Улучшение эксплуатационных показателей автомобильных карбюраторных двигателей, путем повышения турбулентности заряда дополнительной подачей воздуха в цилиндры. Текст напечатан в сокращенном виде с комментариями. [ 20.09.02 г.]

Главная страница Статьи и разработки Возврат в cписок

Автореферат докт. Дисс. СПб, 1993 год.

Самойлов Н.П.

Автомобиль хоть и повышает уровень общих благ, но и одновременно способствует распространению загрязнений для окружающей среды, в следствии увеличения выброса токсичных веществ, загрязняющих воздух, землю и воду. В связи в этим, улучшение рабочего процесса бензинового карбюраторного двигателя, способствует повышению их топливной экономичности и уменьшает токсичность отработанных газов, приобретает первостепенное значение. На частичных нагрузках – расслоение заряда в камере сгорания. (обогащение у свечи зажигания.) Способы расслоения многообразны: форкамерно-факельное зажигание, впрыск, и т.д. (комбинации их). В основном им свойственны недостатки: усложнение конструкции, повышение жесткости в работе на больших нагрузках, неполное сгорание смеси до сажи (пере обогащенная смесь). Анализ современных ДВС показывает, что эффективного сокращения расхода топлива и уменьшения токсичности отработанных газов дает улучшение процесса горения. Все существующие способы расслоения заряда, классифицированы Висконсинским университетом (США), разделены на 3 класса по принципу состояния заряда. 1.  По принципу гомогенности отнесены все двигатели с форкамерно-факельным зажиганием. В них эффективно используются смеси бедные ( до 1,8 – 2,0) на частичных нагрузках, при одновременном сохранении высоких мощностных показателей. Они эффективны по экономии, но конструктивно усложнены. На ХХ увеличивается концентрация несгоревших углеводородов в основной камере, следовательно пропуски горения циклов. Появляется повышенная жесткость в работе на больших нагрузках, возникают ударные волны, вызывающие стуки, сходные со слабой детонацией. Увеличивается износ. 2.  Впрыск топлива. Здесь достигается экономичная работа на малых нагрузках и ХХ и реализовывается чисто качественное регулирование, однако трудно представить себе, что бы процесс сгорания мог быть достаточно совершенным, как на режимах полных, так и очень малых (граничных). При больших переобогащение в зоне факела топлива, следовательно неполное сгорание, сажа. Расход топлива приближается к карбюраторным двигателям. На малых нагрузках плохо горит, т.к. есть зоны с уменьшенным пределом горючести. 3.  ДВС в которых предлагается организовать термическое дожигание в самом рабочем цилиндре. За счет раздельной подачи в цилиндр обогащенной смеси и воздуха. Два варианта: подача в камеру в процессе наполнения, сжатия или горения; и в нижнюю часть цилиндра. Последствия: закрутка и уменьшение температуры следовательно снижение окислов азота (как самое эффективное). Расслоение заряда (ввод в нижнюю часть цилиндра воздуха) эффективнее чем впрыск и форкамерное горение. С увеличением оборотов и мощности у двигателей с впрыском и форкамерно-факельным зажиганием резко увеличивается содержание окислов азота и суммарная токсичность. Для снижения окислов азота необходим катализатор или (и) рециркуляция отработанных газов. Процесс горения у ДВС с искровым зажиганием разделяется на 3 фазы. Начальное формирование турбулентного фронта пламени (около свечная зона). Основное сгорание основной массы заряда (ядро). Конечная, завершающие догорание несгоревших частиц топлива (пристеночная зона). Ввод воздуха в нижнюю часть цилиндра повышает концентрацию топлива на первой фазе больше чем во второй. Скорость горения первой фазы больше чем во второй. Следовательно в первой фазе больше выделяется тепла и передается во вторую. Скорость 2й фазы определяется законом крупномасштабной турбулентности горения; а физико-химические свойства смеси мало влияют на горение, т.е. она зависит от скорости турбулентных пульсаций и вихрей. Следовательно большее передача тепла от первой фазы увеличивает скорость второй. С распространением фронта пламени происходит сжатие и подогрев несгоревшей части заряда, вследствие чего возникает общее ускорение физико-химических процессов во фронте пламени, приводящее к объемному механизму горения. Такое явление наблюдается при сгорании обогащенных смесей, а также при сгорании смеси с общем избытком воздуха больше 1. Несмотря на увеличение коэффициента избытка воздуха в конечной фазе горения, скорость сгорания уменьшается по фронту пламени, однако она остается значительно высокой, чем при обычном питании, что объясняется участием вместе фронтального и объемного механизмов горения, т.е. суммарное время уменьшается. Расчеты показывают, что с вводом дополнительного воздуха коэффициент избытка возрастает до 1,2 – 1,3 по сравнению с гомогенной смесью (1,0). Содержание окиси углерода и окислов азота уменьшается при температуре то 1900 до 3000 градусов; давление около 3,0 Мпа; ( = 0,65 – 2,0) в среднем на 30 – 60%. Ширина зоны реакции турбулентного горения увеличивается; плотность заряда уменьшается; следовательно уменьшается образование окислов азота. Результаты: не уменьшаются мощностные показатели при коэффициенте избытка воздуха до 1,2 – 1,5, а у стандартного при 1,2 – 1,25 сгорание смеси становится медленным и неустойчивым и продолжается иногода на выпуске. Максимальная величина индикаторного давления получается при 1,05 – 1,15, а индикаторного КПД при 1,2 – 1,3. Значительно расширяются пределы эффективного обеднения смеси с сохранением мощности и устойчивости горения при частичной нагрузке. На малых нагрузках расширяется зона устойчивой работы при 1,05, против 0,75 у стандартных двигателей. Уменьшается зона эффективного угла подачи искры; допустимо увеличить степень сжатия на 11 – 13%. Дальнейшее увеличение сжатия не увеличивает КПД, т.к. увеличиваются давление и температура и следовательно происходит загорание смеси и детонация. Воздух не обеспечивает устойчивости. Существует разброс фронта пламени от 14% до 24% у стандартного (от работы свечи), снижение уровня окислов азота за счет снижения температуры горения и более позднее зажигание. Тяговые характеристики увеличиваются на 7 – 8%, динамика на 4 – 12%, время разгона на 10 – 12% ; топливная экономичность на 20% при малой нагрузке. До 20 км/час.

Выводы и комментарии.

Оширов В.

Исседования подтверждают возможность работы ДВС при локальной подача топливного заряда, в небольшой дозе.

Возврат в список