автореферат диссертации по энергетическому, металлургическому и химическому машиностроению, 05.04.02, диссертация на тему:Интенсификация сжигания бедных газовоздушных смесей применительно к двигателю внутреннего сгорания

МОСКОВСКИЙ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ АВТОМОБИЛЬНО-ДОРОЖНЫЙ ИНСТИТУТ

■V ^г МА1

Ф^ 1

На правах рукописи СДАВИНСКАС Стасис Стасевич

ИНТЕНСИФИКАЦИЯ СЖИГАНИЯ БЕДНЫХ ГАЗОВОЗДУШНЫХ СМЕСЕЙ ПРИМЕНИТЕЛЬНО К ДВИГАТЕЛЮ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

05.04.02 - Тепловые двигатели

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

МОСКВА 1991

Работа выполнена на кафедре автотракторных двигателей Московского ордена Трудового Красного Знамени автомобильно-доро-кного института

Научные руководители - доктор технических наук, профессор

В.3.МАХОВ, - доктор физико-математических наук, профессор В.Г.КНОРРЕ

Официальные оппоненты

- доктор технических наук, ведущий научный сотрудник

B.П.КАРПОВ,

- кандидат физико-математических наук

C.К.ОРДОКИКИДЗЕ

Ведущая организация - Центральный научно-исследовательский

автомобильный и автомоторный институт

Защита состоится " п 1991 года в часов

на заседании специализированного совета К 053.30.09 при Московском ордена Трудового Красного Знамени автомобильно-дорожном институте по адресу: 125829, ГСП, г.Москва, А-319, Ленинградский проспект, 64, МАЛИ, ауд.42. Телефон для справок 155-03-28.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института.

Отзыв на автореферат в 2-х экземплярах с подписью, заверенной печатью учреждения, высылать по указанному адресу.

Автореферат разослан " Ц "

1991 г.

Ученый секретарь специализированного совета

кандидат технических наук, доцент В.М.Власов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Интенсивное развитие автомобильного транспорта сопровождается потреблением около трети всей добываемой в мире нефти. Кроме того, при использовании автомобилями топлив нефтяного,происхождения в атмосферу выбрасывается много вредных веществ, оказывающих отрицательное воздействие на здоровье людей и окружающую среду. В связи с этим и ограниченностью нефтяных ресурсов, во всех промышленно развитых странах, в том числе и в СССР, в последние годы все большее внимание уделяется снижению токсичности отработавших газов и экономии топлива.

Достижение экономии жидкого нефтяного топлива возможно различными способами, такими как: усовершенствование рабочих процессов двигателей, снижение механических и тепловых потерь, улучшение аэродинамических параметров транспортного средства, применение электронного управления, использование газовых топлив и тошшв не нефтяного происхождения.

Б настоящее время на автомобильном транспорте широкое применение получили газообразные углеводородные топлива. В качестве газообразного топлива для автомобилей чаще всего применяют сжиженный нефтяной и сжатый природный газ. В производственных, объединениях ЗИЛ, ГАЗ и КамАЗ организовано производство двига-. телей семейства ЗИЛ, ГАЗ, КамАЗ, работающих на газовом топливе.. При применении газового топлива не только экономится традиционное топливо, но и снижается загрязнение окружающей среды.

Однако такие специфические свойства газов, как увеличение., продолжительности индукционного периода при воспламенении и относительно медленное распространение, пламени, снижают полноту., сгорания в двигателе бедных газовоздушных смесей, что приводит на некоторых режимах к увеличению з отработавших газах концен-. трации несгоревших углеводородов. Разработка методов увеличения полноты сгорания обедненных смесей.требует более глубокого изучения механизма.реагирования этих смесей.

Цель работы - исследование реагирования газовоздушных смесей и разработка способа интенсификации сжигания бедных газовоздушных смесей в двигателе внутреннего сгорания.

Научная новизна. Разработана методика исследования воспла-

менения поджимаемых газовоздушных смесей, позволяющая учитывать раздельное действие теплоты, выделяющейся при протекании экзотермических реакций, и теплоты, подводимой извне за счет работы сжатия.

Показано наличие двух режимов реагирования поднимаемых газовоздушных смесей: режима нормального горения и режима вынужденного реагирования, под которым подразумевается процесс химического реагирования топлива с окислителем при высоких температурах, получаемых в отличие от процесса горания не за счет сгорания части смеси, а поджатием смеси до указанных температур.

