автореферат диссертации по энергетическому, металлургическому и химическому машиностроению, 05.04.02, диссертация на тему:Закономерности процесса сгорания топливно-врздушного заряда в среде двух разнонаправленных вихревых потоков, образуемых в камере сгорания бензинового двигателя

АЗЕРБАЙДЖАНСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ НЕФТЯНАЯ АКАДЕМИЯ

Г*

Г> На правах рукописи

** о а

О

ДЖАФАРОВ ЭЛЬШАН АЯЗ оглы

ЗАКОНОМЕРНОСТИ ПРОЦЕССА СГОРАНИЯ ТОПЛИВО-ВОЗДУШНОГО ЗАРЯДА В СРЕДЕ ДВУХ РАЗНОНАПРАВЛЕННЫХ ВИХРЕВЫХ ПОТОКОВ, ОБРАЗУЕМЫХ В КАМЕРЕ СГОРАНИЯ БЕНЗИНОВОГО

ДВИГАТЕЛЯ

Специальность 05.04.02. — тепловые двигатели

АВТОРЕФЕРАТ Диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

ВАКУ - ШЗ

Работа выполнена в Азербайджанском техническом университете.

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор Р. И. ЛШХТИЕВ.

Научный консультант: кандидат технических паук, доцент 3. X. КЕРИМОВ.

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор 3. Н. ЭМИНБЕИЛИ (г. Гянджа),

кандидат технических наук, доцент Э. М. ГАРАДАГИ (г. Баку). Ведущее предприятие — Бакинский автомобильный завод.

на заседании специализированного совета Н. 054.02.01 при Азербайджанской государственной нефтяной академии по адресу: 370601, г.Баку, проспект Азадлыг, 20.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Азербайджанской государственной нефтяной академии.

Отзывы на автореферат в 2-х экз., заверенные гербовой печатью, просим направлять в адрес специализированного совета.

Защита состоится

1993 г.

Ученый секретарь специализированного совета кандидат технических наук

АГАМАЛИЕВ М. М.

орд ля хлшптгрпсгкка работы

Астуальиость нсследова.'ддя. Экономия топливных ресурсов и усло-,иях истоцения естественных природных запасов и необходимость сох-чшения экологического ра8нсз?см8 при возрастающих объемах перево-ок автомобильном транспортом ставят в число важнейших задач проб-:ему совершенствования автемобпльних двигателей в направлении повы-нния их топливной экономичности И СНИЖ1ШЯ токсичности. Большую 'асть ЛВС логгаыос, автомобилей составляет бензиновые двигатели с ¡иесшм о/есеоСрнасгтием. Олнкм из фундаментальных направлений по-•тагния их тошаюисй экономичности и сокращения токсичных компонентов ОГ является улучшение динамики процесса сгорания. Вихревое дви-юние 1! турбулентность в цилиндре двигателя играют вахную роль при 'Лтимизацки динамики сгорания. Этим определяется актуальность ¡¡ас-0Я131Х исследований, которые направлены для определения закономер-ооти и эффективности процесса выгорания заряда в среде встречных пхревыл потоков.

Работа является составной частью исследований, проводимых ка-едрой "ЛВС и холодильные машины" ДзТУ совместно с Волжким автоио-ильным заводом.

Цель н задачи кссдадовазгкя. Целью настоящей работы является азработка научной основы новой ¡самеры сгорания (КС) бензинового лигателя,предложенной в АзТУ, которая предусматривает образование ее полости двух разнонаправленных осевых вихрей в течение тагаа зкатия. и ускорение их вращения в начале процесса сгорания с помокли акела горящих газов, истекавших из предкамеры - турбулизаторэ.

Поставлены и решены следующие задачи:

1. Изучение закономерностей процесса сгорания с помощью физи-еской модели предложенной КС в зависимости от скорости вращения азноналравленных вихревых потоков, от состава топливо-воз душой меси, а так но выявление роли предкамеры - турбудизатора в органи-адаи процесса сгорания в данной КС. *

2. Уточнение, по анализам результатов на физической модели, магматического аппарата, ранее разработанного в АзТУ на базе модели урбулентного выгорания смеси, проведение вычислительных зкепери-ентов по определению влияюадх факторов на показатели рабочего про-есса и выбор оптимальных конструктивных размеров КС.

3. Экспериментальное исследование на одноцилиндровом и полноразмерном двигателях с целью определения технико-экономических и токсических показателей с предложенной КС при карбюраторном смесеобразовании.

4. Разработка прагаических рекомендаций по применению предложенной КС в серийных двигателях.

Научная новизна заключается :

а) в установлении взаимосвязи между скоростями вращения встречных вихревых потоков, турбулентности среды и выгорания топливо-воздушного заряда;

б) в разработке оригинальной методики расчета процесса сгорания, учитывающей влияние скорости вращения вихревых потоков и конструктивных соотношений исследуемой КС,

б) в научном обосновании влияния степени закрутки заряда и тур-Сулизирующего эффекта предкамеры на мощностные и экономические показатели двигателя, возможности существенного улучшения его показателей и уменьшения токсичности ОГ при организации процесса сгорания в среде двух встречных вихревых потоков.

Методы исследования. Поставленная цель достигнута анализом предшествующих работ, проведением теоретических исследований на безмоторной и моторных (одноцилиндровой и полноразмерной) установках, оснащенных современным оборудованием и измерительной аппаратурой.

