Тепломеханическое совершенствование системы воздухо- снабжения поршневого двигателя с турбонаддувом

Описан способ тепломеханического совершенствования пульсирующих потоков воздуха во впускной системе поршневого двигателя с турбонаддувом. Основная цель данного исследования состоит в разработке способа подавления интенсивности теплоотдачи для улучшения показателей безотказности поршневого двигателя с турбонаддувом. Приведен краткий обзор литературы по улучшению показателей надежности поршневых двигателей разного назначения. Научно-технические результаты получены на основе экспериментальных исследований на натурной модели поршневого двигателя. Для получения газодинамических и теплообменных характеристик потоков газа использовался метод термоанемометрирования. Описаны лабораторные стенды и приборно-измерительная база. Представлены данные о газодинамике и теплообмене стационарных и пульсирующих потоков воздуха в газодинамических системах разных конфигураций применительно к системе воздухоснабжения поршневого двигателя с турбонаддувом. Предложен способ тепломеханического совершенствования потоков во впускной системе двигателя на основе хонейкомба с целью стабилизации пульсирующего потока и подавления интенсивности теплоотдачи. Получены данные о мгновенных значениях скорости потока воздуха и локального коэффициента теплоотдачи как в выпускном канале компрессора турбокомпрессора (т. е. без поршневого двигателя), так и во впускной системе двигателя с наддувом. Проведен сравнительный анализ полученных данных. Выявлено, что установка выравнивающей решетки в выпускной канал турбокомпрессора приводит к интенсификации теплоотдачи в среднем на 9%. Установлено, что наличие выравнивающей решетки в системе впуска поршневого двигателя вызывает подавление теплоотдачи в пределах 15% в сравнении с базовыми значениями. Показано, что применение модернизированной впускной системе в дизельном двигателе повышает его вероятность безотказной работы на 0,8%. Полученные данные могут быть распространены на другие типы и конструкции систем воздухоснабжения тепловых двигателей.

1. Reitz R. D., Ogawa H., Payri R., Fansler T. [et al.] IJER editorial: The future of the internal combustion engine. International Journal of Engine Research 2020; 21(1): 3–10.

2. Nahim H. M., Younes R., Shraim H., Ouladsine M. Oriented review to potential simulator for faults modeling in diesel engine. Journal of Marine Science and Technology (Japan) 2016; 21(3): 533 – 551.

3. Abaei M. M., Hekkenberg R., BahooToroody A. A multinomial process tree for reliability assessment of machinery in autonomous ships. Reliability Engineering and System Safety 2021; 210: 107484.

4. Knežević V., Orović J., Stazić L., Čulin J. Fault tree analysis and failure diagnosis of marine diesel engine turbocharger system. Journal of Marine Science and Engineering 2020; 8(12): 1004.

5. Vera-García F., Rubio J. A. P., Grau J. H., Hernández D. A. Improvements of a failure database for marine diesel engines using the RCM and simulations. Energies 2019; 13(1): 107.

6. Wang M., Ge Q., Jiang H., Yao G. Wear fault diagnosis of aeroengines based on broad learning system and ensemble learning. Energies 2019; 12(24): 4750.

7. Szkoda M., Kaczor G., Pilch R., Smolnik M., Konieczek Z. Assessment of the influence of preventive maintenance on the reliability and availability indexes of diesel locomotives. Transport Problems 2021; 16(1): 5 – 18.

8. Fernández A. J. Optimal durations of Weibull reliability tests based on failure counts. Computers and Industrial Engineering 2021; 156: 107247.

9. Mechalikh M., Benhammou A., Zidane I., Bettahar A. Study of piston thermo-elastic behaviour under thermomechanical solicitations. International Journal of Automotive and Mechanical Engineering 2019; 16(4): 7287 – 7298.

10. Berni F., Cicalese G., Borghi M., Fontanesi S. Towards gridindependent 3D-CFD wall-function-based heat transfer models for complex industrial flows with focus on in-cylinder simulations. Applied Thermal Engineering 2021; 190: 116838.

11. Liu H., Wen M., Yang H., Yue Z., Yao M. A Review of Thermal Management System and Control Strategy for Automotive Engines. Journal of Energy Engineering 2021; 147(2): 03121001.

12. Pagán Rubio J. A., Vera-García F., Hernandez Grau J., Muñoz Cámara J., Albaladejo Hernandez D. Marine diesel engine failure simulator based on thermodynamic model. Applied Thermal Engineering 2018; 144: 982 – 995.

13. Brodov Y. M., Grigoryev N. I., Zhilkin B. P., Plotnikov L. V., Shestakov D. S. Increasing Reliability of Gas–Air Systems of Piston and Combined Internal Combustion Engines by Improving Thermal and Mechanic Flow Characteristics. Thermal Engineering 2015; 62(14): 1038 – 1042.

14. Бродов Ю. М., Жилкин Б. П., Плотников Л. В. Снижение тепловой напряженности впускных и выпускных систем двигателей внутреннего сгорания с наддувом. Надежность и безопасность энергетики 2016; 1(32): 19 – 23.

15. Плотников Л. В. Нестационарные тепломеханические процессы в системах газообмена поршневых двигателей с турбонаддувом: монография / под общ. ред. Б. П. Жилкина, Ю. М. Бродова. Екатеринбург: Изд-во Урал. ун-та 2020;: 204.