Экспериментальные исследования показателей работы атмосферного и наддувного двигателей ЗМЗ-406

ANALYTICAL STUDY OF PRESSURE A T THE END OF THE COMPRESSION STROKE WITH THE WORKING FLUID LEAKS FROM THE CYLINDER GROUP INTERNAL

COMBUSTION ENGINE

D.A. Bondarev, I.K. Danilov

One important factor in maintaining a high level of efficiency and reliability of the engine, is the prediction of the residual life of interfaces . The mathematical dependence of the pressure in the space overpiston cylinder internal combustion engine with the leakage through the coupling piston ring - liner.

Key words: internal combustion engine piston ring, temperature , pressure , volume, mass air-oil mixture, turn the crank shaft.

Bondarev Denis Alexeevich, postgraduate, ds-bondarev@yandex.ru, Russia, Saratov, Yuri Gagarin State Technical University of Saratov,

Danilov Igor Kevorkovich, doctor of technical sciences, professor, head of chair, da-nilov@,sstu.ru, Russia, Saratov, Yuri Gagarin State Technical University of Saratov

УДК 621.43

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПОКАЗАТЕЛЕЙ РАБОТЫ АТМОСФЕРНОГО И НАДДУВНОГО ДВИГАТЕЛЕЙ ЗМЗ-406

И.Е. Агуреев, М.Ю. Власов, Ю.В. Мягков, К.Ю. Платонов, А.Е. Радько, Р.Н. Хмелев

Проведены экспериментальные исследования и выполнен анализ показателей работы атмосферного и наддувного двигателей ЗМЗ-406. Эксперимент проводился на стенде, обеспечивающем возможность подключения системы турбонаддува к атмосферному двигателю. Для определения показателей работы двигателя использовались программа компьютерной диагностики ««МоторСкан» и газоанализатор.

Ключевые слова: атмосферный двигатель, турбонаддув, экспериментальные исследования.

Задача улучшения характеристик двигателей внутреннего сгорания по-прежнему остается актуальной. В последнее время к автомобильному транспорту предъявляются все более высокие требования по экологическим, мощностным и экономическим показателям двигателей. Одним из основных способов улучшения этих показателей является система турбонаддува [1].

При работе двигателя с системой наддува воздух в цилиндры двигателя поступает под давлением. Это позволяет изменять показатели работы двигателя с целью улучшения его характеристик. Для анализа влияния системы турбонаддува на показатели работы двигателя были проведены экспериментальные исследования. Сущностью этих экспериментов являются снятие характеристик двигателя в атмосферном и турбонаддувном вариантах и их дальнейший анализ. Опыты проводились на оригинальном стенде [2], основой которому послужил двигатель отечественного производства марки ЗМЗ-406.

Данное семейство двигателей широко применялось на автомобилях Горьковского автозавода, таких, как «Волга» 3102, 3110 и «ГАЗель».

Двигатели ЗМЗ-406 выпускались в инжекторном варианте -4062.10, рассчитанном на бензин с октановым числом 92, но существует и карбюраторная версия 4061 под 76-й бензин и 4063 - под 95-й.

В двигателе ЗМЗ-406 применялись электронные блоки управления (ЭБУ) моделей: МИКАС 5.4, МИКАС-7.1, ИТЭЛМА У8 5.6, СОАТЭ.

Характеристики исследуемого двигателя приведены в табл. 1.

Таблица 1

Характеристики исследуемого двигателя

Модель двигателя 4062.10

Тип системы питания Инжекторная

Расположение цилиндров Рядное

Количество цилиндров 4

Порядок работы цилиндров 1-3-4-2

Количество клапанов 16

Максимальная мощность при 5200 106,6

об/мин, кВТ

Рабочий объем, л 2,28

Степень сжатия 9,3

Ход поршня, мм 86

Диаметр цилиндра, мм 92

Максимальный вращающий момент, 200,9

Нм

Тип системы охлаждения Жидкостная

Тип системы зажигания Двухконтурное

Марка топлива АИ 92

Масса, кг 192

Тип ЭБУ СОАТЭ 302.3763 000-01

Марка турбокомпрессора 1Н1

Основными конструктивными особенностями двигателей семейства ЗМЗ-406 являются верхнее (в головке блока цилиндров) расположение двух распределительных валов с установкой четырех клапанов на цилиндр (двух впускных и двух выпускных), повышение степени сжатия до 9,3 за счет камеры сгорания с центральным расположением свечи. Микропроцессорная система управления зажиганием позволяет корректировать угол опережения зажигания при изменяющихся режимах работы двигателя, что позволяет обеспечить необходимые мощностные, экономические и экологические показатели.

Общий вид экспериментального стенда показан на рис. 1.

Рис. 1. Стенд для проведения экспериментальных исследований

При проведении экспериментальных исследований к блоку управления двигателем подключался персональный компьютер для регистрации сигналов ЭБУ в режиме реального времени. Вывод результатов сканирования осуществлялся посредством программы «МоторСкан», которая предназначена для проведения диагностики электронных систем управления автомобильным двигателем. Данная программа используется для проведения диагностики ЭБУ при помощи персонального компьютера под управлением ОС Windows (версии 2000 и выше). Окно интерфейса программы «МоторСкан» показано на рис. 2.

