автореферат диссертации по энергетическому, металлургическому и химическому машиностроению, 05.04.02, диссертация на тему:Эффективность дроссельных циклов карбюраторного двигателя с изменяемой степенью сжатия

МОСКОВСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ АВТОИОШЬНОГО И ТРАКТОРНОГО МАШИНОСТРОЕНИЯ

РГ6 од

. На пре._лх рукописи

Т

ТРЕТЬЯКОВ Леонид Николаевич

ЭФФЕКТИВНОСТЬ ДРОССЕЛЬНЫХ ЦИКЛОВ КАРБЮРАТОРНОГО ДВИГАТЕЛЯ С ИЗМЕНЯЕМА СТЕПЕНЬЮ СЖАТИЯ

Специальность 05.0*.02 - Тепловые двигатели

АВТОРЕФЕРАТ

' V

диссертации на соискание ученое степени кандидата технических наук •

Саратов «1991

Работа выполнена на кафедрах "Двигатели внутреннего сгорания" Саратовского института механизации сельского хозяйства и "Автомобильные и тракторные двигатели" Московской государственной академии автомобильного и тракторного машиностроения.

Научные руководители:

Заслуженный деятель науки и техники РФ, доктор техн. наук,

профессор Михайлов В.З.

Кандидат техн. наук, доцект Легошин Г.К.

Научный консультант: заслуженный деятель науки и техники РФ, к.т.н., профессор Райков И.Я.

Официальные оппоненты:

Доктор техн. наук, профессор Варшавский ИЛ. Кандидат техн. наук, профессор Морозов К.А.

Ведущее предприятие - Отдел бензиновых и газовых двигателей головного отраслевого института НАМ;*.

Зашита диссертации состоится "//"¿ЯГ ГУ4г. в /6 часов на заседании специализированного совета К 063.49.01 б Московской государственной академии автомобильного и тракторного машиностроения по адресу: 105839, Москва, ул.Б.Семеновская, 38.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МГААТМ. Автореферат разослан СРУ 199.

Ученый секретарь

специализированного совета Завнлов Й.А.

ОЕЦАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность теми. Автомобили о карбюраторными двигателями сосаавляют основнув часть автотранспортных средств /АТС/ страны, поэтому проблема повышения топливной экономичности их двигателей, особенно в условиях непомерного роста цен на топливо,становится все более острой.

Низкая топливная экономичность бензиновых двигателей о искровым зажиганием обусловливается, главным образом,неудовлетворительностью протекания процессов смесеобразования и сгорания на режимах малих нагрузок, вызывающих необходимость при этом обогащения горючей смеси, что является существенным недостатком массовых двигателей. Следовательно, репение проблемы улучшения топливной экономичности автомобилей с бензиновыми двигателями должно идти пре.тда всего путем повисе-ния эффективности рабочих процессов на режимах малых нагрузок.

Современные двигатели АТС отличаются, как известно, высокой степенью совершенства и всесторонней отлаженностьв рабочего цикла, вследствие чего возможности улучкения их топливной экономичности традиционными способами стали весьма ограниченными. Поэтому изыскиваются нетрадиционные методы решения данной проблемы в пироком спектре направлений.

Многими исследователями было установлено, в частности, что применение поршней, автоматически регулирующих степень сжатия, позволяет достаточно чутко реагировать на изменение нагрузки и получить ощутимый результат по топливной экономичности. Однако, особенности протекания рабочих процессов,на малых нагрузках при одновременном сочетании обеднения горюче;: смеси и высоких степеней сжатия изучены недостаточно.

Цель исследования - изыскание возможностей повышения топливной экономичности автомобильных карбюраторных двигателей при работе на малых нагрузках путем применения относительно высоких степеней сжатия с одновременным обеднением горючей смеси и оптимальным-регулированием угла опережения зажигания.

Объект исследования - двигатель с изменяемой степенью сжатия, установленный на испытательном стендс с ¿ликтричес-кой балансирной машиной постоянного тока.

Методика исследования - теоретические исследования проводились с использованием математической модели, составленной на языке ."СИ" -для ЭВМ. Моделировалось влияние на характеристики тепловыделения, циклы и оценочные показатели работы двигателя таких факторов как конструкция и объем камеры сгорания, угол опережения закигания, состав горючей смеси, нагрузка, прогнозировалось появление детонации. Экспериментальные исследования-проводились на основе методов, рекомендуемых для проведения стендовых испытаний по ГОСТ 148^6-91. Результаты экспериментальных исследований обрабатывались с помощью ЭВМ.