Показана возможность окисления в режиме вынужденного реагирования запредельных смесей.

Практическая ценность. Показана возможность использования режима вынужденного реагирования для интенсификации сжигания бедных газовоздушных смесей в условиях двигателя.

Показана возможность использования для реализации в двигателе режима вынужденного реагирования подачи на впуск части отработавших газов.

Определены зависимости задержек воспламенения гомогенных пропано-воздупгаых смесей от концентрации горючего и окислителя, температуры, а также получены профили основных проглежуточных продуктов во время периода индукции, которые могут быть использованы при разработке кинетической модели воспламенения пропа-но-воздушных.смесей.

Реализация результатов работы. Результаты работы приняты к использованию на Камском автомобильном заводе при разработке ' мероприятий, направленных на снижение выбросов несгоревших углеводородов газодизеля .КамАЗ-7409 на малых нагрузках. ' .

Апробация- работы. Основные разделы диссертационной.работы докладывалась на Ш-ем международном семинаре по структуре нла-. мени в г.Алма-Ате в 1989 г., на научно-технических конференциях МАДЙ в 1989-1990 гг., на научной конференции Литовской сельское хозяйственной академии в 1991 г., на Х1У Всесоюзном семинаре по электрофизике горения в г.Челябинске в 1991 г. ..........

Публикации. По теме диссертационной работы опубликована 1 статья и тезисы.к докладам. . .

Объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, выводов, списка литературы, приложения. Работа изло-

жена на-73 страницах машинописного текста, содержит 31 рисунок, 10 таблиц. Список литературы включает 109 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой гладе диссертации рассмотрена роль альтернативных топлив з автомобильном транспорте. Приведены основные источники энергии и получаемые из них топлива. Отмечается, что применение нетрадиционных топлив связано не с поиском альтернативы традиционным тошшвам, а с целью вовлечения в транспортную энергетику широкого диапазона различных тошшв. Топливо, которое уже сейчас может быть успешно применено для питания двигателей, -это горючие газы.

В настоящее время на работу на газовом топливе переводятся как бензиновые, так и дизельные двигатели. Проведенный обзор рабочих процессов на газовых топливах показал, что одной из проблем при использовании в ДВС газа являются повышенные выбросы с отработавшими газами несгоревших углеводородов в режимах . малых нагрузок, т.е. при сгорании сильно обедненных газовоздушных смесей. Разработка способов воздействия на процесс сгорания бедных газовоздупшых смесей требует знания кинетики реагирования этих смесей.

Кинетика окисления простых углеводородов изучается уже более 50 лет. В.большинстве работ, измерялись значения задержек . воспламенения, а результаты представлялись в.виде эмпирической, зависимости задержки от концентрации топлива, окислителя, инертного разбавителя и температуры. Наряду с экспериментальным исследованием широко используется численное моделирование процессов воспламенения и горения газовых смесей.. Основной проблемой., при использовании метода математического моделирования.остается выбор механизма и достоверного набора элементарных констант скорости. _ ..........

Наблюдаемая в ряде случаев противоречивость экспериментальных данных или их трактовок указывает на. недостаточную.изу- ■ ченность кинетики и механизма процессов реагирования .газовоздушных смесей. Кроме того, в большинстве случаев воспламенение рассматривается как процесс, развивающийся при определенных начальных условиях /при постоянной начальной температуре и давле-

шш/. В условиях двигателя воспламенение развивается при непрерывно продолжающейся подводе теплоты к реагирующей смеси извне за счет работы сжатия. На фоне интенсивного принудительного подвода теплоты извне за счет работы сжатия саморазогрев смеси может приобрести второстепенную роль, особенно при реагировании сильно обедненных смесей.

На основании анализа работ и исходя из поставленной цели работы.были поставлены следующие задачи исследований:

1 .Исследовать кинетику реагирования газовоздушных смесей в широком диапазоне их составов и температур.

2. Разработать методику, позволяющую оценить вклад в процесс реагирования газовоздушных смесей теплоты, подводимой извне за счет работы сжатия.

3. Исследовать процессы реагирования поджимаемых газовоз-душкых смесей в широком диапазоне их составов и температур. .

