Введение к работе
Актуальность. Считается, что в настоящее время двигатели внутреннего сгорания практически исчерпали резервы улучшения показателей работы, таких как экономические, экологические, эффективные. Одно из направлений развития ДВС связано с улучшением рабочего процесса, путем организации работы двигателя на предельно обедненной топливо–воздушной смеси (ТВС). Работа на таких режимах связана с большими величинами межцикловой неидентичности (МЦН) рабочего процесса. Причинно–следственные связи межцикловой неидентичности с газодинамическими и тепломассообменными процессами в двигателе, а также влияние МЦН на эффективность рабочего процесса во многом неизучены.
Исследование МЦН важно для понимания механизма, по которому различные факторы (состав ТВС, количество рециркулированных ОГ, аэродинамика внутрицилиндровых процессов) влияют на процесс сгорания в целом. Последние исследования в этой области сосредоточены на изучении МЦН с позиций нелинейной динамики.
Наибольший эффект от снижения МЦН достигается на оборотах холостого хода и на режиме полной нагрузки. Предел обеднения ТВС не связан с минимумом МЦН. Результаты работ Б.С. Стечкина, опубликованных еще в конце 50–х гг. ХХ в., свидетельствуют о том, что максимальный КПД может достигаться в области относительно высоких значений МЦН.
Тепловые двигатели относятся к классу таких сложных технических систем, которые проявляют многочисленные признаки бифуркаций, качественных преобразований своих характеристик во времени при изменении управляющих параметров в процессе эксплуатации, а также способности к возникновению диссипативных структур. Поэтому дополнительный анализ свойств возможно выполнить при помощи синергетического подхода. Основой данного подхода является описание изменений в исследуемой системе (ПДВС) при изменении управляющего параметра.
Объектом исследования является бензиновый четырехцилиндровый двигатель ЗМЗ–4062.10 с микропроцессорной системой управления впрыском топлива и зажигания.
Предметом исследования является межцикловая неидентичность рабочих процессов и эффективные характеристики ДВС.
Целью работы является повышение эффективных мощностных и энергетических показателей бензиновых ДВС за счет применения управляемой межцикловой неидентичности рабочих процессов.
Научная задача работы состоит в разработке методики управления МЦН ДВС, а также проведении численных и натурных экспериментов по исследованию влияния межцикловой неидентичности на выходные параметры двигателя.
Методы исследования – теоретико–экспериментальный, построенный на использовании методов термодинамики открытых неравновесных систем, тепломеханики, теории рабочих процессов ПДВС, нелинейной динамики и синергетики, математического моделирования динамических систем, вычислительной математики.
Научная новизна результатов работы заключается в следующем:
– установлены закономерности формирования эффективных, мощностных и экономических характеристик двигателя при работе на бедных смесях в результате управления межцикловой неидентичностью в ПДВС, обусловленной бифуркационными зависимостями;
– установлены условия перевода работы ДВС с режима МЦН на режим управляемой межцикловой неидентичности (УМЦН).
Научная значимость работы заключается в разработке теоретических положений управляемой МЦН, повышающей эффективные характеристики ДВС.
Практическая значимость работы заключается в том, что:
– разработана методика расчета рабочих процессов и характеристик ДВС на этапах проектирования с возможностью прогнозирования влияния УМЦН на качество выходных характеристик двигателя;
– создан алгоритм работы ПДВС с наилучшими выходными характеристиками при работе на бедных и сверхбедных смесях путем управления МЦН рабочего процесса;
– разработано программное обеспечение для исследования МЦН с применением методов нелинейной динамики.
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы доложены и обсуждены на:
– Международной молодежной научной конференции «XXXII Гагаринские чтения» – г. Москва, МАТИ, 2006;
– V Международной юбилейной научно–практической конференции «Автомобиль и техносфера» – г. Казань, КГТУ им. А.Н. Туполева, 2007;
– VI Всероссийской научно–технической конференции «Политранспортные системы Сибири» – г. Новосибирск, СГУПС, 2009;
– XXV Международной научно–технической конференции «Улучшение эксплуатационных показателей автомобилей, тракторов и двигателей» – г. Санкт–Петербург, СПбГАУ, 2010.
Диссертационная работа была выполнена на кафедре "Автомобили и автомобильное хозяйство" ТулГУ в рамках следующих НИР:
– Договор о содружестве ГОУ ВПО «Тульский государственный университет» и ЗАО «Депо ЗиЛ» от 29.03.2007 г. № В – 4.
Основные положения, выносимые на защиту:
– закономерности формирования управления межцикловой неидентичностью рабочих процессов ДВС;
– способ перевода ДВС с режима МЦН на режим управляемой межцикловой неидентичности.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 9 печатных работ. Из них 4 в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.
Структура и объем работы. Диссертация содержит 128 страниц машинописного текста, 59 рисунков, 13 таблиц и состоит из введения, трех глав, заключения и списка литературы, включающего 56 отечественных и 52 иностранных источников.
Похожие диссертации на Повышение эффективных характеристик поршневых ДВС управлением бифуркационными зависимостями межцикловой неидентичности рабочих процессов