Научим новизна. Разраоотана новая математическая модель процесса сгорания, основанная на современных представлениях о механизме распространения пламени в цилиндре ДВС, которая включает в себя оригинальные методики моделирования характеристик тепловыделения, теплообмена и сгорания в различных зонах камеры сгорания. Выявлена необходимая закономерность изменения степени сжатия для различных нагрузок из условия поддержания постоянного давления конца сжатия, что уменьшило вероятность возникновения детонации в поисках предельного улучшения топливной экономичности бензинового двигателя на веек диапазоне нагрузок в расчете

на последуюшее автоматическое регулирование степени сжатия 4

при оптимальных значениях угла опережения зажигания и составов горючей смеси.

Апробация. Основные положения диссертационной работы доложены, обсуждены И одобрена на Всесоюзных научно-технических семинарах "Проблемы экономичности и эксплуатации ДВС в АПК СССР" /Саратов 1989-1991г.г./, на Межгосударственном научно-техническом семинаре "Проблемы экономичности и эксплуатации ДВС в АПК СНГ" /Саратов Ш2-1993г.г./, на 51-й научно-методической конференции МАДК /Москва 1993г./.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 4 работы.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа ' состоит из введения, трех глав, общих выводов, списка использованной литературы и приложений. Общий объем работы 121 страница, в том числе 88 страниц маиинописного текста, 26 страниц рисунков, 2 таблицы, 5 страниц литературы и 9 страниц приложений. 43 наименования списка литературы.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Введение содержит обоснование актуальности работы и изложение основных научных положений, которые вынесены на

задиту.

В первой главе рассмотрены особенности рабочих процессов двигателей с зажиганием от искры при частичных нагрузках. Отмечено, что неудовлетворительное протекание процесса сгорания на режимах малых нагрузок и необходимость при этом обогащения горючей смеси является существенным недостатком карбюраторных двигателей, .риводяким к перерасходу топлива. Поэтому решение проблемы улучшения топливной экономичности таких двигателей должно идти прежде всего путем повышения эффективности рабочих процессов на дроссельных ^

режимах.

Рассмотрены и проанализированы основные способы улучшения топливной экономичности двигателей с принудительным зажиганием. Современные двигатели отличаются, как известно, высокой степенью совершенства и отдаленностью рабочих процессов, вследствие чего возможности улучпения их топливной экономичности традиционными спосо^ми стали весьма ограниченными. Поэтому изыскиваются новые пути рвения данной проблемы в области нетрадиционных методов. Установлено, что один из перспективных методов заключается в применении изменяемой по определенному закону степени сжатия в зависимости от нагрузки в сочетании с обеднением горючей смеси и оптимальным регулированием угла опережения зажигания.

В известных работах Рикардо были уже подчеркнуты возможность и полезность использования на режимах малых нагрузок и повышенных степенях сжатия более бедных смесей. Результаты исследований Морозова К.А., посвященных проблемам детонации, также показывают, что переход нормального горения в детонационное в сильной степени зависит от состава горючей ом^си. I1 развитие этих работ нами была применена закономерность изменения степени сжатия по нагрузке, главным ограничительным фактором которого являлось постоянство давления конца сжатия •, всех значениях нагрузки.

Приведен : аткии обзор устройств, позволяющих регулировать степень сжатия и отмечена наиболее перспективная конструкция - "ПАРСС", - поршень, автоматически регулир, шн степень сжатия.

Проведены предварительные расчеты для определения возможных пределов улучшения топливной экономичности двигателя на частичных нагрузках, для чего была составлена ори-6

гинальная программа на языке "СИ" для ЭВМ. Результаты расчетов позволили сделать предварительный анализ влияния нагрузки, степени сжатия и состава горючей смеси на параметры рабочего тела в отдельных процессах и на общ , показатели циклов.

Проанализированы также существувдиэ методы математического моделирования рабочих процессов двигателя с зажиганием от искры и отмечены их недостатки.

Исходя из цели настоящих исследовании и анализа состояния вопроса, были поставлены следующие задачи.

1. Па основе предварительных расчетов на ЭВМ цикла карбюраторного двигателя выявить нумный характер изменения степени сжатия по нагрузке.