Пра!сткчес1сая реализация. Результаты, полученные в ходе исследований особенностей процесса сгорании в среде встречных вихревых потоков; используются в АзТУ при чтении курсов "Теория ДВС" студента,« специальности "Двигатели внутренного сгорания". Созданная безмоторная установка внедрена при проведении лабораторных занятий по тому хг курсу для изучения закономерностей процесса сгорания в среде двух разнонаправленных вихревых потоков.

Некоторые результаты выполненной работы переданы Волжскому автомобильному заводу для использования.

Аякйшцет работ и. Основные положения работы докладывались на научных конференциях АзТУ а 1989 -1993 г., на XIII к XIV республиканских научных конференциях аспирантов вузов Азербайджана в 1990 -92 г. , на республиканской научной конференции по вопросам экологии в 1992 р. в г. Баку, на втором Бакинском международном симпозиуме

"Энергия, Экология, Энергетика" в 1993 г.

*

Пубдясация. По материалам исследований опубликовано 4 статьи и выпукен один отчет о НИ?.

З&еу работы Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов, списка использованной литературы и приложений, содержит 99 стр. основного текста, 47 стр. рисунков и таблиц. Библиография включает 103 наименований, в т. ч. 38 на иностранном языке.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе проведен критический анализ способов интенсификации процесса сгорания топливовоздуиной смеси, современнного состояния моделирования процессов турбулентного горения и его придоже-яий к описанию процессов в бензиновых двигателях.

Рассмотрены основные проблемы, возникающие при создании рабочих троцессов на закрученных потоках, а также проблема устойчивого вое-1Ламенения и сгорания. Отмечено, что при усовершенствовании рабоче-"о процесса бензиновых двигателей газодинамическое состояние заряда I цилиндре играет Еахнут рол». Последнее потвервдается все более шроким применением различных средств создания вихря при разработке :овых и модернизации оушгетвувшда конструкций серийных двигателей.

Путем критического анализа известных схем осуществления рабоче-о процесса на закрученных потоках, установлено, что наиболее прос-ым и легко осуществляемым является предложенный в АзТУ способ, ко-орый предусматривает образование в полости КС'двух разнонаправлен-ых осевых вихрей в течении такта сжатия и ускорения процесса сго-ания с помошью факела горящих газов, истекающих из предкамеры -/рбулизатора.

Однако, еще не установлены закономерности процесса сгорания зада в среде двух вихревых потоков и поэтому не выявлены возможнос-! данного способа организации рабочего процесса в улучшении пока-

зателой двигателя. В связи с этим, определены цель и задачи настоя в,его исследования.

Во второй глава приводится описание беомоюрноЛ установи ("бомбы") для экспериментального последовашш процесса сгорания : среде двух разнонаправленных вихревых потоков, ее измерительны; систем, излонены результата выполненных на установке эксперимен таяьных исследований слияния скорости вращения ьстречних вихреви; потеков н роли турбулизатора в организации процесса сгорания.

Для создания осени;; вихрей 'Б модели КС предусмотрены два про полтора, скорость вращения которых управлялась изменением напряж-кия б электрической цепи электродвигателя постоянного токл.

С помощью осциллографа с ганошнаяиуш экраном определялись характерные. показатели процесса сгорании, таких - "задержи" подъема давления газов;'Г; - продолмггельиссть основного процесса сгорания; Т^д - ебщдя продолжительность сгораниямаксимальное давление сгорания¡дРДт -скорость нарастания давления газсп. „

Опытами установлено, что при увеличении стрости вращения вихревых потоков до 2500г2800 шн'существенно сокращаются перко, формирования начального отага*^ к основной период видимого сгорания пропано-воздушной смеси, состав которой поддерживался ] пределах с/_ - 1-2 (рис.1). Увеличивались такмэ скорость нарастали: &РЛйТи максимальное аиачешге'давления сгорания Япвд. Дальнейшее ув; личение сопровождалось уменьшением дРдТи&пад, что объяснялось ш явлением тущущего "эффекта" чрезмерной турбулентности (переинтенсификацией закрутки). Опыти, проводима с применением турбулизатора, потвердшш возшадость дополнительного улучшения показателей процесса сгорания горючей смеси (особенно обедненной) путем ускореииз турбулентности заряда за счет газодинамического напора горящих газов, истекающих из непродуваешй форкамеры-турбулизатора.

Экспериментами установлена еавнеишеть пульсацконноД скорост; турбулентности и'от частоти вращения вихревых потоков п^ (О^ )в ел; чае отсутствия турбулизатора в КС, которая описывается многочленом:

и = 0,022+0,46-102 и)4+025-1- 0,65"- Ю-<4 (1)

Найденная эмпирическая зависимость использована при штешти-ческой моделировании процесса сгорания в исследуемой КС.

%

мс 12 10

!? е ч 1 о

'та*! Гор «¡0

НО 12.0 10.6 ».О 6.0 4,0

V

\ Тх д

7\

/ *

___

•

\ - • ------ --------- .......

Т-41 \

- — \

|

*Г

—

/У

/ \| ,/

/ & птах

а 1

---- а

ъ,.