4. Найти способ интенсификации сжигания бедных газовоздушных смесей в условиях двигателя внутреннего сгорания.

5. Проверить возможность использования этого способа в двигателе внутреннего сгорания.

Во второй главе приведены методики исследований и описание экспериментальных установок.

Учитывая относительную простоту измерения величин задержек воспламенения и анализа процесса на ранних стадиях для. экспериментального исследования кинетики реагирования газовоздушных смесей был выбран метод измерения задержек воспламенения.

В качестве основного объекта исследования выбор пал на пропаяо-воздушные смеси, так как пропан является широко используемым топливом, а также одним из наиболее изученных, углеводородов, который имеет все отличительные,признаки окисления.и......

воспламенения большинства углеводородов. Это в некоторой степе^ ни позволяет использовать его в исследованиях как модельное топливо.

При исследовании реагирования поджимаемых газовоздушных смесей использовалась методика, позволяющая менять соотношение теплоты, выделяющейся при протекании экзотермических реакций, и теплоты, подводимой извне за счет работы сжатия. Это достигалось добавлением к горючей смеси инертного газа без изменения коэффициента избытка воздуха. Балластирование горючей смеси позво-

ляло достичь плавного снижения доли теплоты от химических реакций.

Исследования кинетики реагирования газовоздушных смесей проводились на статической перепускной установке и ударной трубе. Использование двух установок позволило охватить более широкий диапазон температур.

Статическая перепускная установка включала сосуд с исследуемой смесью и перепускным электромагнитным клапаном, через который смесь перепускалась, в заранее откачанный и нагретый до заданной температуры реактор. При этом измерялось изменение давления в ходе реакции. Конструкция установки позволяла через определенные промежутки времени отбирать пробы для анализа. Задержка воспламенения определялась как время, проходящее от момента окончания перепуска до начала резкого подъема давления при воспламенении. Анализ проб осуществлялся мвтодом газоадсорбционной хроматографии на хроматографе ЛИ-ЩЦ.

Используемая в настоящей работе ударная труба имела внутренний диаметр 58 мм и состояла из двух секций: камеры высокого давления /КВД/ и камеры низкого давления /ВДД/. Длина КНД равна 4 м, длина КВД варьировалась от 1,8 до 2,2 и. В качестве толкающего газа использовался Не. Разрыв диафигмы осуществлялся с помощью специального ножа. Скорость звука в исследуемой смеси была близка к скорости звука в воздухе, поскольку в экспериментах использовались воздушные и забалластированные азотом смеси. За реакцией в исследуемой смеси следили регистрацией давления. Задержка воспламенения определялась как время, проходящее от момента прохождения отраженной волны до начала резкого подъема давления при воспламенении.

Эксперименты по исследовании воспламенения сжимаемых газовоздушных смесей проводились на установке импульсного сжатия, созданной А.Н.Войновым и его сотрудниками. В'процессе сжатия, воспламенения и горения регистрировалось изменение давления в цилиндре. По давлении конца сжатия рассчитывалась температура в конце сжатия.

В опытах задержка воспламенения определялась как промежуток времени от момента столорения поршня в верхнем положении до начала видимого повышения давления над линией сжатия. Она не всегда имеет физический смысл задержки воспламенения, так как

химические реакции в смеси проходят уже в процессе сжатия, а воспламенение может наступить как после фиксации поршня, так и до или в момент фиксации. Кроме того, при реагировании переобедненных или сильно забалластированных смесей концентрация топлива настолько мала, что о горении, как саыоускоряидемся процессе с накоплением в системе тепла, говорить нельзя. В этих случаях использовался термин "задержка начала интенсивного реагирования" .

Проверка возможности практического использования результатов данной работы проводилась на одноцилиндровом отсеке двигателя Д37М, смонтированном на универсальном картере ИТ-9. Установка была снабжена системами подачи дизельного и газового топлива, системой перепуска ОГ, а "также измерительной аппаратурой в соответствии с требованиями ГОСТ 14846-81.

В третьей главе представлены результаты экспериментального исследования кинетики воспламенения пропано-воздушых смесей. Получены зависимости задержек воспламенения от температуры, концентраций пропана и окислителя, проверено влияние балластирующего газа.