2. Провести исследования на математической подели с целью выявления предельных возможностей улучшения топливной экономичности оензинового двигателя на частичных нагрузках за счет использования изменяемой степени сжатия и оптимального регулирования угла опережения зажигания и состава горючей смеси, а также получить соответствующие зависимости зтих параметров.

3. Провести эксперименты на моторном стенде с цельв подтверждения результатов теоретического исследования и получения фактических характеристик топливной экономичности на частичных нагрузках.

и. Разработать практические рекомендации по улучшение топливной экономичности карбюраторного двигателя при работе на^фастичных нагрузках за счет возможного использования относительно высоких значений степени сжатия.

Зо второй главе приведены структурный анализ и описание математическое модели, использованной в работе.

Примененный метод расчета процесса сгорания позволяет прогнозировать появление детонации, дает возможность проводить расчетный анализ влияния на характеристики тепловыделения, протекания циклов и оценочные показатели работы двигателя таких факторов как форма камеры сгорания, угол опережения зажигания, состав горючей смеси, нагрузка на двигатель и др.

Наша модель основана на современных представлениях о механизме распространения пламени, учитываются различия в скоростях крупномасштабного и мелкомасатабного пламени в начальной, основной и конечной фазах. Использован новый принцип моделирования характеристик тепловыделения, наиболее полно учитывающий кинетику химических реакций и скорости распространения пламени в различных фазах сгорания, конфигурацию камеры сгорания и текущие параметры состояния газа в различных ее зонах.

Моделирование теплообмена рабочего тела со стенками включает раздельный расчет конвективной и лучистой составляющих, учитывается переменная скорость течения газа в цилиндре, реальная температура стенок деталей и другие факторы.

Моделирование характеристик тепловыделения осуществлялось путем последовательного расчета по малым промежуткам времени прираа'°ний объемных и массовых долей выгорающего заряда.

Метод расчета текущих давлении и температур в цил: дре двигателя основан на использовании 1-го закона термодинамики и состояния рабочего тела, которые записываются в следующем виде: о

Совместным репением этих уравнений находим скорости изменения давления и темпратуры:

el£.= JL (H^J. djt-pdZ\

ctf v ( к Н Н) О)

sLL-L.. (d£-pdl - г Т<Щ.\

Интегрирование уравнении (3) и ('О производится о помощью ЭВМ по малым интервалам изменения угла п.к.в./0,1°п.к.в./

йр^ f Y-Р-, ) dJ

V J/i4[ elf ctfj Щ (5)

л т=_L_ Г'(.Ж^р d¥„r г c{X) clJ>

а/ У (н 7R) Ч (б)

Моделирование потерь тепла а стенки включает раздельный расчет конвективной и лучистой составляющих. При расчете конвективного теплообмена использована известная зависимость Михеева М.А.

/Л/- О, С 2 4 Rz*- Р*'"*-¿с. (7)

¿а = ь]/г f0'e%pL]Sг'-3(8)

Особенностью данного метода моделирования является учет переменности во времени скоростей движения газа относительно стенок надпоркневого пространства. Скорость газа у стенок для процессов сжатия и рассирешш приблизительно аппроксимируются уравнением:

^ - IV*/, [Sla^f -f- 8 Sin с, о f),

где средняя скорость течения газа во впускном клапане.

Скорость струйных течении газа в сечении камеры сгорания у порожка вытеснителя определялась по выражению, полученному из уравнения, неразрывности:

\Л/{и1~ С, {С41 П

Л

I 2 £4

Ч-

А- +<Г

е, (ю)

£г,ит

где^;уг длина порожка вытеснителя; Л - высота щели вытеснителя; (!кр- радиус кривошипа. Б использованной нами модели сделаны уточнения при расчетах температур стенок. С этой целью было проведено тер-момс .'рирование множества точек внутрицилиндров11Х поверхностей двигателя ГАЗ-24 при различных режимах его работы. По данным термометркрования составлено следующее уравнение:

Тск^и + в-^- -Ь Сг/) £ . (И)

1 Лс/^и/ /

Коэффициенты А,В.С имеют свои значения, полученные для

различных поверхностей и приведены в таблице.

