широкие возможности. Сняты пробные нагрузочные и регулировочные характеристики. Для детального изучения нового рабочего процесса требуется проведение большого объема экспериментальных исследований.

Рис.2. Конструкция специальной свечи зажигания 1 - корпус; 2 - боковой электрод; 3 - изолятор; 4 -центральный электрод; 5 - гайка; 6 - уплотнение; 7 - прилив для крепления форсунки; 8 - резьбовое отверстие; 9 и 10 -различные варианты расположения выходного отверстия подводящего канала

34

ВЕСТНИК КГУ, 2008. №3

Список литературы

1. Гибадуллин В.З. Организация рабочего процесса ДВС с внешним

смесеобразованием и локальной подачей микродобавок водорода в область межэлектродного зазора свечи зажигания: Дис. ... канд. техн. наук. - Волгоград: ВолгПИ, 1992. - 206 с.

2. Зорин В.Д. Влияние расслоения обедненной метановоздушной смеси в

области электродов свечи зажигания на процессы ее воспламенения и горения: Дис. ... канд. техн. наук. - Волгоград: ВолгГТУ, 2003. - 168 с.

3. Захаров Е.А. Рабочий процесс ДВС с искровым зажиганием и

локальными добавками углеводородных газов в область межэлектродного зазора: Дис. . канд. техн. наук . - Волгоград: ВолгГТУ, 1998. - 166 с.

4. Иванов Ю.В. Влияние локального расслоения топливовоздушной

смеси в области межэлектродного зазора свечи зажигания на выбросы оксидов азота из цилиндров ДВС: Дис. ... канд. техн. наук. - Волгоград: ВолгГТУ, 2006. - 116 с.

Б.М. Тверсков

Курганский государственный университет

ВКЛЮЧЕНИЕ ПЕРЕДАЧ В ГИДРОМЕХАНИЧЕСКИХ КОРОБКАХ ПЕРЕДАЧ

Устанавливаемый в гидромеханических коробках передач гидротрансформатор не дает полного разрыва потока мощности. На турбинный вал действует крутящий момент даже при малых оборотах, что не позволяет включить передачу в установленной за гидротрансформатором механической коробке передач. Для разрыва потока мощности между гидротрансформатором и коробкой передач ставится сцепление, отсоединяющее коробку передач от гидротрансформатора при включении передачи. Выравнивание скоростей вращения соединяемых деталей происходит за счет трения в синхронизаторе.

Но выравнивание скоростей можно получить также, если тормозить или разгонять промежуточный вал коробки передач. Изменить обороты вторичного вала за короткое время, когда включается передача, невозможно, т.к. он соединен с колёсами автомобиля. Чтобы снизить скорость промежуточного вала, на его конце установлен тормоз, а для увеличения скорости вращения в

приводе управления топливным насосом высокого давления двигателя имеется устройство, увеличивающее количество подаваемого в цилиндры двигателя топлива. Применение этих устройств делает ненужным сцепление и синхронизаторы. Необходимый для торможения промежуточного вала тормозной момент в десятки раз меньше, чем крутящий момент, передаваемый сцеплением. В этом еще одно преимущество рассматриваемой системы.

Включение тормоза или устройства для увеличения оборотов промежуточного вала производится автоматически, для чего на промежуточном и вторичном валах установлены тахогенераторы, напряжения от которых подаются в электронный блок управления. Сравнением напряжений определяется, требуется разгонять промежуточный вал или тормозить его. Когда частоты вращения установленных на вторичном валу деталей включаемой передачи сравняются, из блока управления подается сигнал в пневмоэлектроклапан, открывающий поступление сжатого воздуха в соответствующую полость установленного на коробке передач пневмоцилиндра и передача включается.

На рис.1 изображен общий вид гидромеханической коробки передач с установленным тормозом 1 на промежуточном валу коробки передач. Схема включения передач в вальной коробке передач с гидротрансформатором показана на рис. 2а, 2б.

Приведенная схема содержит установленный на промежуточном валу коробки передач тормоз 1, пнев-моэлектроклапаны 2 и 3, соединенные с электронным блоком управления 4, рычаг переключения передач 5, пневмоцилиндр 6, установленный на коробке передач, тахогенераторы 7 и 8, соединенные с промежуточным валом и вторичным валами, пневмоэлектроклапан 9, открывающий проход для сжатого воздуха в пневмоци-линдр 10, когда требуется увеличить частоту вращения промежуточного вала, насос высокого давления 11. Поршень в пневмоцилиндре 6 располагается в середине цилиндра, усилия от поршня могут передаваться в обе стороны.