1.2

10

8 е ч 1 о

МС

Ъар/мс

\г 10 8 £ Ч

500 то иоа гооо гвоо зооо 3500

Ов, г—'1

> мин

Рис. 1 Зависимость траметррв процесса сгорания от частоты вращения вихревого потока п4, \ 1-КС с турбулизатором;2-КС Сеё турбулизатора (смесь С,Н,+ водух,Ы-1,2 ', Ро - 3 Оар).

' В трзтьеЯ глазе приведены методика мате:,этического эксперимента по улучшению показателей рабочего процесса двигателя с- вихревой камерой сгорания. Выведена аналитическая зависимость скорости вращения вихря от размеров вутеснительных канавок - основного источника образования двух встречных вихревых потоков в процессе сжатия. При этом предпологалось» что вихревой поток подчиняется закону вращения твердого цилиндрического тела вокруг своей оси. Угловая скорость вращения цилиндрического тела с радиусом Р определяется:

J сИ^ЛИ. -ЖЫ , ' ' (2)

где, Л»пйа/2 - момент инерции цилиндрического тела относительно его оси; и - масса цилиндрического тела; Ь -' вреия-ДМ - момент внешних сил, действующих на тело вралдания..

Газовый напор заряда, вытесняемого в полость КС из вытеснитель-ной канавки вычислялся по формуле

"-1 9 1 &

Ру « Рвьгг Р [(1+ —;---Ко - ) - 13 БШ^Й , (3)

к Р 2

где, Гвш- площадь верхней стенки выгеснительной канавки;Р -текуче давление в' цилиндре; - угол наклона вытеиштельной канавки; к - показатель адиабаты; Из - скорость выталкивания газа поршнем в осевом направлении к поверхности вшеснителыюй канавки.

. Дэполнкгедьное воздействие для ускорения врадения вихрей оказывает- факел г-орящих газов; исгекайщде из турбулизатора. Сушарная угловая скорость при этом вычислялась как:

. _ . + ВД/^. (4)

где, № ~ дополнительный момзнт импульса сил факела горящих газов; Мв - угловой момент вихря.

Этимя уравнениями установлена аналитическая взаимосвязь между размерами вытеснителыш канавок и скорость» врапрния вихревого потока. •'. ••

Остальная часть методики вычислительного эксперимента базируется на ранее разработанную в'АзТУ математическую модель для расчета процесса сгорания з бензиновых двигателях, которая основана на концепции ИХЗ АН России с турбулентном выгорании топливовоздушной смеси в замкнутой объеме.

Матеигткческая модель предусматривав« расчет параметров впутрп-¡П!Л1:ндр01;у.-: процессов путем численного решения лкй^Р&нцкзгьЕых урозпозпя I згтена термодинамика, состоянии рабочего тела (вдеаль-.чего газе) в о2-ТП;е;!>.ке?я от перемещения порвал.

Оумиэдкй но8$фициевх теплоотдачи определяется эмпирическим уравнением вгйодеюш для двигателей с кскровкм заг-шганкем.

Скорость аугоргнш скеси (старость роста объема продуктов сго-ргнкя) определяется по шлуэьжричесгсим формулам Е П. Карпова, ксго-ркэ ограгзвг га: зокжшзе?*. о? <*нзг.::а-хю.гичс-с!::1х параметров горпчея с.мсси и гурбулгагкосг» в КО, а ямзшго:

з) при пскровс.м к§хаш*гкэ распространения. пламени

итз - :ь I- Л/2 Кр и'- 0,17 10)(.х/)2,- (5)

где» 1)п - аормтря распространения шгэкзди;

Кр -";ип и£ {И1/'¿яТ'- коэМгщпонт корреляции к£аэязшг.92зсй зздоешэтя Цгв - Г (У');г;| - ?аээ-*эди«гг геьязратуропрозодгиет:: горючей сг?си; и'- дозедтг лульеацковкаа'скороем> турбулгигсо-ги; I* - шп-згральзыЗ маеггаб турбулеаыогти.

б) при форкздаряо-^аиолько« кехеакзкэ распространения пламени (в нагэм случаз пря лэ.чнчки турбулкзатора з КС)

и?в - л ¿ах-г7 II ) (б)

"Лэ, игвглх н ¡.¿зх- !.:а!:с::!.,аП)Ное значение- скорости выгорания и 1угьсац;:онкая скорость «урбулектности в КО в .Иомэлт истечения горя-зос газов г;,? зурбулизатора, соотвегствеяао; С - интегральный масштаб турбулентности (принимается разним нкетру соплового канала, '.е. С - &.}; Я? - текупзз «рейв, стсчитываеже с качала истечения ■оряЕЖ газов из турбулязгтеуз: А «0,15 - коэффициент пропордао-1альр.ости.

Мм»иг юзЕггкогэпгя дзтошдаи определяется выражением Дауда и

Ейза, полученных для эталонных топлив с 04=80-90.

Для расчета динамики образования оксида азота N0 в процессе сгорания и расширения используются кинетическое уравнение Лавойе, выведенное на основе механизма образования N0 по Я Б. Зельдовичу:

d кц г - (1 -3Z) Ri р __ . - <- + R4) - , (7)

6 n R1/(R2+R3)+1 8,315 Т М

При расчете N0 местные температурные градиенты в направлении распространения фронта пламени, которые имеет место под • действием "Махе эффекта", учитывается путем разделении полости КС на ряд расчетных элементов. Близкое совпадение экспериментальных к расчетных данных по выходу N0 имело место при разделении КС ■ на 9 расчетных элементов, которое хорошо согласуются с данными ЫАДИ и ранними результатами АзТУ.