Поверхности ! А 1 \ В 1 1 ! С 1

Цилиндр зиз 47,5 0,0075

Днище поршня 380 47,5 0,00167

Крышка цилиндра 357 44 0,0095

Тарелка выпускного

клапана 540 75 0,103

При моделировании процесса сгорания учитывалось наличие трех зон, различных по температуре и происходящим в них про-

цессам: зона горючей смеси, зона турбулентного пламени и зона продуктов сгорания. Кроме того, учитывалось изменение конфигурации камеры сгорания по мере продвижения фронта пламени, в связи с чем введен необходимый расчет геометрии ка' меры сгорания.

Математическая модель детонации в пасем случае включает программу прогнозирования теплового взрыва в очаге детонации и программу расчета распространения детонационных и ударных волн по объему камеры сгорания.

По данной методике проведено моделирование на ЭВМ работы одноцилиндрового двигателя с размерностью цилиндра ЗИЛ-120. Выявлены закономерности влияния па процесс сгорания степени сжатия, нагрузки и состава горючей смеси.

Данные аналитического расчета, проведенного с использованием моделирования процессоз на ЭВМ, указывают на возможность относительных улучпений эффективных показателей двигателя: эффективного КПД на 17-18% и расхода топлива на 15-18,3 на основных для двигателей АТС режимах нагрузок.

3 третьей главе приведено описание экспериментального испытательного стенда, испытуемого двигателя, специального оборудования и приборов для регистрации параметров цикла, а также использованная методика проведения эксперимента. Представлены результаты экспериментов и дано их сравнение с результатами моделирования.

В ходе проведенных испытаний были сняты серии нагрузочных и регулировочных характеристик по составу смеси при стандартной для экспериментального двигателя степени сжатия,равной 6,5 и нескольких повыпенных значениях данного параметра.

Испытания проводились в иироком диапазоне нагрузок и

коэффициентов избытка воздуха при частоте вращения коленчатого вала 1300 об/мин. Изготовленные по нашим чертежам экспериментальные поршни были рассчитаны на получение принятых нами степеней сжатия 7,3; 9,1; 11,1.

Экспериментальный двигатель представлял собой одноцилиндровую установку с размерностью цилиндра ЗИЛ-1Э0. Выбор одноцилиндрового двигателя был обусловлен стремлением по возможности избежать влияния неравномерного распределения горючей смеси и неодинаковости значений углов опережения зажигания по отдельным цилиндрам, что неизбежно для многоцилиндровых двигателей.

На рис.1 показаны графики изменения эффективных показателей двигателя - эффективного расхода топлива и эффективной мощь сти от коэффициента избытка воздуха при значениях степени сжатия 7,3 и ИД и трех значениях нагрузки. В нашей работе было принято оценивать величину нагрузки через коэффициент наполнения.

Из анализа графиков видно,- что на ^зжиме малых нигрузок и повыкенных значениях степени сжатия становится возможным обеднение горючей смеси при бездетонационнои работе двигателя и достижение максимальной при данной степени сжатия мощности и минимального эффективного расхода топлива. Так, при степени сжатия 11,17 и коэффициенте наполнения 0,4, минимальный эффективный расход топлива достигался при коэффициенте избытка воздуха 1,17 тогда как при степени сжатия 7,3 на той же нагрузке минимальный расход топлива имеет место при коэффициенте избытка воздуха 1,12.

На рис.2 показан ряд индикаторных диаграмм, который был получен при работе двигателя на частичном нагрузке при коэффициенте наполнения и различных степенях сжатия. Необхо-12

Рис.1. Зависимость эффективных показателей

двигателя от состава смеси при £ ■ 7,3/°/

и £ = ид/ * /.

1-я,- 0,3 2-^=0,* 3-^= 0,5

Рис. '¿. Ущдикаторнне диаграммы, полученные при работе двигателя аа частичной нагрузке при различных . степенях сжатия: .

I - £ - о,5; 2 -¿»7,3; 3-5 = 9,16;

димо отметить, что при совмещении индикаторных диаграмм серии циклов одного и того же режима, наблюдался некоторый разброс точек на линиях повышения давления и расширения. Поэтому в качестве основной строилась диаграмма, полученная путем осреднения 3-5 диаграмм, снятых на этом режиме. Состав смеси выдерживался постоянным гС - 1,0), изменялась лишь степень сжатия. Для каждой степени сжатия угол опережения зажигания выдерживался наивыгоднейшим.

Из анализа приведенных индикаторных диаграмм следует, что повышение степени сжатия при работе двигателя на заданной частичной нагрузке способствует значительному улучиению протекания процесса сгорания. Это подтверждается увеличением скорости нарастания давления и более ранним достижением величин максимального давления цикла.

