Содержание к диссертации
ОСНОВНЫЕ УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ 5
ПРИНЯТЫЕ СОКРАЩЕНИЯ 9
ВВЕДЕНИЕ 10
Глава 1. ПРОБЛЕМЫ ВНЕШНЕГО СМЕСЕОБРАЗОВАНИЯ В БЕНЗИНОВЫХ ДВИГАТЕЛЯХ И ВОЗМОЖНЫЕ ПУТИ ИХ РЕШЕНИЯ 14
1.1 .Краткая характеристика современного этапа развития автомобильных двигателей 14
1.2. Эволюция систем топливоподачи автомобильных бензиновых двигателей 18
1.3.Общая характеристика и особенности процессов смесеобразования при впрыске топлива 26
1.4. Анализ способов совершенствования смесеобразования при впрыске топлива 45
1.5. Перспективные направления развития внешнего смесеобразования. Цель и задачи исследования 70
Глава 2. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ СМЕСЕОБРАЗОВАНИЯ В ПРЯМОТОЧНЫХ И ЗАКРУЧЕННЫХ ДВУХФАЗНЫХ ПОТОКАХ 73
2.1. Характеристика прямоточных и закрученных течений 74
2.2. Особенности многофазных потоков , 77
2.3. Процессы переноса в ламинарном пограничном слое дисперсно-кольцевых потоков 80
2.4. Процессы переноса в турбулентном пограничном слое дисперсно-кольцевых двухфазных течений 88
2.5. Моделирование массоотдачи в двухфазном потоке при прямо точном и закрученном движении фаз з
Глава 3. ИССЛЕДОВАНИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ ПРОЦЕССОВ ИСПАРЕНИЯ ТОПЛИВА В РАЗЛИЧНЫХ ФИЗИЧЕСКИХ УСЛОВИЯХ 104
3.1. Аппаратура и методика исследования процессов массообмена в двухфазных прямоточных и закрученных потоках 104
3.2. Анализ результатов экспериментов по определению коэффициента массоотдачи движущейся топливной пленки 113
3.3. Взаимодействие диспергированной жидкости с нагретой поверхностью, образование и испарение топливной пленки 118
3.4. Методика и средства исследования процесса испарения топлива при его впрыске на нагретую поверхность 122
3.5. Анализ результатов эксперимента 130
Глава 4. ОРГАНИЗАЦИЯ СМЕСЕОБРАЗОВАНИЯ ПРИ ЦЕНТРАЛЬНОМ ВПРЫСКЕ ТОПЛИВА С ПРЯМОТОЧНЫМИ СМЕСИТЕЛЬНЫМИ КАМЕРАМИ 138
4.1. Оборудование и аппаратура для проведения исследования 138
4.2. Объекты и методики исследований 150
4.3. Анализ схем смесеобразования и конструкций блоков топливо-подачи зарубежных систем центрального впрыска топлива 154
4.4. Создание систем центрального впрыска топлива для отечественных автомобильных двигателей 165
4.5. Исследование созданных систем центрального впрыска топлива 171
4.6. Использование турбулизаторов потока топливовоздушнои
смеси с целью улучшения смесеобразования 177
4.7. Подогрев топливовоздушнои смеси как средство улучшения
смесеобразования 186
Глава 5. РАЗРАБОТКА И РЕАЛИЗАЦИЯ КОНЦЕПЦИИ ПЛЕНОЧНО ВИХРЕВОГО СМЕСЕОБРАЗОВАНИЯ 201
5.1. Концепция пленочно-вихревого смесеобразования и обоснование конструктивных схем смесеобразующих устройств 201
5.2. Критерии оценки закрутки потока и газодинамические показатели закручивающих устройств 211
5.3. Методики и средства проведения исследований 221
5.4. Разработка образцов пленочно-вихревых смесительных камер 226
5.5. Экспериментальное определение газодинамических характеристик вихревых камер 229
5.6. Результаты стендовых моторных испытаний систем ЦВТ с пл еночно-вихревыми смесительными камерами 237
5.7.0сновы конструирования пленочно-вихревых смесительных камер 243
Глава 6. СОЗДАНИЕ И ИССЛЕДОВАНИЕ УСТРОЙСТВА ДЛЯ РЕГУЛИРУЕМОГО ВИХРЕОБРАЗОВАНИЯ НА ВПУСКЕ ДВИГАТЕЛЯ С РАСПРЕДЕЛЕННЫМ ВПРЫСКОМ ТОПЛИВА 250
6.1. Методика и оборудование для проведения исследований 250
6.2. Объекты исследования 250
6.3. Разработка устройства для регулируемого вихреобразования на впуске 251
6.4. Результаты моторных исследований и их анализ 259
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ 275
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 278
СПИСОК ОСНОВНОЙ ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 279
ПРИЛОЖЕНИЯ 3
Введение к работе
Совершенствование смесеобразования в бензиновых двигателях для улучшения их основных показателей всегда являлось актуальной задачей. С появлением и широким распространением устройств топливоподачи более высокого технического уровня - систем впрыска топлива (СВТ) - проблемы совершенствования смесеобразования не потеряли своей важности и актуальности в связи с постоянным повышением требований к экологическим и энергетическим показателям автомобильных двигателей.
Применение электронных СВТ позволило поднять организацию дозирования топлива на качественно новый уровень за счет электронного управления топливопо дачей, в то время как технология смесеобразования осталась на прежнем недостаточно высоком уровне, что ограничивает возможности дальнейшего улучшения экологических и экологических показателей современных двигателей.