По разработанной методике составлена расчетная программа на языке "FORTRAN - IV" - для реализации.ее на персональном компьютере IBM - AT - 286. Исходными параметрами для расчета являлись конструктивные (£, Vh,VT,d , конструктивные соотношения вытесиитель-ных канавок, форма КС ), режимные( n,tVic(,B ) параметры двигателя, химический состав и октановое число применяемого топлива.

В четвертой глава 'приведены результаты вычислительного эксперимента по выявлению эффективности применения исследуемой КС. Правде чем провести вычислительные "эксперименты", определялась адекватность утечненного математического аппарата путем проведения экспериментов на специально созданной одноцилиндровой установке ( ОЦУ ) отсека 4-цилиндрового двигателя ЗШ-4021.10. Проверка осуществлялась путем сравнения расчетных индикаторных диаграмм с экспериментальными, снятыми с Помощью пьезскварцевого электронного индикатора РМ -4 фирмы RFT (рис.2 ). Так как при искровом зажигании имеет место широкий разброс межцикловой нестабильности, для сравнения в память компьютера было заложено усредненое значение функции Р - f(У) ( см. рис. 2.6.), определяемое путем обработки экспериментальных индикаторных диаграмм.

Клизкое совпадение экспериментальных и расчетных данных свиде-

параметры К пж.ё. п.к.о. Р, МПа \ Р. МПа гЛйгг

расчетные 4,6? 52 3,69 0,045 1139 0,311 1СЧ

ЗКСПбриментам 5 Л 35 ЗЛ1 0,0% юв СЛ9? 17о

пог.реш-носто,% 7/2 3,0 о, с 4,9 ч.? 1,1

р,

МПа

6.00

5.50 5.00 4.50 4.00 3.50 3.00 2.50 2.00 1.50 1.00 0.50 0.00

ра«

эксп.

-180 -140 -100 -60

.К^кы^г^ «I ^'Ш'г«, («ЗА «¡¿аки

йз га га еа т тага сз

. ь)

60 100 _ 140 180

20®ЯТ20

а)

Рио. 2 Сравнение расчетной и экспериментальной ди-•атрамм, снятых при п - 2000 та , ©с. - 0,78, 9-12 и полностью открытом дросселе ( ¿„-0,817), £,-9.6 , топливо 66 X Ай-93 + 342 йооктанХОЧ-ео)

тельствует о достаточной адекватности разработанного математического аппарата и пригодности использования его для исследования рабочего процесса двигателя.

С помощью расчетов определялись оптимальные конструктивные соотношения вытеснительных канавок, как основного источника встречных вихревых потоков, при которых значения скорости вращения вихревых потоков, а также степени турбулентности в цилиндре находятся в допустимых пределах на широком диапазоне скоростного режима работы двигателя. Установлено, что оптимальными, с точки эревия обеспечения максимально допустимого значения степени турбулентности заряда конструктивными соотношениями вытеснительных канавок являются : Рек/Тп - 0,18 - отношение плошдди поверхности вытеснительных канавок к ПЛ01У&ДИ поршня, Р »1Г 19' - угол наклона вытеснительных канавок (рис.3). Расчетами показано, что дополнительный импульс напора горящих газов, истекающих ив турбулизатора в тангенциальном направлении к окружностям сдвоенных вихревых потоков, лищь незначительно меняет значения скорости вращения вихревых потоков и пулеационной скорости турбулентности (на рис. 3 импульс воздействия турбулизатора показан ступенкой в конце кривых пй и и'). Это указывает на то, что в данном случае турбулизатор играет роль не столько как завихрите ль,. а сколько как "источник" образования в КС зоны повышенной турбулентности (или "турбулентного ядра") в результате струйного истечения газов из турбулизатора, как это имеет место при осуществлении форкамерно - факельного механизма организации процесса сгорания.

Одной из целей вычислительного эксперимента являлась также определение эффективности расматриваемой КС при наличии и отсутствии турбулизатора в ней. .

Вычислительные эксперименты показали, что с увеличением конструктивных соотношений вытеснительных канавок все фазы сгорания сокращаются" при обоих способах организации процесса сгорания, при этом параметры процесса сгорания, такие как максимальное значение давления и температуры при КС с турбулизатором обладает повышенными значениями ( рис. 4), что говорит о росте скорости сгорания. При организации процесса сгорания с турбулизатором индикаторные показатели заметно улучшаются.

Увеличение скорости процесса сгорания при интенсификации ско-

и\

м/с

8МТ

Рис.3 Зависимость скорости вращения вихревых

потоков п4 и пудьсадионной скорости тур-

о

булентности и от угла п. к. в. У при различных скоростных режимах двигателя, Рв. к /Рп -0.18 , Р -11е 19'

Оргакиюимя рабочего проиессо Параметры прси.ессо чср. Иидккатсрнье лсч>з

гроЗ % г раь е. М1Ь «лГ т •г К «« «чи1 та А/, 9» г г; /К? %

е турЕ^лаЗат. 1.1 г 29 п ч,сч с,сс гщ ШП /м а'

Л7црТълт. VI 23 п г, с*, 2С62 ¿гса 1, ол е//

№ ррл>.

