автореферат диссертации по энергетическому, металлургическому и химическому машиностроению, 05.04.02, диссертация на тему:Воспламенение топливовоздушного факела искрой в двигателях внутреннего сгорания

РГ Б У«

1 г дьк ®

1 УФИМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ -АВИАЩЮННЫП ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи

ГАЛИЕВ Радик Ахсанович

ВОСПЛАМЕНЕНИЕ Т0ПЛИВ0В03ДУШН0Г0 ФАКЕЛА ИСКРОЙ В ДВИГАТЕЛЯХ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

Специальность 05.04.02 — Тепловые двигатели

АВТОРЕФЕРАТ диссертации па соискание ученой степепп кандидата технических наук

УФА 1994

Работа выполнена на кафедре «Двигатели внутреннего сгорания» Уфимского государственного авиационного технического университета.

Научный руководитель — доктор технических наук,

профессор Рудой Б. П.

Официальные оппоненты — доктор технических наук,

профессор Шароглазов Б. А., кандидат технических наук, доцент Бакиров Ф. Г.

Ведущее предприятие—Горьковский автомобильный завод.

Защита диссертации состоится «, ^3 » 1994 года

в 14; № часов на заседании диссертационного совета К-063.17.04 по специальности 05.04.02 — тепловые двигатели при Уфимском государственном авиационном техническом университете (450000, г.Уфа, ул. К. Маркса, 12).

С диссертацией можно ознакомиться в технической библиотеке университета.

Ваши отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью учреждения, просим направлять по указанному адресу на имя ученого секретаря диссертационного совета.

Автореферат разослан ». ___1994 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

Смыслов А. М.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Возрастающее производство поршневых двигателей убедительно свидетельствует о том, что двигатели внутреннего сгорания (ДВС) не утратили своего доминирующего положения и являются самым распространенном и' эффективным источником энергии.

Современней этап их развития характеризуется настойчивыми поиск шли путей повышения топливной экономичности и снижения токсичности отработавшее газов (ОГ).

Стремление* к" снижений эксплуатационных расходов топлива за счет использования обедненных топливовоздушных смесей (TBC) (вплоть до качественного регулирования мощности) при поЕшгенншс степенях сжатия (е > 10) приводит к необходимости решения вопросов по обеспечению надежного воспламенения смесей с большим суммарным коэффициентом избытка воздуха.

Обеспечение устойчивого зажигания углеводородных топлив широкого фракционного состава (бензин, керосин и дизельное топливо) позволит реализовать многотопливнуй двигатель, что особенно вакно в условиях ограниченности запасов нефти и постоянном росте еэ потребления.

Цель работы. Теоретическое и экспериментальное исследование воспламенения топливовоздушного факела (ТВФ) электрической искрой при различных весовых соотнесениях воздуха и основных товарных топлив (бензин, керосин и дизельное) для широкого диапазона частот импульсов.

На защиту выносится способ организации надежного воспламенения при впрыске TBC.

Задачи исследования.

1. Установление основных закономерностей процессов смесэоб-

разования и массообмена в ТВФ пневматической системы впрыока с компрессор-форсункой (КФ) с целью определения концентрационных Полей в нем, условий воспламенения и создание математической модели (ММ);

2. Выбор и исследование наиболее рационального геометрического положения свечи зажигания (СЗ) относительна распылителя форсунки при различных частотах врадения приводного вала компрессора . (скоростной реким) и различных цикловых подачах топлива (нагрузочный резким) для обеспечения надежного воспламенения ТВФ пневматической системы впрыска КФ;

3. Исследование влияния -на условия воспламенения различных видов топлива:

4. Исследование условий воспламенешя при впрыске в движущийся с различными скоростями воздушный поток;

5. Создание й експериментальное исследование макетного образца двигателя о пневматической системой впрыска с КФ и искровым воспламенением.

• Научная новизна. Разработана методика расчета динамики и структуры осэоимметричного ТВФ, позволяющая прослеживать превращения последовательно впрыскиваемых порций TBC (нагрев, испарение и т.д.) о учетом пространственной неоднородности факела.

