Исследование эффективности использования бедных смесей в малотоксичных бензиновых двигателях.
Текст напечатан в сокращенном виде с комментариями. [ 14.09.02 г.]

Московский гос. автомоб. институт, 1995 год, диссертация. Альсаллум Гассан.
   Легковые автомобили могут иметь расход в пределах 3 – 4 литров на 100 км. Современные системы с Лямбда зондом и катализатором рассчитаны на работу при альфа = 1; следовательно исключается возможность реализации топливной экономичности. (альфа - коэффициент избытка воздуха.)
Подтверждено, что при 0,8 < альфа < 1,4 большое влияние на индикаторный КПД (ђi) оказывает диссоциация, которая обуславливает, что альфа эк. > 1,0. При интенсификации процесса горения альфа эк. увеличивается, однако значительного увеличения ђi мах достичь нельзя.
Применение в эксплуатации вихревых заслонок во впускных каналах может являться основой для интенсификации движения заряда и расширения пределов эффективного обеднения топливной смеси. При этом дополнительно снижается содержание окислов азота в выхлопных газах (NOx).
Расчеты показали, что оптимальный угол начала тепловыделения (при неизменном его законе) не зависит от состава смеси. Закон выгорания смеси при одинаковой длительности выгорания ( y° = 60°) и оптимальном угле начала тепловыделения слабо влияет на ђi. Можно считать ђi ~ const ( около 0,394). Влияние момента окончания тепловыделения на ђi при быстром тепловыделении в начале сгорания; его окончание должен быть позднее, чем в случае, когда в начале сгорания теплота выделяется с невысокой скоростью.
  Рис. 1.
  Влияние диссоциации на ђi проявляется в диапазоне альфа от 0,8 до 1,4;
Наибольший уменьшение ђi имеет место при альфа = 1;
С учетом диссоциации темп роста ђi в диапазоне альфа от 0,8 до 1,0 снижается, а в диапазоне альфа от 1,0 до 1,4 наоборот увеличивается.
С обеднением смеси ђi растет медленнее, чем ђiТ , из за роста относительной теплопередачи через стенки цилиндра.
Поскольку рост ђi при альфа = 1,2 - 1,6 невелик, постольку с переходом к бедным и сверх бедным смесям ожидать существенного увеличения ђi мак в результате улучшения сгорания нельзя.(но при этом снижается расход топлива q min) Однако и диапазон значений альфа в котором ђi мак , при этом должен расшириться.
Поэтому "сверх бедные" смеси представляют интерес, с точки зрения снижения NOx.
С другой стороны завихрение смеси влияет на пропуски горения циклов; резко увеличивается содержание СНх и процесс растет при дальнейшем обеднении смеси. Необходимо, как минимум, применение новой свечи зажигания, что позволит исключить пропуски циклов горения. См. статью.
Альфа эк имеет резкий перегиб при переходе к увеличению нагрузки! Закрытие вихревых заслонок, несмотря на расширение пределов эффективного обеднения топливной смеси, не улучшает топливную экономичность.
Максимальная экономичность ДВС получилась при 2500 оборотах.
Система рециркуляции отработанных газов (РОГ) в определенных пределах (от 0 – 12%) влияет на улучшение топливной экономичности ДВС. При этом около 4% связано с уменьшением диссоциации и с увеличением ђi. При 100% нагрузке, при полном дросселе альфа = 1,0; выигрыша в экономичности нет, при средней нагрузке экономия около 10%, на режиме ХХ около 2 – 8%, в основном за счет интенсификации заряда топливной смеси. Работа двигателя с a > 1,4 – 1,5 с экономией топлива на средних нагрузках в пределах 3 – 4% по сравнению с альфа = 1 и близко к пределу устойчивой работы, следовательно точно дозируя топливо и содержание NOx без нейтрализатора близко к альфа = 1 с нейтрализатором выхлопных газов. Здесь применимы новые методы, расслоения заряда, интенсификация, горение и т.д.
Регистрация пропусков зажигания: их число и концентрация СНх резко увеличивается с обеднением смеси. Следовательно пропуски зажигания – основная причина снижения индикаторного КПД бедных смесей.
Система рециркуляции отработанных газов может улучшить экономичность до 4%. Мощность увеличивается от 0 до 12%; это подтверждает влияние диссоциации на индикаторное КПД при работе на стехиометрической смеси.
При работе современного ДВС по характеристике оптимального регулирования по сравнения с работой при альфа = 1; улучшается топливная экономичность и может достигать на средних нагрузках до 10%. При этом требуется применение нейтрализаторов другого типа; например адсорбирующих.(т.к. не работает Лямбда зонд) Минимальный удельный расход к кВт*час (г/кВт*час): достигает экстремумов (18 –22 кВт) в районе чуть больше половины мощности ДВС. При этом альфа ~ 1,2 – 1,3; а при увеличении мощности альфа монотонно убывает от 1,1 до 0,9 – 0,8.
Рис. 2

Выводы и комментарии. Оширов В.
  Основные выводы. Простым обеднением смеси, даже с завихрением заряда можно достичь до 10 – 15% экономии топлива (в среднем по режимам), основной выигрыш в данном случае это – снижение токсичности. Что бы исключить пропуски горения циклов необходимо применение доработанной свечи зажигания. Для получения большего эффекта необходимы дополнительные методы оптимизации горения топливного заряда. С целью снижения диссоциации желательно иметь регулируемую величину остаточных газов в свежем заряде и исключить режимы работы на богатой смеси, когда достаточно обедненной. Режим работы на стехиометрической смеси не является оптимальным, особенно по токсичности.

Возврат в список


© Оширов В. 2002 г.

Главная страница

Статьи и разработки

Обсудить на форуме

E-mail: ingenerw@km.ru

Hosted by uCoz