ЛЧ

4т . — —

!

- А

Л

1 1

- «С ссг С Л? "ез улс а. шз -

/

/

/ \

/ \

/ \

/ V

у Ч

«0 - « - м - а - 0 0. 1 ¡0 1 0 V

Ч>*. п.к.1.

Рис. 4 Зависимости давления газов в цилиндре Р, скорости выгорания горшей смеси Цтв, содержания оксида азота N0 от угла п. к. в.

п -2000 мин"', с*-1,2 , в -И\ ¿у-0.817 >в.к /Га -.0,18 , ^-11е 19'

сти встречных вихревых потоков обусловливает увеличение темпера-ры газов, сгорающих в первую очередь. Благодаря этому концентра-я N0 з ОГ двигателя при прочих равных условиях становится боль-й. '

Анализ результатов серии вычислительных экспериментов проводи-сь с целью определения влияния .на показатели рабочего процесса и ксичйости ОГ двигателя угл& опережения зажигания при различных всобах организации процесса сгорания (см. рис. 5),

Из рис.5 видно, что.с увеличением угла опережения зажигания до' (тямальной величины (£>0л), улучшаются технико - экономические податели (3;,РО, одновременно с этим ухудшаются экологические ха-«териетики двигателя - растет концентрация НО в ОГ. Последний свя-ш с тем, что при повышенных'значениях бон имеет место резкое воз-«зтание давления в начале процесса сгорания, которое протекает в шовном при меньшем объеме КС. -Это обусловливает повышение локаль-)й температуры газов в начальном этапе сгорания из-за роста влия-ш Ыахе-эффекта и общего температурного уровня рабочего цикла. На гом рисунке обращает на себя внимание тот факт, что оптимальное качение угла опережения зажигания при КС без турбулизатора оказа-юь на 5 больше, чем при КС с турбулизатором. Это дает возможность ?и организации процесса сгорания с помо!дью турбулизатора, снижая качения угла'опережения зажигания, существенно уменьшить концент-ации N0 в ОГ, сохраняя при этом высокой: топливной экономичности.

3 пятой главе описаны моторная установка' и приборы, примененные ля проведения экспериментального исследования двигателя УШ - 417 новой КС, изложены конструктивные особенности КС и приведены■ ре-ультаты экспериментального исследования двигателя с разработанной С. Опыты проводились на стенде, оснащенном необходимым современны),» борудованием и измерительными приборами в соответствии с требовании ГОСТ 14846 - 81. .

Содержание оксида углерода (СО), несгоревших углеводородов СНх)-и оксида азота (N0) в ОГ определялось инфракрасными газоана-изаторами МЕХА - 400 и МШ -240 японского производства.

На установке были сняты сравнительные нагрузочные (рис.6 и 7), нешнескоростные характеристики и характеристики холостого хода ;вигателя со штатным и разработанным КО. Благодаря повышению сте-1ени сжатия с £- 8,2 до 8,5 и ускорению процесса сгорания уда-

Л'О,

р.р.т.

Рис. 5 Регулировочная характеристика по углу опережения зажигания, по результатам вычислительного эксперимента п -2СЮ0 мин"', с*.-1,1 , ¿у -0,817 , £-9,6 Рв.к /Рп -0,1$ , $-11° 19'

Рис. 6 Нагрузочные характеристики двигателя УКЗ - 417 п -- 2000 мин'; карбюратор К-151; бензин АИ-83:

1 - серийная КС ( £-8,2) ;

2 - разработанная КС ( £ -8,5).

Рис. 7 Изменение концентраций токсичных компонентов ОГ двигателя У13 - 417 по нагрузочной характеристике ( условия и обозначения см. на рис. 6).

лось ощутимо улучшить технико - экономические и экологические показатели двигателя во всех исследованных режимах его работы.

Известно, что увеличение степени сжатия и применение форкамер-'но-факельного зажигания сопровождаются одновременно улучшением технико - экономических показателей и заметным ростом эмиссии N0 и СНх.

«

Уменьшение выброса КО в нашем случае объясняется тем, что образование двух осевых вихрей и турбулизируваий эффект факела горящих, газов истекающих из турбулизатора, способствуют сокращению общей продолжительности сгорания смеси. Это позволяет уменьшить требуемое значение угла опрегкения зажигания В , естественно и локальную температуру продуктов ранее сгоревшей части ( влияние "Махе - эффекта" становится незначительным). Этим исключается один из главных факторов бурного развития реакций окисления азота в условиях роста общей температуры цикла при ускорении "процесса сгорания.

Снижение концентраций несгоревших'углеводородов СНх объясняется тем, что после зажигания смеси з зоне касания двух вихревых потоков ь центре КС, образуется временно стоящий фронт пламени,, куда в течение всего процесса вовлекаются свеете порции заряда из периферийной зоны сначала с помощью двух серповидных канавок ка .поверхности вытеснителя, а затем под действием газодинамического напора истекающих из турбулизатора факелов горящих газов. Таким образом, как бы устраняется сгорание смеси в тонком слое, расположенном непосредственно у относительно холодной стенки и в защемленных зонах КС.