Для измерения токсичности отработавших газов при проведении экспериментальных исследований использовался газоанализатор Аскон 02.

В качестве исследуемых параметров при проведении эксперимента рассматривались следующие:

- частота вращения коленчатого вала;

- положение дроссельной заслонки;

178

- расход топлива;

- расход воздуха;

- состав смеси;

- угол опережения зажигания;

- продолжительность впрыскивания;

- температура охлаждающей жидкости;

- содержание оксида углерода (СО) в отработавших газах;

- содержание углеводородов (СН) в отработавших газах;

- содержание кислорода (О2) в отработавших газах.

При проведении опытов температура охлаждающей жидкости составляла 70...85 °С. Состав смеси (а) при работе двигателя в атмосферном и наддувном вариантах был равен 1.

Основные результаты эксперимента приведены в табл. 2.

Рис. 2. Окно интерфейса программы МоторСкан

Таблица 2

Показатели работы атмосферного и наддувного двигателей

№ п/п п, об/мин Атмосс ерный вариант Наддувный вариант

вв, мг/такт От, мг/такт фоз Ов, мг/такт вт, мг/такт фоз

1 880 130 10,2 13 145 11,5 10

2 1320 130 9,6 15 136 9,7 29

3 1800 118 8,9 36 140 9,7 30

4 2000 120 9,1 40 145 10,1 30

5 2500 125 9 45 143 10 30

Результаты опытов показывают, что при идентичных скоростных режимах работы двигателей значения расходов воздуха могут отличаться на 20 %. Соответственно для двигателя в наддувном варианте расход топлива получается больше, чем в атмосферном с учетом постоянного состава смеси. В данном случае появляются существенные резервы для увеличения мощности и крутящего момента двигателя. Для двигателя в наддувном варианте значение частот вращения в опытах 3 - 5 достигается при меньшем открытии дроссельной заслонки. Также необходимо отметить, что в атмосферном двигателе значения угла опережения зажигания больше по сравнению с наддувным.

Вследствие неизменного состава смеси содержание CO, CH и O2 для двух вариантов двигателей в исследуемом диапазоне скоростных режимов было практически одинаковым.

Проведенные экспериментальные исследования позволяют сделать вывод о целесообразности применения наддува, в первую очередь, для улучшения мощностных показателей работы двигателя ЗМЗ-406. При этом модернизация двигателя может выть выполнена без существенных усложнений его конструкции.

В то же время более детальные экспериментальные исследования перспектив применения наддува в двигателе ЗМЗ-406 требуют реализации в конструкции применяемого стенда нагрузочного устройства.

Список литературы

1. Патрахальцев Н.Н., Савастенко А.А. Форсирование двигателей внутреннего сгорания наддувом. М.: Легион-Автодата, 2007. 176 с.

2. Техника экспериментальных исследований для повышения эффективных показателей двигателей внутреннего сгорания / И. Е. Агуреев, А.П. Безгубов, Э.С. Темнов, М.Ю. Власов, Д. С. Лукьянов // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2011. Вып. 5. Ч. 3. С. 289-298.

Агуреев Игорь Евгеньевич, д-р техн. наук, проф., зав. кафедрой, agureev-igor@yandex.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,

Власов Михаил Юрьевич, канд. техн. наук, доц., aiah@yandex.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,

Мягков Юрий Вячеславович, канд. техн. наук, доц., aiah@yandex.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,

Платонов Константин Юрьевич, студент, 13kelvin0 7@gmail. com, Россия, Тула, Тульский государственный университет,

180

Радько Александр Евгеньевич, асп., aiahatsn.tula.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,

Хмелев Роман Николаевич, д-р техн. наук, проф., aiahayandex.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет

EXPERIMENTAL STUDY OF WORK ATMOSPHERIC AND SUPERCHARGED ENGINES ZMZ 406

I.E. Agureev, M.Y. Vlasov, Y.V. Mjagkov, K.Y. Platonov, A.E. Radko, R.N. Khmelev

The experimental studies were performed and the analysis rates of work atmospheric and supercharged engines ZMZ 406 was made. The experiment was performed at the stand which provided connectivity turbocharging system to a atmospheric engine. The computer diagnostics program "Motor scan " and the gas analyzer were used for work engine characteristics.

Key words: atmospheric engine, turbocharger, experimental researches.

Agureev Igor Evgenevich, doctor of technical sciences, professor, head of chair, aguree v-igora, yandex. ru, Russia, Tula, Tula State University,

Vlasov Michael Yurevich, candidate of engineering sciences, docent, aiah@,yandex. ru , Russia, Tula, Tula State University,

Mjagkov Yurij Vjacheslavovich, candidate of engineering sciences, docent, aiah@,vandex. ru , Russia, Tula, Tula State University,

Platonov Konstantin Yurevich, student, 13kelvin0 7@gmail. com, Russia, Tula, Tula State University,

Radko Alexander Evgenievich, postgraduate, aiah a tsii. tula.ru, Russia, Tula, Tula State University,

Khmelev Roman Nikolaevich, doctor of technical sciences, professor, aiah@yandex. ru , Russia, Tula, Tula State University