Підвищення паливної економічності дизельного двигуна 6ЧН12/14 завдяки вдосконаленню розпилення та сумішоутворення

Abstract

UK: Мета роботи. Підвищення показників паливної економічності дизельного двигуна великої розмірності шляхом модернізації паливної форсунки, в якій потік палива отримує додаткове збудження. Методи дослідження. Використовуючи дані літературних джерел обґрунтовано необхідність збільшення турбулентності потоку палива, що проходить каналами паливної форсунки дизельного двигуна внутрішнього згоряння. Розроблено модернізований варіант розпилювачів форсунок дизельного двигуна 6ЧН12/14, в яких потік палива отримує додаткове збурення, побудовано її тривимірну модель, задано граничні умови потоку рідини. За допомогою програмного комплексу Ansys CFX теоретично отримано розподіл швидкості, тиску, турбулентної кінетичної енергії потоку в проточній частині серійного та модернізованого розпилювачів форсунок. При цьому похибка розрахунку склала близько 4 %. Отримані результати. З аналізу отриманих результатів видно, що середні по перетину значення турбулентної кінетичної енергії, отримані на виході розрахункової області дослідного розпилювача, на 27,5 % більше, ніж у серійного розпилювача, а тиск і швидкість підвищуються не суттєво. Збільшення турбулентності потоку, призводить до кращого розпилення палива в камері згоряння двигуна та покращення сумішоутворення. Це підтверджується стендовими випробуваннями двигуна 6ЧН12/14 (у виконанні К-164) в складі навантажувального стенду, які показали покращення техніко-економічних характеристик в усьому діапазоні обертів при роботі з модернізованими форсунками. На номінальному режимі роботи дизеля крутний момент та ефективна потужність збільшились на 6,9 %. Питома ефективна витрата палива скоротилася на 6,4 %, також знизилась годинна витрата палива на 1,9 %. Отримані результати підтвердили позитивний ефект від модернізації паливної форсунки створенням додаткового збурення потоку палива за рахунок горизонтального кільцевого уступу, виконаного вище посадкового діаметра голки. Наукова новизна. Вперше розроблено методику визначення показників потоку палива в проточній частині розпилювачів форсунок; визначено вплив додаткового гідравлічного опору в проточній частині розпилювача на величину турбулентної кінетичної енергії потоку. Практична цінність. Розроблено конструкцію розпилювача форсунки, що забезпечує поліпшення показників паливної економічності та ефективності дизельного двигуна; розроблена методика може бути використана у навчальному процесі при викладанні дисциплін «Теорія двигунів внутрішнього згоряння» та «Системи двигунів внутрішнього згоряння», а також при проектуванні систем паливоподачі дизельних двигунів. En: Purpose of work. Improve the fuel efficiency of a large-size diesel engine by upgrading the fuel injector, in which the fuel flow receives additional disturbance. Research methods. After analysis of literary sources, the necessity of increasing the turbulence of the fuel flow passing through the channels of the fuel injector of a diesel internal combustion engine is substantiated. A modernized version of 6ChN12/14 diesel engine injector spray tip has been developed, in which the fuel flow receives additional disturbance, its 3D model has been built, and the boundary conditions for the liquid flow have been set. Using the Ansys CFX software, the distribution of the velocity, pressure, and turbulence kinetic energy in the flow path of the serial and modernized injector spray tips was theoretically obtained. In this case, the calculation error was about 4 %. Obtained results. From the analysis of the results, it can be seen that the cross-sectional mean values of the turbulence kinetic energy obtained at the outlet of the calculated area of the research spray tip are 27.5 % higher than that of the serial spray tip; pressure and velocity do not increase significantly. Increased flow turbulence leads to better fuel atomization in the engine combustion chamber and improved mixture formation. This is confirmed by bench tests of the 6ChN12/14 engine (K-164 model) as part of the loadbank, which showed an improvement in technical and economic characteristics in the entire speed range when working with modernized injectors. At the nominal operating mode of the diesel engine, the torque and the effective power increased by 6.9 %. Specific effective fuel consumption has decreased by 6.4 %, and hourly fuel consumption has also decreased by 1.9 %. The positive effect of the modernization of the fuel injector by creating an additional disturbance of the fuel flow due to the horizontal annular ledge made above the landing diameter of the needle was confirmed by obtained tests results. Scientific novelty. For the first time, a method for determining the parameters of the fuel in the flow path of the injector spray tip was developed; the effect of additional hydraulic resistance in the flow path of the spray tip on the value of the turbulence kinetic energy of the flow is determined. Practical value. The design of the spray tip which improves the fuel economy and performance of the diesel engine has been developed; the developed methodology can be used in the educational process when teaching the disciplines “Theory of internal combustion engines” and “Systems of internal combustion engines”, as well as when designing fuel supply systems for diesel engines.