Стендовые испытания двигателя на холостом ходу показала, что применение разработанной КС, для чего не требуется коренного изменения конструкции двигателя, позволяет удовлетворять допустимых корм на токсичность автомобилей, действующих в настоящее время.

ЗАШНЕННЗ а РЕКОЗДЙОДЯ

1. Проведен анализ современных путей повышения топливной экономичности автомобильных ДВС с внешним смесеобразованием и принудительным эояиганием, на основе которого обоснована целесообразность изучения закономерностей процесса сгорания в среде двух разнонаправленных вихревых потоков.

3-. Разработана и собрана безмоторная (бомбовая) установка, которая оснащена необходимыми современными измерительными приборами,

предназначенная для физического моделирования процесса сгорания, протекающего в среде 2-х разнонаправленных осевых вихрей под действием специального турбулизатора. . .

4. Опытами установлено, что при увеличении скорости вращения вихревых потоков до п4- 2500 - 2800 мин'существенно сокращаете;: период формирования начального очагаи основной период видимого сгорания Тц пропано-воздупной смеси различного состава. Одновременно с этим увеличивались скорость нарастания дР/дГ и максимальное значение давления сгорания Ртах. Дальнейшее увеличение п сопровождалось уменьшением &РАТ и Ргах, что объяснялось появлением тувущего "эффекта" чрезмерной турбулентности (переинтексифпкацией закрутки).

5. Эксперименты на физической (.¡одели, проведенные с применением турбулизатора, подтвердили возможность дополнительного улучшения показателей процесса сгорания горючих смесей (особенно обедненной; путем ускорения турбулентности заряда за счет газодинамического напора горящих газов, истекающих из иепродуваекой форкамеры - турбулизатора.

6. Экспериментами установлена зависимость пульсационкой скорости турбулентности и'от частоты вращения вихревых потоков п в случае отсутствия турбулизатора в КС, которая с успехом была приманена при математическом моделировании процесса сгорания в изучаемой КС.

7. Уточнена ранее разработанный в АзТУ математическая модель процесса сгорания, основанная на концепции Ю© АН России о турбулентном выгорании смеси в замкнутом объеме, которая учитывает конструктивные соотношения вытеснительных канавок КС, предназначенных для образования в процессе сжатия двух встречных осевых вихрей.

8. Адекватность уточненной математической модели процесса сгорания определялась путем проведения экспериментов на одноцилиндровой установке. Выявлено близкое совпадение экспериментальных и расчетных индигаторных диаграмм, свидетельствующее о достаточной адекватности разработанной математической модели и пригодности использования ее для проведения исследований по выявлению требуемы;; условий для целенаправленной организации процесса сгорания.

2. Вычислительные эксперименты показали, что наиболее благоприятная газодинамическая ситуация в цилиндре образуется при слидуицкх конструктивных соотношениях вьггеснителькой канавки: отношение поверхности ветеснительной канавки к площади поршня Гвк/Рп ^ 0,18 ;. угол наклона вцтеснктельной канавки $ - 11" 19!

10. Вычислительные эксперименты показали, что процесс сгорания в новой КС после образования начального очага воспламенения протекает по-искровому механизму распространения пламени в среде встречных вихревых потеков, а затем после выгорания не менее 20 X массы рабочего заряда факел горящих газов резко турбулизирует среду и процесс сгорания протекает по форкамерно - факельному механизму.

11. Результаты вычислительных экспериментов показали, что благодаря увеличению тейпературы в начальном периоде сгорания, концентрация N0 в ОТ двигателя при прочих равных условиях с интенсификацией вращения встречных вихревых потоков до п - 3000 мин становится высокой. Однако спитая значения угла опережения зажигания, можно существенно уменьшить., уровень КО при сохранении хорещей топливной экономичности.

12. Сравнительные стендовыми испытаниями двигателя УМЗ - 417 с карбюратором К - 151 с заводской регулировкой и двумя варианта1,ai головок цилиндров: серийной КС ( £-«8,2 ) и макетного образца головки с разработанной КС ( £~ 8,5), определявшими, правде всего, справедливость выводов теоретических исследований, установлено, что при применении новой КС:

- минимальное значение эффективного удельного расхода топлива по нагрузочной характеристике снижается с 9е- 203 до 194 г/л. с. ч (около 6,52).Наблюдается снижение удельного расхода топлива во всем диапазоне внешней скоростной характеристике примерно на 12 % ( с Эе- 235 - 240 до 204 - 209 г/л. с. ч). Снижение часового расхода топлива на холостом ходу составляет более 17 % ( при п - 850 мин' GT уменьшается с 0,91 до 0.71 кг/ч);

- максимальная юность двигателя при п - 4БОО мин* на 8 л. с. больше ( Не - 106 против 98 л. с.), Оольсз таюяэ и величины крутящего момента на 0,5 - 1,0 кгм в диапазоне п - 3000 f 4500 мин';

- при всех скоростных и нагрузочных режимах работы двигателя наблюдается сокращение всех токсичных компонентов ОГ. Наиболее хорошие результаты получаются при повышенных нагрузочных резошах и в режиме холостого хода..

13. Результаты выполненных работ позволяет рекомендовать применение разработанной КС в нынэ выпускаемых двигателях после незначительной модернизации головки цилиндров, но пря сохранении без изме-

нения штатной системы'топливоподачи.