Известно, что каждому нагрузочному режиму и степени сжатия соответствует свое значение наивыгоднейнего состава смеси. Изменение экономического состава смеси, обеспечивающее получение минимального эффективного расхода топлива в зависимости от-данных параметров, показано на рис.3. Из анализа протекания показанных кривых хорошо видно, что применительно к данной нагрузке повыиение степени сжатия позволяет работать на более бедных смесях. Например, для степени сжат1и 6,5 изменение нагрузки от 2' = 0,6 до 0,3 вызывало необходимость уменьшать коэффициент избытка воздуха от 1,02 до 0,73, тогда как для степени сжатия ИД такое'изменение нагрузки сопровождается изменением коэффициента избытка воздуха от 1,25 до 0,9*». Таким образом, при степени сжатия ИД значительно расширяется диапазон изменения нагрузки, на котором двигатель работает при коэффициенте избытка воздуха больше 1,С. Полу- ■ ченные данные свидетельствуют, что повыпение степени сжатия

Рис. 3."" Зависимость коэффициента избытка воздуха

от нагрузки при различных значениях степени сжатия:

I - « = 6,5 2 ~£ * 7,32 3 -8 ' 9,16 Ь = 11,17

1о

по выбранной закономерности, в известной мере позволяет компенсировать неизбежное ухудшение процесса сгорания, связанное с дросселированием двигателя. В результате этого на повышенных степенях сжатия для компенсаций ухудшения сгорания необходимость в обогакении горючей смеси существенно уменьшается .

На рис.^ показаны графики изменения удельных расходов топлива от нагрузки при различных степенях сжатия, а также график условного коэффициента К, оценивающего полученный эффект в процентах от применения повышенных значений степени сжатия по сравнению со штатным ее значением для испытуемого двигателя. Штрих-пунктирной линией показаны графики тех же параметров, полученных путем математического моделирования на ЭВМ. Хорошо просматривается тенденция сокращения темпа улучшения топливной экономичности по мере возрастания значений степени сжатия. Так, в диапазоне ^ = 0,3-0,5 величина

снижается на 130 единиц при £ = 7,32 и всего на 50 единиц при £ =11,17. При этом значение К уменьшается от 13 до 7 процентов.

На рис.5 показаны графики протекания эффективного КПД для рассматриваемых £ . Экономичность цикла чувствительно ухудшается при дросселировании двигателя, причем особенно резкое падение наблюдается при малых нагрузках, когда увеличиваются абсолютные и особенно относительные потери тепла в стенки, соответственно уменьшается и активная доля тепла. Однако использование повышенных степеней сжатия на режиме дросселирования двигателя приводит к общему повышению его эф-4ективного ¡ШД. Причем эффект составляет 12-17,» по сравнению с исходной для данного двигателя величиной £ . Штрих-пунктиром здесь также показаны графики, полученные путем модслиро-

г/кВтч

540 500

460

420

380

340

300

\ ;

X \ л «¡У

л

\

ч \

V N

\>о о V

1 —

/Г %

20 16 12 е

о

0,3

0.4

0,5 0.6

0,7

Рис. Изменение удельного эффективного

расхода топлива от нагрузки

I -6 =6,5 2 - ё = 7,32 ' 3 - 6 ■ 9,16 И - 6 = ИД7 К - коэффициент, характеризующий полученный эффект от использования изменяемой степени сжатия ,

1Й

Рис. Ь. Зависимость эффективного КПД от нагрузки

К - коэффициент, характеризуют;« хйлучешшй эффект от использования- изменяемой степени сжатия.

1 . 6 = 6,5* 2 - & = 3 - £ = 9,16 4 - 6 -- 11,17

1.Э

вания на ЭВМ, которые подтверждают приемлемую сходимость расчетных и экспериментальных данных.

Изменение оптимального угла опережения зажигания от нагрузки при стехкометрическом составе горючей смеси показано на рис.6. Как следует из анализа графиков, по мере уменьшения нагрузки угол опережения зажигания увеличивается во всех случаях, но меньший перепад характерен для В = 11,17. При этом наблюдается также использование более бедных смесей /рис.7/.

Поскольку увеличение степени сжатия сопровождается ростом коэффициента избытка воздуха, уменьшением количества смеси поступающей в цилиндр и большим расширением продуктов сгорания, то в результате температура на выхлопе снижается. Изменение температуры выхлопных газов носат ооычный характер: по мере увеличения степени сжатия температура на выхлопе снижается, что сказывается и на оонем понижении теплового состояния двигателя.

На температуру конца сжатия влияют, как известно, одновременно кочичеоттю горячих остаточных газов и изменение баланса энергии при впуске. Первый фактор увеличивает, а второй уменьшает тэмпоратуру расочей смеси в конце сжатия. Очевидно, что результат будет зависеть от силы влияния каждого из этих факторов. В данном случае величина степени сжатия играет решающую роль и предопределяет как давление, так и температуру конца сжатия.

Температура сгорания во многом определяется коэффициентом остаточных газов, который при малых нагрузках может достигать больших значений и обусловливать существенное снижение температуры сгорания. Однако, при повышении степени

сжатия во всех случаях нагрукения наблюдается общий рост 20

40

35 30

25

20 15

10 '

п— - >-Л > I1

. о 2

3

1 т-4

0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 ¿у

Рис. 6. Изменение угла опережения зажигания от нагрузки при стехиометрическом составе смеси

I - в = 6,5 2 - £ = 7,32 3 - <5 = 9,16 4 - € = 11,17

вЛ.к.5

50 45' 40

35

30

25 20

15

/

3 /

л /

Рис. 7.

0,7 0,9 1.1 1,3 с*:

Оптимальные значения угла опережения зажигания в зависимости от состава смеси при постоянной нагрузке

I - 6 =6,5 2 - £ = 7 32 3 - ¿5 = 9,16 4 - е -- 11,17

температуры сгорания. Например, при коэффициенте наполнения для степени сжатия 6,5 температура сгорания равна 2720К, а для степени сжатия 13,2 имеем температуру сгорания, равную

' 2920Й, т.е. возрастание" составило 200К.

%

По результатам экспериментов построены графики общих показателей цикла: индикаторного КПД /рис.8/ и среднего индикаторного давления /рис.9/. Режим дросселирования двигателя характеризуется снижением давления в характерных точках цикла, вследствие чего спадает и среднее индикаторное давление цикла /рур.9/. Из анализа закономерностей протекания индикаторного- КПД следует, что увеличение степени сжатия повышает величина .среднего индикаторного КПД на режиме малых нагрузок примерно на 16> и свидетельствует об общем улучшении теплоиспользован?15 в цикле. Хорошо прослеживается также разница в значении индикаторного ¡ш.д с ростом степени сжатия, что свидетельствует о Лучшей протекании рабочего цикла и целесоооразности повышения" степени сжатия, особенно на режимах работы двигателя с малыми нагрузками. Графические закономерности, полученные путем математического моделирования практически оказались идентичны таковым, полученным экспериментально, расхождение составляет в среднем 7-8/а, что укладывается в допустимые пределы погрешности.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

I. 3 настоящей работе всесторонне рассмотрен метод повышения топливной экономичности карбюраторного двигател , основанный на регулировании степени сжатия в зависимости от нагрузки по предложенной нами закономерности, основополагающим критерием для которой является поддержанием постоянного давления конца сжатия путем направленного изменения ооъема

0,39 0,30

0,37

0,36' 0,35

0,34

0,33 0,32 0,1Т

Рис.

0,3 0,4 8

0,5

/Г ■

■

•

4 Ь

у/у

3

—г» 2

\ --

/ /У

/

' у о

К /

%%

12 8

4

0

0,6 0,7

Изменение индик ирного КПД двигателя от нагрузки при различи ¡х значениях степени сжатия:

I - 8 - 6,5 2 - в ш 7,32 3 - € = 9,16 4 - € = II,17

К - коэффициент, характеризующий полученный эффект с г использования переменной степени сжатия

МПа 0,700

0.650

0,600

0,550

0,5С0 0,450

'C.4U0

0,350 0,300 0,250

0,3 0,4 0,5 0,6 0,7

Рис. 9. Зависимость среднего индикаторного давления от нагрузки при различных значениях степени сжатия:

I - €» 6,5 2 - 6 « 7,32 3 - £= 9,16 4 - <5 = 11,17 '

камеры сюрания, при котором обеспечивается бездетонационное сгорание рабочей смеси во всем диапазоне нагрузок.

2. Известный классический метод термодинамического расчета циклов ДВС основан на ряде существенных допущений, однако при современном уровне технических средств исследования их нельзя считать приемлемыми, поскольку это полностью не выявляет физическую оущность влияния на рабочие процессы многих факторов, в частности, конструктивных и важных оценочных параметров рабочего тела, во многом определяющих истинное протекание рабочих процессов.

3. Разработанный и использованный нами метод математического моделирования исходит из современных представлений о механизме сгорания, тепло- и газообмена, и обеспечивает высокое качество теоретических исследований в области тепловых двигателей, что обеспечизает приемлимую сходимость результатов расчета с результатами экспериментальных исследований .

4.Проведенные на ЭВМ расчеты тепловых циклов ДВС позволили выявить нужную закономерность изменения степени сжатия при дросселировании двигателя, влияния на процесс сгорания нагрузки и состава горючей смеси. Полученные по предварительным расчетам результаты показали, что возможно повышение эффективных и индикаторных показателей двигателя на режимах малых нагрузок на 16$ и более вследствие использования высоких степеней сжатия и обедненных горючих смесей.

5. Экспериментальные исследования подтвердили возможность обеднения горючей смеси при повышенных степенях сжатия и одновременного расширения диапазона устойчивой

раооты двигателя в среднем на 8,* с повышением его эффектив- •

25

них показателей - эффективный КПД возрастает на 13-151 по сравнению со штатной для данного двигателя степенью сжатия.

6. Индикаторные диаграммы, снятые с испытуемого двигателя свидетельствуют, что регулирование степени сжатия при работе на частичных нагрузках способствует улучшению процесса сгорания, вследствие чего наблюдается увеличение скорости нарастания давления по углу поворота коленчатого вала и более раннее достижение максимального давления цикла. Так, при степени сжатия 9,1 оно имеет место при 16°п.к.в. после ВМТ, тогда как при степени сжатия 6,5 - при 23°п.к.в.

7. Регулирование степени сжатия с одновременным обеднением смеси позволяет значительно повысить индикаторный КПД и топливную экономичность двигателя на частичных нагрузках. По результатам стендовых испытаний повышение индикаторного КПД составляет 14-17$ и топливной экономичности на 12-11%.

Основные положения диссертационной работы отражены в следующих опубликованных трудах:

1. Михайлов В.В., Третьяков Д.Н. Повышение эффективности дроссельных циклов двигателей внутреннего сгорания// Материалы Всесоюзного научно-технического семинара. Проблемы экономичности и эксплуатации ДВС в АПК СССР. Вып.З. Саратов: Изд-во Саратов, университета, 1991. -С.20-25.

2. Третьяков Л.Н. Расчетный анализ процесса сжатия в бензиновом двигателе с регулируемой степенью сжатия //Материалы Всесоюзного научно-технического семинара. Проблемы экономичности и эксплуатации ДВС в АПК СНГ. Вып.Саратов: Изд-во Саратов, университета, 1992 -С.65-90.

..с;

3. Третьяков J1.H., Михайлов В.В. Анализ математического моделирования цикла карбюраторного двигателя с переменной степенью сжатия// Материалы межгосударственного научно-технического семинара. Проблемы экономичности и эксплуатации ЛВС в АПК СНГ. Вып. 5. Саратов: Изд-во Саратов, университета, 1993.-С.102-106.

4. Третьяков Ji.H., Михайлов 3.3. Результаты экспериментальных исследований двигателя с регулируемой степенью сжатия// Материалы межгосударственного научно-технического семинара. Проблемы экономичности и эксплуатации ДЗС в АПК СНГ. Вып.6. Саратов: Изд-во Саратов, университета,

Третьяков Леонид Николаевич 'л'фькт;шн0сть дроссельных циклов карбюраторного ДВИГАТЕЛЯ с изменяемой степенью сжатия

Автореферат

Ответственный за выпуск Легошин г.м. Корректор Скворцова Л.А.

1994.

одпиеано и печать 17,03.94

1>ум оберт. Тираж Ю0

Усл. — печ. л

Заказ 71 Бесплатно

1,69(Д ,75) Ум.-.пд. л. 1)6

Формат 60X84 ЫГ>

арагонский государстеннии технический университет 10016 г. Сзратоп, ул. Политехническая, 77

отапрнщ СГТУ, -JKKlHj г. Саратои, ул. Политех ничеекзя, 77