При внешнем смесеобразовании с применением схем центрального и рас-пределенного впрыска топлива наиболее целесообразным является обеспечение предельно возможной гомогенизации топливовоздушной смеси (ТВС). В идеальном случае процессы гомогенизации смеси должны завершаться в очень короткие промежутки времени в ограниченном пространстве: при центральном впрыске топлива (ЦВТ) - в смесительной камере блока топливоподачи до поступления смеси в зону разветвления впускного трубопровода, при распределенном впрыске топлива (РВТ) - в относительно коротких впускных каналах головки цилиндров до поступления ТВС в цилиндр. Однако из-за недостаточно высокой интенсивности протекания процессов смесеобразования при различных схемах впрыска топлива требуемая гомогенизация смеси не достигается.
Анализ современного уровня внешнего смесеобразования в двигателях с впрыском бензина показывает, что дальнейшее совершенствование процессов образования ТВС требует решения ряда важных задач, в частности:
- более полного выявления закономерностей испарения бензина при его впрыске на нагретую поверхность;
- развития теоретической базы для расчета массообменных процессов при взаимодействии топлива и воздуха;
- разработки научно обоснованных принципов конструирования смесеоб-разующих устройств для различных схем впрыска бензина;
- выявления и исследования новых высокоэффективных способов образования ТВС.
Даже частичное решение указанных задач позволит реализовать значительную долю имеющегося резерва повышения экологических и энергетических показателей автомобильных двигателей с впрыском топлива за счет рациональной организации и интенсификации процессов образования ТВС. С целью более полного использования потенциала улучшения основных показателей двигателей за счет совершенствования смесеобразования при впрыске бензина необходимо также реализовать дополнительные возможности, предоставляемые средствами бортовой электронной автоматики для управления условиями образования ТВС в зависимости от режимов работы двигателя.
Таким образом, актуальной проблемой двигателестроения, от решения которой зависит дальнейшее улучшение экологических и энергетических показателей автомобильных двигателей с впрыском бензина, является выявление закономерностей образования ТВС и создание на этой основе высокоэффективных способов и устройств для интенсификации процессов смесеобразования.
Целью работы является исследование закономерностей смесеобразования при впрыске бензина и создание на этой основе новых высокоэффективных способов и устройств, обеспечивающих интенсификацию образования то-пливовоздушной смеси для улучшения экологических и энергетических показателей автомобильных двигателей. Научная новизна работы заключается:
? в найденных закономерностях образования ТВ С в прямоточных и закрученных дисперсно-кольцевых двухфазных потоках и в разработанной математической модели для определения показателей массоотдачи с поверхности топливной пленки в этих потоках;
? в выявленных закономерностях испарения топлива, впрыскиваемого на нагретую поверхность, полученных с помощью предложенного нового метода «термоанемометрической поверхности»;
? в разработанной концепции пленочно-вихревого смесеобразования для интенсификации образования ТВ С при различных схемах впрыска топлива;
? в результатах исследования двигателя с РВТ и регулируемым вихреоб-разованием на впуске, а также двигателя с ЦВТ с пленочно-вихревой смесительной камерой;
? в полученных зависимостях для определения степени закрутки потока в закручивающих устройствах;
? в созданной полиномиальной модели газодинамического сопротивления закручивающих устройств, применяемых для пленочно-вихревого смесеобразования.
Практическую ценность работы представляют:
? разработанный и успешно опробованный новый метод исследования процессов испарения топлива, впрыскиваемого на нагретую поверхность;
? выполненный анализ схем и конструкций блоков топливоподачи выпускаемых систем ЦВТ и разработанные основы конструирования блоков с прямоточными и вихревыми смесительными камерами;
? устройства для совершенствования смесеобразования при центральном и распределенном впрыске топлива, защищенные 10 патентами РФ;
? созданные опытные образцы систем ЦВТ с прямоточными и вихревыми смесительными камерами;
предложенный новый способ определения газодинамического КПД закручивающих устройств.
Настоящая диссертация является итогом комплекса фундаментальных исследований и опытно-конструкторских работ, проведенных автором на кафедре «Двигатели внутреннего сгорания» Владимирского государственного университета в период 1991...2002 годов и направленных на совершенствование организации внешнего смесеобразования в автомобильных двигателях с впрыском бензина.
Часть исследований выполнялась в рамках хоздоговорных НИР, финансируемых промышленными предприятиями РФ в 1992-2001 гг. Проведению работ по данной тематике способствовала финансовая поддержка Министерства образования РФ в виде 3-х грантов по фундаментальным исследованиям в области технических наук (1997-2002 гг.).
Результаты проведенного комплекса исследований внедрены в АО «МЗА-ТЭ-2» и ФГУП НПО «НИИавтоэлектроника» (г. Москва), в АО «Автоприбор» и ФГУП ВПО «Точмаш» (г. Владимир) при создании систем впрыска топлива для автомобильных бензиновых двигателей.
На основе работ автора на кафедре «Двигатели внутреннего сгорания» Владимирского государственного университета с 1987 года впервые в стране введена специализация по электронному управлению двигателями для студентов, обучающихся по специальности 101200 «Двигатели внутреннего сгорания».
Автор выражает искреннюю благодарность профессору В.В.Эфросу за советы и ценные замечания по данной работе, а также своим коллегам - Ю.Г. Горнушкину, П.В. Абрамову, В.Н. Скавронову, О.А. Свирину, М.А. Русаковскому, Ю.В. Яновичу за творческое участие в совместных исследованиях и разработках.