Основное содержание диссертации нашло отражение в следующих опубликованных работах:

1. Меджидов Р. А., Джафаров Э. А. " Моделирующая камера сгорания для изучения процесса сгорания в закрученных потоках " // Применение методов вычислительного эксперимента в исследовании процессов тепловых машин: Тематический сборник научных трудов АзТУ, Баку, 1990 г. , С. 83-87.

2. Джафаров Э. А. " Моделирование вихревого движения газа в цилиндре двигателя внутренного сгорания " Тезисы докладов XIII Республиканской научной конференции аспирантов вузов Азербайджана, Баку, 1990 г., С. 55.

3.' Керимов 3. X. , Джафаров Э. А. " Моделирование скорости вращения Газа в цилиндре двигателя в течении процессов всасывании и сжатия '*: Ученые записки АзТУ, Баку, 1992 г.. С.98-101.

4. Абдулвадоод С. Ш., Джафаров Э. А. " Влияние антидетонационных добавок к ниакоооктановому бензину на рабочий процесс и токсичность двигателя": Ученые записки АэТУ, 1992 г., С. 117-124. •

' 5. Отчет (промежуточный) о научно- исследовательской работе " Разработка научной основы высокоэкономичного и малотоксичкого рабочего процесса ЛВС, осуществляемого путем организации процесса сгорания в среде двух противоположно вращающихся вихрей ": Науч. рук.' Ыехтиев Р. И., отв. исп. -Ыеджидов P.A. , Джафаров Э. Л. , АаТУ, г. Баку, 1992 г., 22 стр.

f'.'tC'R» мупэдакшгон .(мнил камкринд* .ики wcc ••;г7;сг»г>тлм F>yvy прянлылиг муЬитинл"' jai таг- Нави r-ivwaiHPi'mm jaKMa щмо!<.ч»иинин vwyinyj ууилуглирм.

íOl-..Г",- ",У.-..>тия1К !';yhop;-!i4.v-<ï''.:" ихтисж-и технига елпл^ри пл»:'.лхк я.-дапг "уч\'И д;:ссорт:«и.(а srsiiwii хуласоси)

JliAivs; jai.'M.'.i иуЬарршслнрпнд;» janciHa." nu г.арпч газлар-

д-, .-iííhofum !:о'/ло1>гнтл.эт;:а Koíh-cb'rr^caj'^vinni :v?:vraeii, иди «отсюда jaiwa upocccKsMi; д'лшпш'лисинкн jох'л'!1Л1;:.:я'îpu.'imq^u ил-< (Уа-лидцр. Бу ;.пгеодяэ JnotUiKtcs диосертаси]а ;:ыи Аг:»г/Н}чпн Техники Университета токл'.'.ф илилкка jeim jmœ ы^гячин (JК) нэз^ри эсасшшн «¡гноикб ¡к&ирлгмвйгсшо hoop ajWJBSWviy. П/рздэ jrîfiwa преееси, сихмз шлемся орзшиэ хусуса орагварп шшшднрнчшга'р иасигчсилэ ovswíu KïTHpnji'.'K во сонрзпн хугуги h-чмдь • ту[ЛУ"П''Э?орда JapOttiuraH ,]анар га? :.«зв' элинии гада jit илм сур,8Т.п&ндир:ик>н икц экс ис-ТНГ8М37ЛЯ бурулгаилинг муЬ.мтнндэ бам герир.

BîccopTaciîja иши кирявдэн, Б фосялдш г.оаргл-дар.

Бпфжя фэсилдэ бешин «уйдрриссляргаадо jaimar-îmi гаркшгании jsm.ia просоежпя? интснснвлг-здирма усуллзршшн тйгг.чди анализ» апзрн-лараг, бурул?анли ахкнлзрда сФ1>октив ипчи просеслорки japa£iui:ncu, олочэ дэ е'ткбарли адиавдш ва JaiHtäHUH тэ'ггин одилмэси проблем-лэринэ бахылмыидар. Боло нотичэ чнхарнлшлпдтф ¡ш, гшчи просеси бурулгашл ахнн муЬитиндэ кедон . Ьазнрки . из'дум схемлэр арасинда он садэ еэ асан hajara кечирилэн усул, АзТУ-да токлиф 0ЛИЛЭН JK васитосида Jam.n лросесшкн ики ■ бурулг'анлшшг муЬигивдэ аларылмаеннн то'мин едок усулдур. Прижил о'тибарилэ J о im олан бу J К-да, jare.ía преееемкн ганунау]гуилугларцнни о j рэнилиэсинин вачиб-чибл^и во MyhappmciiH костэричилэринии jaxaTixaiiwtipimiacii имканлары-!йш арашднрнлиаоы эсасдандарылмшдыр. '

Икинчи фосилдз кки . экс истигамэтли бурулганлылнг муЬитиндэ ! ант просескшн окспериментал тэдгиги учун х ус ус и олараг japaÄtmim .юторсуз гургу ("бомба"), онун елчучу чи1)аэларшш тэсшри верилмиш, |аша ттросесинин ташкилиндэ бурулганлигларын фирланмэ сур'этинин тэ'сири еэ турбулизаторун ролунун муэj j энлоидирилмэси учун апарилан ?эчрубэлэрин нэтичэлэри nraph едилмивдир. Тэчрубэлэр васктэсила тypбyлoнтлиJин nyjcacMja сур'эти илэ бурулганлы ахынш! сур'эти араеннда MyajjsH функсионал асылнлнг MyajjaH едилмишдир. Тапылан асылылыг тэдгиг олан JK-да ja jasa просесинин phJqsk моделлэшдирш!-

мосиндэ истифадэ едилмишдир.