Опыты были проведены в интервале температур 800-1050 К на статической перепускной установке и в интервале 1200-1500 К на ударной трубе.

Результаты опытов показывают /рис.1/, что в обоих интервалах температур при балластировании горючей смеси азотом, вследствие снижения концентраций реагирующих компонентов происходит . увеличение, задержек воспламенения 1Г , а эффективная энергия активации практически не меняется.

Энергия активации практически не зависит от коэффициента избытка воздуха сС, но она несколько,возрастает при переходе к более высоким температурам. Кроме того, для переобедненных смесей / с*- = 5,0,рис. 1а,прямая 3/ увеличение энергии активации наблюдается при более низких температурах /-"1000 К/.

Сравнение результатов показывает также изменение зависимости ТГ от концентрации топлива при переходе из одного температурного интервала в другой. Так, в интервале температур 8001050 К с повышением концентрации пропана величина тг сокращается, а в интервале 1200-1500 К, наоборот, увеличивается.

' I - 4,03% СдНд+20,155? 02+751ег%Ы2 (¿¿=1,0); 2 - 2,02? СзНд+10,07^ 02+87,91?^2 (¿=1,0); . 3 - 0,865? Сдйд+го.вг? 02+78,32£Л/2 (<¿"=5,0); 4 - 7,555? 0^^19,3555 02+73т00^^ (<£«0,5);

а) в условиях перепускной установки;

б) в условиях ударной трубы

Были получены следупцие зависимости для времени задержки воспламенения:

Г = 7.63 • <о~й[СаН1]'*23 [0г]"°'ЧВ[Хг]° еар (27900/ИТ) /1/

в интервале температур 800-1050 К и Т = 2,04 • 10'" [ ^"[О^'щ' вхр (35&00/ЯТ) /2/

в интервале температур 1200-1500 К, где энергия активации выражена в кал/моль, а концентрация в моль/см3.

Из этих выражений видно, что при переходе от более низких температур к более высоким показатель степенной зависимости задержки воспламенения от концентрации пропана меняет знак с отрицательного на положительный, степенной показатель по кислороду изменяется меньше. Нулевая степень для концентрации азота показывает отсутствие влияния его концентрации на Т .

С различной зависимостью задержек воспламенения от концентрации топлива может быть связана и различная их зависимость от Л.. Так, в интервале температур 1200-1500 К самые большие задержки имеют богатые смеси. В интервале 800-1050 К для богатых смесей получены самые короткие задержки /рис.1/.

Был проведен хроматографический анализ проб, отобранных из статической перепускной установки во время периода задержки воспламенения. Эти результаты сравнивались с известными'результатами такого же анализа для проб, отобранных из ударной трубы при болеее высоких температурах.

Результаты показали, что в течение периода задержки воспламенения расходуется значительная часть пропана /порядка 20$ при низких температурах и 50$ при высоких/. 5 обоих случаях в . наибольших количествах образуются пропилен и этилен, в меньших метан, этан и СО, только при высоких температурах концентрации этих продуктов значительно выше,, чем при низких. Кроме того, при высоких температурах не наблюдается появление конечного продукта окисления - СО2, который присутствует при воспламенении при более низких температурах. Таким образом, с ростом температуры, при которой проходят предпламенные процессы, увеличивается выход пропилена, этилена, этана и метана, и уменьшается выход кислородосодержащих продуктов - оксидов углерода. Можно считать, что первые являются продуктами термического распада

пропана; а вторые - продуктами его окисления.

Все выше изложенное скорее всего свидетельствует об изменении кинетического механизма воспламенения или, точнее, об изменении соотношения между скоростями ведущих реакций при переходе из одной температурной области в другую.

Четвертая глава посвящена экспериментальному исследовании особенностей реагирования поджимаемых газовоздушных, смесей. При этом использовались пропано-воздушные смеси различного состава с различной степенью балластирования азотом.

Полученные зависимости задержек воспламенения от при разных начальных температурах смеси показывают, что самые короткие задержки имеют место у смесей стехиометрического состава. При обогащении смеси задержки резко увеличиваются. С увеличением сА. задержки воспламенения постепенно растут. Примерно с сК = 3,0 задержки начала интенсивного реагирования практически не зависят от состава смеси.