Определено местоположение точки воспламенения импульсной ТВ струи для широкого диапазона частот, соотношений топлива и воздуха, фракционного состава углеводородного топлива.

Впервые показана возможность организации рабочего процесса с впрыском и принудительным зажиганием, обеспечивающим надежное воопламенение на всех скоростных и нагрузочных режимах.

Практическая ценность. Разработанная ММ и программы расчета на ЭВМ позволяют на стадии проектирования осуществлять пойск рационального расйолокения сз относительно распылителя форсунки с

целью обеспечения надежного воспламенения.

Разработан и запатентован рабочий процесс двигателя с непосредственным впрыском и принудительным зажиганием,' обеспечивающий устойчивое воспламенение топлкв широкого фракционного состава на всех скоростных и нагрузочных режимах работы (положительное решение по заявке 4873865/06-101706).

Разработанный рабочий процесс может быть реализован как на транспортных, так и на других двигателях внутреннего сгорания.

Практическая реализация. В настоящее время рабочий процесс о непосредственны?,i впрыском TBC и принудительным зажиганием, обеспечивающий надежное воспламенение во всем диапазоне режимов работы, реализуется в перспективных двигателях ЭМ-42, 3M-346, ОМПД-2, разрабатываемых в НТЦ "ЭкоМотор".

Методы и объекта исследования. В работе использованы теоретические и экспериментальные методы исследования. Расчетные исследования основных закономерностей процессов смесеобразования и массообмена в ТВО с целью определения концентрационных полей в нем и условий воспламенения проводились на ПЭВМ с использованием . - ММ, реализованных в виде - программных ■ модулей в системе имитационного моделирования ЛВС "Альбея4.

Эксперименты'проводились на многоцикловой и одноцикловой модельных установках, а также на двигателе 2СД-М1. Экспериментальный метод использовался для исследования процесса впрыска и вос-. пламенения ТВО пневматической системы впрыска с КФ й оценки достоверности Ш.

Апробация работы. Диссертационная работа доложена и"одобрена на расширенном заседании кафедры "Двигатели внутреннего огорания", Результаты работы докладывались на XVI научно-технической конференции молодых ученых и специалистов (г. Харьков, 1908 г.), на втором Всесоюзном научно-практическом семинаре (г. Владимир, 1991

г.), на Международном семинаре по горению (г, Москва, г. С,- Петербург, 1993 г.).

Публикации. По результатам работы опубликованы тезисы докладов на конференции в Харькове, Владимира (2 доклада), Москве -С.- Петербурге, выпущен отчет о НИ?, получено положительное решение по заявке на изобретение 4373885/03-101706.

Структура и обьем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, вызодов, списка литературы из 80 наименований, в том числе 26 на иностранных языках, приложений, изложена на 130 страницах машинописного текста, содержит 35 рисунков, 7 таблиц.

- ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

. В первой главе обоснована актуальность темы исследования и дан анализ особенностей процесса воспламенения в'бензиновых ДВС с искровым зажиганием.'

В настоящее время можно считать установленным, что обеспечение надежности воспламенения на всех скоростных и нагрузочных режимах работы является составной частью комплекса мероприятий, направленных на усовершенствован^ рабочего процесса бензинового двигателя.

Дросселирование, межцикловая нестабильность, неравномерность распределения смеси по цилиндрам, характерная для многоцилшщро-еых ДВС, неблагоприятно влияют на условия воспламенения. В любом случае, оти факторы снижают пределы эффективного обеднения смеси и значительно увеличивают расход топлива.

Один из основных путей улучшения топливной экономичности карбюраторных двигателей - обеднение ТВО воздухом и (или) рецир-кулируодими ОГ - требует решения комплекса проблем, связанных с ухудшением условий подацганил заряда, снижением скорости сгорания

при одновременном возрастании ее межцикловой нестабильности.

Одним из основных направлений в этой области является создание двигателей (fast и lean burn), работающих не гомогенной, сильно турбулизкрозвяиой обедненной смеси (в том числа, разбав-вленной ОГ) с а > 1,1 при е > 10 и ттеисифицирозанном поджигании ее с помощью различных средств. Общей тенденцией интенсификация искрового разряда является увеличение тока п продолжительности разряда, однако это приводит к усиленной эрозии электродов свечи и повышению нагрузки на силовые элементы систем зажигания.

