Введение к работе
Актуальность проблеми. Основной задачей современного двига-телестроения является повышение топливной экономичности двигателей внутреннего сгорания при одновременном снижении токсичности отработавших газов. Успешное решение этих проблем во многом определяется совершенствованием рабочего процесса и процессов газообмена. Последнее направление наиболее перспективно в отношении двухтактных двигателей, теряющих при очистке цилиндра от отработавших газов нз-за несовершенства процесса газообмена от 10 до 40Z циклового заряда смеси. Столь неэффективное использование топлива является основным сдерживающим фактором широкого использования двухтактных двигателей, выгодно отличающихся по ряду показателей от четырехтактных эквивалентной мощности: имея более простую конструкцию, они менее трудоемки в изготовлении, малая удельная масса сочетается с высокой литровой мощностью. Все ато определяет актуальность работ, направленных на погашение технического уровня двухтактных двигателей.
Одно из перспективных направлений улучшения экологических и экономических показателей двухтактных двигателей с кривошипно-камерной продувкой, работающих на легком топливе, связано с разработкой схем газообмена, в основу которых положен послойный ввод свежего заряда в цилиндр в период продувки-наполнения.
Теоретическому и экспериментальному исследованию данной проблему посвящена настоящая работа. Она является составной частью исследований, проводимых кафедрой "Тракторы и автомобили" Костромской ГСХА совместно с Ковровским и Ижевским мотозаводами.
Цель и задачи исследования. Целью настоящей работы является улучшение показателей двухтактных двигателей с кривошипно-камерной продувкой путем сокращения потерь топлива в процессе газообмена при послойном вводе свежего заряда. В соответствии с поставленной целью определены следующие задачи:
-
Теоретически обосновать эффективность использования в процессе газообмена расслоенной смеси для повышения технико-экономических показателей двухтактных двигателей.
-
Разработать методики и провести исследования расслоения смеси в объеме кривошипной камеры и камеры сгорания, послойного ввода смеси в цилиндр двухтактного двигателя.
-
Разработать математическую модель для проведения расчет-но-теоретических исследований сокращения потерь топлива в систему выпуска при продувке цилиндра расслоенным зарядом топливосозду::!-
2 ной смеси. Создать программное обеспечение модели.
4. Провести экспериментальные исследования влияния послойного ввода свежего заряда в цилиндр двухтактного двигателя на технико-экономические, экологические показатели и параметры рабочего процесса.
Методы исследования. Экспериментальные исследования послойного смесеобразования проведены в условиях объемной динамической модели с использованием анализа газовых проб смеси продувочного воздуха и "трассирующей" присадки (. Оценка эффективности предложенной схемы газообмена проводилась путем снятия регулировочных характеристик на моторной установке, оснащенной современным оборудованием и измерительной аппаратурой. Анализ токсических показателей осуществлялся методом NDIR (инфракрасной спектрометрии) с использованием специализированного газоанализатора "МЕХА-322" фирмы Horiba. Анализ параметров рабочего цикла проводился по результатам индицирования с использованием автоматизированной системы регистрации и обработки параметров рабочих процессов фирмы AVL на базе цифрового анализатора 653. Теоретический анализ эффективности послойного ввода осуществлялся путем проведения вычислительных экспериментов на ЭВМ типа IBM PC по созданной математической модели.
Объект исследования. Двухтактный двигатель с кривошипно-ка-мерной продувкой ПО Ш-МАШ с рабочим объемом Vh~350 см3. .
Научная новизна. Разработана методика определения неравномерности распределения топлива по объему кривошипной камеры в период, предшествующий продувке. Впервые для условий физической модели получены объемные картины распределения топлива в кривошипной камере и камере сгорания. Установлена зависимость характера расслоения смеси от режимных и конструктивных факторов. Теоретически обоснована и экспериментально подтверадена эффективность послойного ввода свежего заряда в цилиндр двухтактного двигателя в период продувки, что повышает технико-экономические показатели двигателя при одновременном снижении концентрации несгоревших углеводородов в обработавших газах. Экспериментальными исследованиями определена оптимальная взаимосвязь между режимными и конструктивными параметрами двигателя с новой схемой газообмена, реализация которой позволяет повысить стабильность показателей рабочего процесса при использовании обедненных смесей.
Практическая ценность. Разработанные методики и созданная жпериментальная установка для исследования процессов смесеобря-
з зования совместно с математической моделью позволяют устанавливать оптимальные значения конструктивных и режимных параметров на стадии проектирования с точки зрения эффективности расслоения свежего заряда и использования его в период очистки цилиндра от отработавших газов.
Результаты испытаний подтверждают снижение потерь топлива при послойном вводе свежего заряда в цилиндр двухтактного двигателя на 28-352, что повышает эффективность работы двигателя на бедных смесях; предел эффективного обеднения смеси расширяется на 0.10-0.15 единиц по коэффициенту избытка воздуха. Повышение стабильности рабочего процесса при работе двигателя на бедных смесях за счет более рационшіьного использования циклового топлива привело к снижению удельного расхода топлива на частичных нагрузках в среднем на 7-12%; концентрации углеводородов в отработавших ґавах на 10-10%.
Реализация результатов ксследовднкй. Материалы исследований разработанной схе:/ы газообмена переданы КБ двигателей ПО ИЖ-МАШ и Ковровского мотозавода.
Апробация работа. Материалы отдельных этапов исследования докладывались и обсуждались на ежегодных научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава Костромского СХИ (1985-1994 гг.), МАЛИ (1990 г.), Ивановского и Ярославского СХИ (1993-1994 гг.), па Всесоюзных научных конференциях и семинарах по ДВС (Москва-МВТУ, 1987г.; Таллкіш-ТПИ. 1988г.; Нижний-Нов-Город-ГГШ, 1983, 1990 гг.; Владимир-БПИ, 1989, 1991, 1993 ГГ.).
Публикации. Основное содержание работы опубликовано в 12 печатных трудах и двух научно-технических отчетах.
Объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка использованных источников, приложений. Общий объем работы 328 с, в том числе 172 с. основного текста и 156 с. иллюстраций. Список использованных источников содержит 133 наименования, в том числе 51 на иностранном языке.