С увеличением также заметно растет температура конца сжатия Тс> С увеличением Тс задержки воспламенения должны были бы снижаться, но наблюдается обратная картина, которую можно объяснить тем, что основную роль в процессе воспламенения при существующих условиях играет тепловыделение в результате химических реакций,начиная с процесса сжатия. Очевидно, что при больших ск эта роль будет уменьшаться и будет увеличиваться роль подвода теплоты извне за счет сжатия. Об этом свидетельствуют постоянные задержки при (К > 3,0. Такой же эффект должен наблюдаться и при балластировании смеси инертным газом.

Результаты исследований, проведенных с балластированием смеси азотом, показывают, что зависимости т стехиометрических /рис.2/ и богатых смесей от степени балластирования имеют сложный характер. Вначале до определенной степени балластирования, которая зависит от начальной температуры смеси, задержки воспламенения увеличиваются; при дальнейшем увеличении степени балластирования задержки сокращаются и с определенного момента опять начинают увеличиваться. С повышением начальной температуры смеси, т.е. с повышением доли теплоты,- подводимой-'извне, влияние балластирования снижается.

Для переобедненных смесей /с*- = 5,0/ при низких начальных температурах с увеличением степени балластирования азотом

Рис.2. Влияние балластирования азотом на зачеркну начала реагирования поднимаемых пропано-воздутаных смесей (¿= 1,0): I - Та= 333 К; 2 - Т&= 353 К; 3 - Т&= = 373 К; 4 - Та= 393 К ( Я - точки без воспламенения)

Т увеличиваются /рис.3/. С повышением начальной температуры смеси влияние балластирования снижается.

Все смеси при увеличении начальной температуры до Та = 423 К начинали интенсивно реагировать независимо от их состава и степени балластирования инертным газом в ходе сжатия, т.е. до момента стопорения поршня в верхнем положении.

Видимо, по мере снижения начальной температуры и, соответственно, с ростом вклада теплового эффекта химических реакций в общее теплосодержание смеси, балластирование через увеличение удельной эффективной теплоемкости, отнесенной к единице массы смеси, значительнее влияет на величину Т: , увеличивая ее с увеличением степени балластирования. Однако повышение доли двухатомного азота, из-за увеличения показателя адиабаты к сжимаемой газовой смеси, приводит к росту температуры конца сжатия, что должно сокращать тг . Таким образом, можно было бы предположить, что наличие участков уменьшения Т при росте степени балластирования можно объяснить этим двойным действием инертного газа..Для проверки этого эффекта необходимо было исключить влияние изменения к .

С этой целью были проведены исследования воспламенения водородо-воздушных смесей. Результаты этих исследований показали /рис.3/, что и в данном случае имеет место сложный характер зависимости Т от степени балластирования, хотя он и значительно сглажен. Видимо, наличие участков сокращения задержек воспламенения нельзя объяснить только увеличением к с ростом доли инертного газа. Так, при балластировании азотом водородо-воздушных смесей определенное повышение температуры может быть связано с уменьшением при замене водорода азотом общей теплопроводности смеси, а следовательно,и тепловых потерь.

Эксперименты показали наличие двух крайних случаев реагирования поджимаемых газовоздушных смесей. Один из них имеет место при воспламенении смесей с высокой теплотворной способностью при относительно низких температурах конца сжатия. В этом случае т? сильно зависят от состава смеси и степени балластирования. Совсем другой случай наблюдается при реагировании смесей с низкой теплотворной способностью при высоких температурах сжатия. Здесь т слабо зависят, от состава смеси и степени балластирования .

Рис.3. Влияние балластирования азотом на задержку начала реагирования поджимаемых пропано-воздушных и водо-родо-воздушых смесей: 1,2,3 - СдНд (с£= 5,0); 4,5 -Й2 (<¿=1,0); 1,4 - Т&= 353 К; 2,5 - Та=373 К; 3 - Т = 393 К (Ш- точки без воспламенения)

Делается вывод, что в этих двух случаях имеют место различные режимы реагирования газовоздушных смесей при поджатии. В первом режиме, очевидно, происходит тепловое самовоспламенение смеси. Здесь определяющую роль играет теплота, выделяющаяся в результате химических реакций. Во втором режиме тепловое самовоспламенение невозможно из-за низкой теплотворной способности смеси. Очевидно,здесь определяющую роль играет подвод теплоты извне за счет сжатия и предварительного нагрева смеси. Этот режим условно был назван режимом вынужденного реагирования /РЕР/. >

Отмечается, что нельзя выделить четко ограниченные области ,тде наблюдался бы лишь тот или иной режим реагирования. В ' большинстве случаев имеют место оба режима. Но есть области, где формально имеет место только РВР. Это реагирование запредельных смесей при высоких температурах конца сжатия. Здесь происходит интенсивнее химическое реагирование топлива с окислителем при высоких температурах, получаемых не за счет выгорания части смеси, а поджатием смеси до этих температур.