Учунчу фэсилдэ ^ени тзчЬиз едилмиш муЬэррикин имчи прог.иги-

нин квстэричилармош ]ахишлашднрнлмасн о'олларишш муо,]\к>н ¿дилдаси иль бэглы р^ази експериментин методик.мси костерилмишдир. Очхма прососи эрзиндэ эмэлэ кэлэн ики экс истигамэтли бур./лглнли зхынлзрн» эсзс мэнбэ;и олан сыхлашдырычнларын олчулари вэ г">урулганлиглар!,ш сур'эти арасында аналитик асылылыг муэл'анлэшдирилмишдар. Бурада Ьэмчинин турбулизатордан чыхан оанар газ мэш'алннин тэ'г.ири илк> бурулганлыгларын сур'этлэндирилмэси да нэзэрэ алшмнццир. Методика-ннн галан Ьиссэси АзТУ-да бензин. . муЬэрриклэриндо ншчи nixwer.nn Ьесабланмасы учун japaдылaн рщ'ази моделин эсэешда пшлэлмивдир. ^радылмыш модел Руси]а ЕА КФИ-нин гапали Ьэчмде уипчаг Ьава гарышигакын турбулентли jaнмa консепсизасына зсзсланнр. .(арадылмнм методика Ьесаби експериментлэрин апарнлмасн учун "гомвал-д" машин дилиндэ програмлашдырклмншдир.

Дордунчу фэсилдэ тэдгиг олунан Лг-нин «1ф;кт;ггл>ф!шш т*'.пши узрэ апарылмыш р^ази' експериментлэрин нэтичэлэри костэрилмишдир. Бунун учун эввэлча бирсилиндрли муЬэррикдэ апарылан тэчруоэнин нэтичэлэринэ кэрэ р^ази аппаратын адекватлиги .¡охланилмншдыр. Ьесабат нэтичэсиндэ муЬэррикин кениш сур'эт режимивдэ турбулентлик дэрэчзсинин бурахылйбилэн Ьэдлэрдз олмасыны тэ'мин едэн сихлашднры-чыларыл вэ турбулизаторун оптикал конструктив елчулэри тэ,]'ин едил-миш, Ьэмчинин турбулизаторун еффективл^и ашкар едилмишдир. Тодги-гатлар квстзрмишдар к^, ]уксэк jaнa^йг гэнаэтлили з шм сахламаг шэр-тилэ турбулизаторлу ЗК-да алшдарыанын габаглама бучаганын азал-дылмасы илэ, ишлэнмиш газларда эн зэЬэрли компонент са.}ылан азот оксиданин азалмасына наил олмаг олар.

Бешинчи фэсилдэ je^м Л<~нын УМЗ-417 маркалы 4-силиндрли муЬэр-рикдэ тэтбиги вэ сынагы учун Ьазирланмыш стснд гургусу еэ чиЬазлар тэсвир едилмиш, стенддэ чихарылмшв му^ исэли <ко!шэ во ¿ето Ж-лори учун) j ук, харичи сур'эт вэ бот ишлэмэ характеристикалэры верилмпш-дар. Тэчрубэлэр Jeни ЛС-нын муЬэррикин jaнaчaг сарфинин вэ ишлэнмиш газларда зэЬэрли компонвнтлэрин консентрасад'аешшн азалмасындз му^-бэт еффект верда^и исбат едилмишдир.

Ишин бэ'зи нэтичэлэри Волжск автомобил заводуна истифадэ вдилмэк учун верилмишдар. Ьазырда бурда тэклиф едилмиш .(К-нын истеЬгалатда тэтбиги учун конструктор - ла.5иЬэ вэ тэчруби - сынаг ишлэри апа-рылыр (проф. Р.И. МеЬдц(етн рэЬбэрли]и алтында).

jafarov Elshan Aya^ oglu

The objective laws ot fuel-air charge's combustion process in two opposit swirls which form in combustion chamber of spark ignition engine

Abstract

improvement combustion process dynamic is one of tht fundamental way increasing fuel efficiency and decreasing toxical components of spark ignition engine. The swirl and turbulence in the cylinder plays important role for optimization of combustion dynamic. The purpose ot" this work was ^laborat ion scientific basis of new combustion chamber (CC) for spark ignition engine which proposes by Azerbaijan Technical University and foresee formation in it's cavity two oppozit axial swirls during compression stroke and accelaration it's rotation velosity in the begining of combustion process by the jet of burning gases whic expires from the pre-chamber - turbulizator.

The objective laws of combustion process is studied by physical nodel of new CG at dependence from swirls rotation velosity, •\iel-air compaction and the role of pre-chamber - turbulizator is -eveoled in organisation combustion process.

The mathematical simulation was worked out by the analysis of •esults in physical model and the calculation experiment was 'xocuted for determination economic and toxical significant of new !C confirmed theoretical conclusion about, efficiency of new CC.

The practical recomehdation was worked out. for employment in :erial engines. Some results of research was given for using to olgsk autunwbil building factory.