Другим направлением остается дальнейшее совершенствование двигателей с расслоенным зарядом (Stratified charge engines).

Анализ позволяет сделать следующие вывода:

1. По достигаемому з$фекту и целому ряду других факторов предпочтительным является качественное регулирование с расслоени-нием заряда в цилиндре.

2. Несмотря нз большое число реализованных в опытных конструкциях вариантов расслоения заряда и достигаемое при этом существенное уменьшение удельных расходов топлива на частичных режимах, эти системы, за исключением Texaco Controlled Combustion System, до сих пор не получили пирокого распространения и не были внедрены в серийно выпускаемые ДВС по целому ряду причин.

Следовательно, необходимо теоретическое и экспериментальное исследование рабочего процесса с целью решения проблем, возникающих при организации послойного смесеобразования. И главное-проблемы надежного воспламенения.

В настоящее время есть основание предполагать, что осуществление вдува хорошо подготовленного ТВФ и правильно организованное воспламенение может привести к положительному решению ряда таких серьезных проблем, как улучшение топливной экономичности, снижение токсичности ОГ. многотопливность и холодный пуск.

Сравнительный анализ существующих принципов организации подачи топлива показал, что суцэствувдоэ противоречие между необходимостью в момент зажигания иметь подготовленную ТВС и ограничениями как на продолжительность впрыска, так и на время приготовления смеси в двигателях с расслоением заряда в цилиндре может быть в большой мере разрешено применением пневматической системы впрыска с КФ. Компрессор-фэрсунка характеризуется непосредствен- • ной связью (без запорных элементов) рабочей камеры компрессора с полостью впрыскивания. В этой системе впрыска осуществляется разделение во времени дозирования и нагнетания. Sa счет втого появляется возможность предварительного дробления и испарения капель топлива непосредственно в компрессоре при втекании в него топлива и газа. Система обеспечивает минимальные цикловые подачи топлива » 0,15 мм9 до частот *> 130 Гц с высоким качеством распыла основных видов топлив: дизельного, бензина и керосина.

Указанные доводы предопределили изложенные выше задачи исследования.

Во второй главе на основе анализа моделей, описывающих процессы смесеобразования предлагается ММ расчета пневматической системы впрыска с КФ, работающей во всем диапазоне скоростных и нагрузочных режимов. ММ включает ь себя следующие системы и подсистемы: 1. Система АЛББЕЯ.

Z. Математическая модель расчета ТВФ.

Система МЬБЕЯ - интерактивная (диалоговая) система автоматизированного имитационного моделирования нестационарных газодинамических процессов, протекающих в газовоздушном тракте (ГВТ) комбинированных ДВО. Вазовые модули элементов ГВТ учитывают бол-новой характер газодинамических процессов. В качестве базовых элементов ГВТ система включает следующие прикладные модули - AT-

МОСФЕРА, ШШОДР, КАМЕРА, ТРУБКА, РЕСИВЕР, ТРОЙНИК, ДИАФРАГМА, ОКНО и КЛАПАН.

Система АЛЬБЕЯ позволяет определить давления', температуры и скорости TBC в определенных точках КФ в любой момент времени с учетом возможности изменения геометрии канала, частоты вращения приводного вала и площади проходного сечения дозирухщего киклера.

Расчет ведется по временному шагу дт, сек. Текущее время расчета т согласовано с изменением угла <р ПКВ КФ.

Даннно рпсчэтов с использованием системы "Альбея" являются исходными для расчетов ТВФ пневматической системы впрыска с КО,

МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ (ММ) расчета ТВФ.

Очевидно, что для воспламенения ТВФ искра должна возбуждаться з его наиболее реакционнослособной зоне. Для определения расположения этой зоны была разработана приближенная-ММ.

В ней полагется, что смесь топлива с воздухом в полости компрессор-форсунки гомогенная.

В пневматической системе впрыска с КФ при соотношениях веса распиливаемого топлива к весу воздуха порядка 1 отношение объемов - порядка 100Q. По мере удаления от форсунки, за счет присоединения воздуха к струе, это отношение увеличивается еще в несколько раз. При этом движение капель в струе, в основном, определяется движением воздуха. В, каждый момент времени ТВФ, создаваемый КФ, как свободная двухфазная струя.

В этом случае, струя рассматривается как область в окружающей среде, формирующаяся из отдельных, невзаимодействующих между собой, порций TBC, последовательно.вылетающих с переменной скоростью из распиливающего отверстия форсунки. При этом плотность такой среда принимается в предположении непрерывного распределения массы по осям х и г (рис.1).

Расчет Ездется по временному швгу ¿т, с. Текущее время рас-

Несчетная схема ТВф.

Рис, 1.

чата т согласовано с изменением угла <р поворота вала компрессор-форсунки. Частота .циклов в расчетах изменялась от 16 до 120 Гц.

Вначале производится расчет геометрии и длиш нэиоааревного факела для расчетного ивга лт..

При втом скорость вдоль oclt струи определяется по формула:

■ «пн . ^

ах

Т

1+

0.667

1 +

(1)

ах

где ив1- начальная скорость тошшвовоздушной смэси! ко- начальная концентрация топлива; Ео- радиус начального сечения (рис. 1); х - расстояние от данного сечения до полюса струи: а - опытная константа. Полюсное расстояние переходного сеЧания

1Г 0,Б37 *в + + 3.686 (1+ ив) ) . (Й)

' Угол расширения пограничного слоя внешней границы струи

нП1

а, - а- аго1в [ — ] (3)

В данной Ш нестационарность процесса учитывается законом изменения скорости истечения TBC из распылителя в период впрыска. Поэтому на кавдом временном шаге производится корректировка ТВФ.

Дальнобойность х'ВФ на временном шага дт. рассчитывается по формуле:

Si " Uot . <4>

где uol - начальная скорость TBC на шаге дт.; м с-1,

Ujjj.^- скорость движения фронта ТВФ в рассчитываемом временном шаге (осевая скорость стационарного -факела предыдущего шага на расстоянии S.^), м с-1. Продольное изменение концентрации топлива в факеле для пневматической системы Епрыска с компрессор-форсункой запишется в видег 1

ж - з» --(5)

^ а^х + 1 где а^- константа факела,

и0. ч

—1 - Ч / st • (6)

■ Плотность орошений поперечных сечений аппроксимировалось кривыми нормального распределения в любой момент развития факела

1 2о

Pro = р— в , (7)

у 2я о

где среднее квадратическое отклонение аппроксимирующей функии

о « Rpp/3 (S)

Поперечное изменение концентрации топлива в факеле:'

?го ■ ргох

где P^j- плотность орошения по оси ТВФ.

Количество топлива в элементарном обьемэ dVkj (рис. 1) опре-

деляеюя по формуле!

• '^j * ^ • - (10)

где рх - плотность смеси в сечении х.

Объемная суммарная кривая распределения капель описывается выражением Розина-Рамлора!

' d. п

Б . 1 - ехр [ -[ ) ] , (11)

где S - весовая доля капель с размером це более ;

djjj— наибольший размер капель, общий вес которых 63,2

п - константа, h = 2-4. '

Испарение каплй подчиняется закону Срезневского:

d* --k.tt, = й*.( 1 - vo, (Ш

t v Л v И. Й

к

где Ьк= — - относительная койстанта испарения. . окорооть испарения кашш

а >

dxa ■ did

Ч тс 1С г 2

ITГ IT -VV ' ,<13>

где *и~ время от начала испарения капли до текущего Момента времени," Константа испарения

• К - 4 ш .Bp.Ps / ( pT.g), (14)

гдэ Ps - давление 'насыщенных паров топлива при температуре равновесного испарения! Dp - коэффициент диффузии паров ToWnibaj Nu - число Нуссельта.

В третьей.гдавв описывается порядок проведения численного вкслеримента и его результаты,.

. Геомэтрщеоййв раемеры и параметры! заложенные в расчет, сняты с К®, вйооЛвдстёиэ испытанной йа экспериментальной установке. Частота 1ЩЙ08 Ь расчетах изменялась от 16 до 120 Гц, что

и

соответствует частотам врицавдя вала КФ гНООО - 7000 мин'Ч

Рэвультата расчета ТВФ КФ для Г* 50 Гц (гКЗООО мин-1) пред-оТавлэнн на рис, 2, гдэ показано расвитиз по времени цикла'длшш Давление в полости компрессор-форсунки

0.СС11

О.СОЛ

0.255

0.СС77

О.ОК9 Ъ с

Кинограм?;а впрыска ТВФ

О,ОС!!

0X077

о.ск; . I. с

Концентрационные поля и длла факела

, пк

и

200

13]

100 • 50 11' [11111 7!. Щ-В2.7 к кзХг25'9

0,0011 О.ООЕ 0.0055

Кинограмма горения

0,0077

0,0059 и с

0.0011 О.СОЗЗ 0,0055

йю.2.

0.0077

О.ОЗИ I. с

факела И полей концентрации по коэффициенту избытка воздуха а. (Здесь жэ дополнительно приведены диаграмма давления в полости КФ (расчет "Альбеи"} и кинограммы впрыска и горения ТЗФ.

Анализ результатов численного эксперимента показал, что зона' с наиболее благоприятными условиями воспламенения (а-0,3-1,4) находится вблизи среза сопла форсунки на расстоянии до 10 мм по оси ТБФ и формируется, в основном, во второй половине периода впрыска.

В четвертой главе дается описание пневматической системы Ш. программы проведения исследований условий воспламенения, описание якспериментальных установок и методики проведения экспериментов , а также основные результаты исследований.

Для проведения исследований воспламенения ТВФ пневматической системы впрыска с КФ была спроектирована и изготовлена многоцикловая экспериментальная установка, позволяющая изменять частоту вращения приводного вала форсунки, цикловую подачу, геометрические размеры канала форсунки, в также менять положение СЗ относительно формируемого ТВФ.

На рио. 3 показаны схема экспериментальной установки, Основными элементами установки являются малогабаритный поршневой кош-

Рис. 3.

рессор со степенью сжатия е=4.25, полным объемом ^=1900 мма. Надалу!¡корная полость компрессора соединяется с атмосферой через канал длиной Ь и диаметром Б , на выходе из которого может располагаться распылитель диаметром й. Топливо поступает за счет разрежения в компрессоре через дозирующий жиклер. Коленчатый вал КФ приводится во вращение электродвигателем. Установка снабжена "штатной" системой зажигания М-412. СЗ располагается в поле ТВФ.

Киносъемка впрыска и воспламенения ТВФ производилась скоростной кинокамерой СКС-Ш-16. •

Измерение цикловой подачи осуществлялось по расходу 5 мл топлива за N циклов.

Угол конуса распиливания струи Ф=2а|, определялся по фотографиям струи. Измерение проводилось по касательным, проведенным от соплового отверстия до точки касания с периферийной частью струи на расстоянии 6СЮ.

' ' Воспламенение ТВФ оценивалось визуально и по кадрам скоростной киносьемки. Изменение угла подачи искры (УШ) осуществлялось поворотом корпуса распределителя заметания.

Измерение скорости воздушного потока производилось:

1. Трубкой Пито - V > 13 м/сек;

2. Четырехлопастным ветроприемником (анемометром) - V $ 13 м/сек.

Исследовались параметры канала форсунки: мм, Ь=25 мм и

растлителя (1=0,28 мм.

Определялись диапазоны устойчивого воспламенения по частоте циклов в зависимости от расстояния между СЗ и КФ (рис. 4).

Выяснилось, что импульсный ТВФ, создаваемый компрессор-форсункой, необходимо воспламенять вблизи среза форсунки на расстоянии не более 10 Мм и по возможности ближе к оса факела.

Конструктивным оформлением этого вывода явилась комбинированная компреосор-форсунка-СЕеча зажигания, у которой центральный

П

Г

1 ' 1

1

5,

ш

80 ео

40 20 о'

1 ^ 1 ПЗЗ ■

16 гз бо 65 х, ги 16 гг 50 66 г, Гц Рис, 4.

электрод расположен непосредственно перед срезом форсунки, а роль кассового электрода выполняет сам распылитель (рис. 5),

Г1"" Л.

==3г

■ + ^хУУУУУХ^ , Рас. 5.

Круговые диаграммы с Ш, обеспечивающими надежное воспламенение для различнных частот циклов при впрыске в неподвижную среду, представлены на рио. 6. Максимальный диапазон УПИ, обеспечи-вавдга надежное воспламенение, соответствует бензину, р минимальный - диз. тошшву. Это обьясняется тем, что диз. топливо обладает худами, по сравнению с другими исследуемыми сортами топлива, характеристиками испаряемости. Керосин занимает промежуточное положение .

1В

бЭНЗЙН

керосин

дизельное тогшгзо

диапазон уотойчивйгс 20" воспламенения

мин

1„=О.ОЭ (ЛГ*

п«ч3500 пай" I*--o.es и/

Рис. 6.

Кроме того, наиболее качественный распил наблюдается яря йпрыскэ бензина, а худшио показатели распада у даз, топлива. Это такжа определяет испаряемость юплйв и, ссотеатотввино, условия' воспламенения.

Кшограыма процессов* игры ска к горзния Ш (бэйзяа) для £=50 Й5» позволяйте йрослэдаь динамику развития факела и момент ш-

ie

дачи искры, обеспечивающий устойчивое воспламенение, представлены на рис, 2.

При исследовании влияния скорости воздушного потока (скорость изменялась от О до 50 м с-1) на пределы воспламеняемости топливо-воздушной струи было установлено, что существует определенный интервал скорости воздушного потока, равный 5...8 м с1, при котором наблюдается расширение зоны воспламенения, что, по-видимому, обуславливется двумя противоположно действующими факторами: с одной стороны изменение обьема TBC, взаимодействующего с разрядом, е с другой - изменение поверхности теплоотдачи. Увеличение скорости потока свыше 8 м с-1' ухудшает условия воспламенения.

Если распылитель и электрод свечи поместить в небольшую предкамеру (V = 2000 мм8), влияние скоростного потока на воспламенение становится незначительным. -

Следующим втапом экспериментальных исследований является отработка воспламенения ТВФ на одноцикловой экспериментальной установке - "бомбе" - физической модели камеры сгорания с визуализацией хода происходящего процесса.

Основными злементами экспериментальной ' установки являются камера сгорания (КС) цилиндрической формы постоянного обьема (диаметр 80 мм и высота 22 мм), на образующей поверхности кото-ой имеется ряд отверстий для установки СЗ, одноцикловой форсунки, датчика давления. Торцовые стенки КС, изготовленные из оптического стекла, позволяют вести скоростную юшосьемху процессов.

К КС через тангенциальный канал, на конце которого установлен лепестковый клапан, подсоединена ударная труба.

Использование ударной трубы, соединенной тангенциальным каналом с КС. позволяет организовать импульсное вихревое движение воздуха в ней.

Одаоцикловая форсунка формирует импульсную топливовоздушную

струю с параметрами: время впрыска - Лт^ = 0.03 с, геометрические пзрвмэтры факела — дальнобойность 1<=720-740 мм и угол распила ф=28 Град,, цикловые дозы топлива - Оц в диапазоне 3-8 мм*.

Средний диаметр капель составил < 71 мкм.

На "бомбе" была проверена надежность воспламенения при переменных цикловых подачах (<3Ц = 3...8 мм3). Было установлено, что при стандартной сЕече зажигания (А20Д1)происходит 24-27 зосгсламз-неяий на 30 впрысков (вероятность - 80-90 %). Для компрессор-форсунки-свечи зажигания вероятность воспламенений составила 100*2.

В ходе исследований были определены пределы надежного воспламенения (табл.) по моменту подачи искры для циклоэкх подач Оц » 3, 5, 8 мма при давлении воздуха в "бомбе" Р » 1ООСОО-500000 Па и комнатной температуре.

Таблица.

В таблице представлены круговые диаграммы фаз впрыска (от положения . поршня в ШТ, соответствующего максимальному обьему компрессора, до ВМТ, соответсвушего минимальному обьему) и фаз моментов подачи искры (в град.), обеспечивающих устойчивое зажигание ТВФ.

В етой же главе оценивается погрешность результатов экспериментального исследования.

Результаты определения погрешностей измеряемых величин, Полученные при надежности aN= 0,95 и коэффициенте Стьюдента погрешности измерений tam)= 4,.303, не превышают допустимых по ГОСТ 14846-81.

В конце главы был сделан вывод о принципиальной возможности организации рабочего процесса с впрыском TBC и надежным воспламенением. Предварительная подготовка TBC. в КФ и модифицированная свеча зажигания (комбинированная компрессор-форсунка-свеча зажигания) позволяют реализовать такой рабочий процесс с расслоением заряда.

На двигатель внутреннего сгораний с таким рабочим процессом получено положительное решение по заявке 4873886/06-101706.

В пятой главе дается, анализ достоверности математической модели расчета пневматической системы впрыска с КФ, работающей во всем диапазоне скоростных и нагрузочных режимов.

. точность полученных результатов (рис. 2) оценивалась:

1. Сравнением расчетных и экспериментальных кривых давления в полости компрессора.

Расхождение составило ~ ЮЖ.

2. Сравнением угла распыла и расстояний, проходимых вершиной ТВФ на каждом расчетном шаге с экспериментальными данными, снятыми с кадров скоростной кинорегистрации впрыска топлива.

Погрешность вычисления угла распыла составила 3.6$.

Погрешность вычисления длины ТВФ составила 6.5% (коэффициент согласования % составил 0.535).

3. Точность расчетов тепло- и массообмена в ТВФ пневматической системы впрыска с компрессор-форсункой определили косвенно, сравнивая временные концентрационные поля в ТВФ, скоростную кинограмму горения (рис. 2) и диаграмму УШ для обеспечения надежного воспламенения (рис. 6). Учитывая, что концентрационные пределы по а при атмосферном давлении и температуре находятся в диапазона 0,3...1,4, видим, что достижение на срезе Ф расчетного а = 1,4 соответствует ср = 45 град. ПКВ после ВМТ, а начало горения на кадрах кинорегистрации и угол подачи искры на диаграмме . соответствуют ф * 50 град. ПКВ после ВМ7 при п =• 3000 мин-^.

Количественная оценка составляющей этой погрешности представляется некорректной. Поэтому условием достоверности ММ посчитали ее удовлетворение критерию практики. При этом требование критерия практики - это не только соответствие полученных резуль-. результатов прямому эксперименту, но и то, что полученные с помощью модели результаты способствовали организации надежного воспламенения при впрыске TBC.

В конце главы приведены результаты иссладоваания работы комбинированной компрессор-форсунки-свечи зажигания в составе ДВС.

Эксперименты проводились на стационарном двухтактном двигателе 2СД-М1 рабочим объемом 123 см3 и степенью сжатия 6,8. Двигатель оснащен комбинированной компрессор-форсункой-свечой зажигания, привод плунжера которой осуществляется от кулачкового вала, связанного цепной передачей с коленчатым валом двигателя.

Анализ надежности воспламенения оценивалась сравнением индикаторных диаграмм серийного двигателя 2СД-М1 и двигателя с комбинированной компрессор-форсункой-свечой зажигания (рис. 7).

Эксперименты показали, что в двигателе "штатного'' ксполне-

Индикаторная диаграмма

серийного ДЕС

• •) • Н}

I ■ !

з i

модернизированного ДВО

.rt^i-.M.i.i— .1 .^vi.-«¡.im,«.j.Vä,'¿ssSji

Eue, 7

ния. т.е. с карбюратором, при работе на холостом ходе и малых нагрузках для каждого второго рабочего цикла наблюдаются пропуски воспламенения.

Для комбинированной компрессор-фэрсунки-свечи зажигания пропусков не наблюдается, что говорит о повышении надежности воспла-. менения.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Качественное, регулирование в ДВС с искровым важиганием. является вахнейяшм средством улучшения экономических показателей. При этом, по достигаемому эффекту и целому ряду других факторов, предпочтительным является качественное регулирование с расслоением заряда в цилиндре.

Основной проблемой при организации такого рабочего процесса является проблема надежного воспламенения.

2. Существующее противоречие между необходимостью в момент зажигания иметь подготовленную TBC и ограничениями как на продолжительность впрыска, так и на время приготовления смеси в ДВС с расслоением заряда в цилиндре может быть в большой мере разрешено применением пневматической системы впрыска с КФ, характеризуадей-

оя непосредственной овязью (без запорных элементов) PK компрессора о полостью впрыскивания, где осуществляется разделение во времени дозирования и нагнетания. За счет этого появляется возможность предварительного дробления и испарения капель топлива непосредственно в компрессоре при втекании в него топлива и газа. Такая система впрыска обеспечивает минимальные цикловые подачи топлива » 0,15 мм" до частот » 130 Гц с высоким качеством распыла основных видов топлив: дизельного, бензина и керосина.-

3. Разработана математическая модель расчета пневматической системы впрыска с КФ и программное обеспечение для ЭВМ, позволя»}-щее решить следующие задачи: определить в любой момент времени геометрические параметры ТЗФ, макрораспределение топлива в нем, долю испарившегося топлива, концентрационные поля по а в объеме ТВФ и оценить условия воспламенения.

4. В результате численных и натурных экспериментов установлено:

- что при впрыске в широком диапазоне начального гомогенного состава TBC в рабочей полости КФ существует определенный про-промежуток времени, в котором вблизи среза распылителя смесь имеет оптимальный состав для воспламенения (для исследованных пара-ров канала форсунки: D=2,Ö мм, L=25 мм и распылителя d=0,28 мм, зона с наиболее благоприятными условиями воспламенения находится на расстоянии до 10 мм по оси ТВФ от сопла и формируется, в основном, во второй половине периода впрыскивания);

- эксперименты на одноцикловой и многоцикловой установках подтвердили возможность в исследованном диапазоне устойчивого 100% воспламенения ТВФ при правильном моменте подачи искры;

- для расширения устойчивого воспламенения ТВФ при наличия боковой скорости среда целесообразно создавать специальную предкамеру.

Б, Компрессор-форсунка-свеча зажигания обеспечивает надежное вооплатнояхо во всем диапазоне скоростных и нагрузочных режимов основных видов топлив ДВС: бензина, керосина и дизельного.

.6. В ходе исследований показана принципиальная возможность организации рабочего процесса с впрыском TBC и надежным воспламенением. Комбинированная компрессор-форсунка-свеча зажигания на двигателе 2СД-М1 обеспечивает 100$ воспламенение TBC на режимах холостого хода и малых нагрузок по сравнению с 50% на "штатном" ДВС.

На двигатель внутреннего сгорания о таким рабочим процессом получено положительное решение по заявке 4873886/06-101706.

Основное содержание диссертации опубликовано в работах:

1. Экспериментальный двигатель с ПДП/ P.A. Галиев, Р.Х. Зайнуллин. Тезисы доклада на XVI научно-технической конференции молодых ученых и специалистов.- Харьков, 1988.- с. 97.

2. Отчет о научно-исследовательской работе "Улучшение пусковых качеств двигателей бензопил" Уфимского авиационного института ПО "Машзавод им. Ф.Э. Дзержинского / Б.П. Рудой, P.A. Галиев, Н.В. РУдая, С.А. Багайко. - Уфа, 1990,- 140 с.

3. Искровое воспламенение топливовоздушного факела / В.П. Рудой, P.A. Галиев. Тезисы доклада на втором всесоюзном научно - практическом семинаре "Совершенствование мощностннх, экономических и экологических показателей ДВС".- Владимир, 1991.- с. 10-11.

4. The air-fuel Jet Inflammation. R.A. Gallet, B.P. Rudoy. Abstract. Internal conference on combustion.- К., St.-P., 1993.-

p. TQ„