В обоих режимах наблюдается задержка начала реагирования. При нормальном горении имеет место задержка воспламенения, во время которой идет накопление в системе тепла. Для переобедненных смесей и смесей с большой степенью балластирования такой тепловой взрыв невозможен из-за низкой теплотворной способности смеси. Но тем не менее и здесь имеют место задержки начала интенсивного реагирования. Это нельзя объяснить с точки зрения теплового воспламенения, так как после окончания сжатия кончился и подвод тепла извне, а саморазогрев смеси невозможен, из-за низкой ее теплотворной способности. По-видимому, здесь имеет место кинетический период индукции, во время которого идет накопление в системе не тепла, а активных продуктов, после чего в смеси начинается интенсивное химическое реагирование.

Важным свойством РВР является то, что в этом режиме увеличивается полнота сгорания переобедненных смесей. Это обстоятельство указывает на целесообразность его использования для организации экономичной работы поршневого двигателя на холостом ходу и малых нагрузках, в частности,для повышения полноты сгорания в газовом двигателе. Возможность существования механизма вынужденного реагирования целесообразно учитывать при

расчетах детонации и охвата топливной струи пламенем.

В пятой главе приведены результаты экспериментальной проверки возможности дожигания газовоздушных смесей в режиме вынужденного реагирования в условиях поршневого ДВС.

Для осуществления РВР в начале сжатия в цилиндре необходимо создать определенный температурный ре лап,!. При организации рабочего процесса в двигателе важной стадией является процесс воспламенения /поджигания/, который должен осуществляться вблизи в.м.т. Поэтому при реализации РВР в двигателе необходимо найти способ стабилизации момента воспламенения, так как это не может быть достигнуто при самовоспламенении поджимаемой гомогенной топливно-воздушной смеси. Видимо, пэреобедненную горшую смесь пересжатием или предварительным нагревом, или комбинацией того и другого, надо довести до состояния, близкого к РВР, а потом внепшим воздействием инициировать в ней начало химической реакции.

Исследования, показавшие практически отсутствие влияния на процесс реагирования в указанном режиме балластирования смеси инертным газом, дают возможность предположить, что для создания необходимого температурного режима в начале сжатия можно использовать подачу на впуск части ОГ.

Опыты проводились на одноцилиндровом двигателе, в котором осуществлялся газожидкостный процесс. При этом исследовалась возможность использования как внешнего, так и внутреннего перепуска, под которым подразумевается увеличение количества остаточных газов в цилиндре. Это достигалось увеличением противодавления на выпуске или дросселированием впуска.

Полученные результаты /рис.4/ показывают, что подача на впуск части ОГ улучшает процесс сгорания в цилиндре; при этом повышается полнота сгорания. Полноту сгорания оценивали по концентрации несгоревашх углеводородов в ОГ. Концентрация СН снижается пропорционально количеству перепускаемых газов. Увеличение противодавления на выпуске, т.е. увеличение в цилиндре количества остаточных газов, дало ^обратный эффект.

* Так как при реагировании в режиме вынужденного реагирования пере обедненных топливовоздушных смесей основную роль играет теплота, подводимая'извне, за счет работы сжатия, то повышение частоты вращения вала двигателя должно положительно влиять

сн,

ррт 1100

900

700

оС . 5,0

3,0

к

ВДд

кит« ч 11,0

9,0

-Ьс _

СН

/--- 3

СО (1—о.. // -- 1 V 3 "' ^ ^ 1

1,2/ сС к

1 Ж.

- л

".........

ЗУ 3 У

10

40

20

СО, %

1,0

кВт 4,2

3:4

20 30

Перепуск ОГ, %

Ряс.4. Увеличение полноты сгорания бедных газо юз душных смесей в режиме вынужденного реагирования, реализуемом с помощью перепуска ОГ: п =1400мин"*; I - р = 0,98 кПа; 2 - р = 2,95 кПа; 3 - р=3,9 кПа (р - противодавление на выпуске)

на процесс сгорания, поскольку с повышением частоты вращения увеличивается температура конца сжатия.

Результаты опытов, проведенных при двух частотах вращения коленчатого вала двигателя / а = 1400 мин-1и п. = 1600 мин"1/^ показали, что при повышении частоты вращения концентрации в ОГ несгоревших углеводородов снизилась на ->-10/5. Кроме того, при повышении частоты вращения увеличивается эффективность перепуска отработавших газов.

Б заключение главы делается еывод, что PHP может быть ис-прльзован для дожигания переобедненных топливовоздушных смесей в условиях двигателя. Для реализации указанного режима может быть использована подача на впуск части ОГ.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. На основании исследований кинетики воспламенения газовоздушных смесей в широком диапазоне температур, их составов и степеней балластирования азотом показано наличие в разных температурных интервалах противоположных зависимостей задержки воспламенения от концентрации топлива и коэффициента избытка воздуха. Показано отсутствие влияния балластирования.смеси азотом на механизм реагирования.

2. Разработана применительно к установке импульсного сжатия методика исследования воспламенения поджимаемых газовоздушных смесей, позволяющая учитывать раздельное действие теплоты, выделяющейся при протекании экзотермических химических реакций, и теплоты, подводимой извне за счет работы сжатия.

3. Проведено исследование воспламенения поджимаемых газо-воздукных смесей в широком диапазоне их составов, начальных температур и степеней балластирования азотом. Установлено наличие двух режимов реагирования поджимаемых газовоздушных смесей: режима нормального горения и, режима вынужденного реагирования. , Под последним режимом подразумевается процесс химического реагирования топлива с окислителем при высоких /вплоть до температур горения/ температурах, получаемых в отличие от процесса горения не за счет сгорания части смеси, а поджатием смеси до указанных температур.

4. В режиме вынужденного реагирования повышается интенсив-

ность реагирования бедных газовоздушных смесей. Предложено указанный режим использовать для дожигания бедных газовоздушных смесей в условиях двигателя. Для этого в цилиндре в начале сжатия необходимо создать определенный температурный режим.

5. Начало интенсивного реагирования в режиме вынужденного реагирования практически не зависит от степени балластирования инертным газом, что позволяет при реализации этого режима в двигателе для создания в начале сжатия необходимого температурного режима использовать перепуск отработавших газов.

6. Возможно использование режима вынужденного реагирования для интенсификации сжигания бедных газовоздушных смесей в условиях двигателя. Возможность исследована на одноцилиндровом дви-. гателе при использовании для реализации этого режима как внешнего, так и внутреннего перепуска ОГ. В РВР в двигателе увеличивается полнота сгорания бедных газовоздушных смесей. Указанный режим может быть реализован с помощью внешнего перепуска отработавших газов.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих

1. Борисов A.A., Кнорре В.Г., Лисянсхий В.В., Махов В.З., Славинскас С.С. Кинетика воспламенения пропано-воздушннх смесей // Тезисы докладов на Ш-ем международном семинаре по структуре пламени /на англ.яз./. - Алма-Ата, 1S39. - С.7.11.

2. Славинскас С. Увеличение эффективности сжигания бедных газовоздушных смесей в условиях двигателя внутреннего сгорания // Тезисы докладов на научной конференции Литовской сельскохозяйственной академии /на лит.яз./. - 1991. - С.38-39.

3. Кнорре В.Г., Махов В.З., Славинскас С.С. Кинетические закономерности воспламенения пропано-воздушных смесей в процессе сжатия // Тезисы докладов Х1У Всесоюзного семинара по электрофизике горения. - Челябинск, 1991. - С.78.

Автор выражает признательность сотрудникам лаборатории горения и детонации двухфазных систем института химической физики АН СССР д.ф-м.н. Борисову A.A. - руководителю лаборатории, д.х.н. Скачкову Г.И., д.х.н. Заманскому В.М., к.ф-м.н. Лисянскому В.В., к.х.н. Трошину К.Я. за содействие при проведении ряда экспериментальных исследований.

работах: