Введение к работе
Актуальность работы. В последние десятилетия проблемам борьбы с загрязнением окружающей среды уделяется повышенное внимание. Ужесточение норм на содержание вредных компонентов в отработавпшх газах двигателей внутреннего сгорания привело, как правило, к невозможности решения традиционными способами двуединой задачи: снижения уровней выбросов токсичных компонентов при сохранении или повышении топливной экономичности. Работы последних лет показьшают, что для правильной организации процесса сгорания топлива в дизеле важным фактором является подбор оптимального закона подачи топлива и интенсивности вихревого движения воздушного заряда. В ряде работ исследуется влияние турбулентности воздушного заряда, организуемой камерой сгорания в поршне, на эффективность процесса сгорания, а также на снижение токсичности отработавпшх газов (ОТ) дизелей. Эти исследования показали, что применение высокотурбулентных камер сгораїшя в сочетании с подобранными впускными каналами, законом подачи топлива, а также газотурбинным наддувом, оказывает положительное воздействие на процессы смесеобразования и сгорания. В то же время воздействие локальной турбулизации на показатели дизеля мало изучено и носит противоречивый характер. Методы исследований внутртшилиндровых процессов, позволяющие получить данные о процессах смесеобразования и сгорания, и методики расчета экологических показателей дизеля с учетом рассмотренных выше факторов, разработаны недостаточно. В связи с этим проблема снижения вредных выбросов дизелей при сохранении топливной экономичности является актуальной.
Цель работы. Исследование влияния турбулизации воздушного заряда в дизеле с объемно-пленочным смесеобразованием на выбросы вредных веществ с ОГ.
Достижение указанной цели осуществлялось решением следующих основных задач:
разработка комплекса научной аппаратуры и метода исследований воздействия различных конструктивных решений, влияющих на смесеобразование, сгорание и выброс вредных веществ с ОГ дизеля;
изучение условий образования токсичных веществ в цилиндре дизеля с объемно-пленочным смесеобразованием;
экспериментальные исследования рабочего процесса дизеля 14 13/14 с конструктивными мероприятиями, обеспечивающими турбулшацию воздушного заряда;
теоретические исследования и математическое моделирование рабочего процесса и образования токсичных веществ в цилиндре дизеля с учугом воздействия мелкомасштабной турбулентности воздушного заряда;
разработка рекомендаций по использованию турбулюации заряда в дизелях с объемно-пленочным смесеобразованием в целях снижения вредных выбросов с ОГ при сохранении высокой топливной экономичности.
Объект исследования. Исследования проводились на одноцилиндровом отсеке дизеля Ч 13/14 серии "А" производства АО "Алтайдизель" при Pj=0,83 МПа, п=1800 мин'1 с имитацией режимов нагрузочной характеристики без наддува. Испытывались камеры сгорания в штатном исполнении (к.с. типа ЯМЗ,) и опытная, с турбулизаторами (а.с. № 1456622, рис. 2).
Методы исследований. Проводились комплексные исследования внутрицилиндровых процессов дизеля. Регистрировались следующие параметры: индикаторная диаграмма давленій в цилиндре, диаграммы давления топлива перед форсункой и подъема иглы форсунки, диаграммы интенсивности излучения пламени на двух длинах волн и диаграмма интенсивности проходящего через цилиндр луча источника света (лазера). Индикаторные диаграммы, диаграммы излучения пламени и поглощения света обрабатывались по методикам, разработанным на кафедрах ДВС С-ПбГТУ и АлтГТУ с целью определения характеристик тепловыделения, объемных полей температур и концентраций сажи в цилиндре. Проводился анализ содержания токсичных компонентов в ОГ. С помощью математической модели рассчитывались параметры рабочего процесса и образования токсичных веществ в цилиндре. Обработка экспериментальных данных и расчетные исследования проводились на персональных ЭВМ МС-0502 (ДВК-3), IBM PC/AT.
Научная новизна работы заключается в том, что впервые метод оптического индицирования использован при исследовании влияния условий смесеобразования на протекание рабочего процесса и образование токсичных веществ в цилиндре дизеля. Разработана автоматизированная система для сбора и обработки экспериментальных данных на основе микро-ЭВМ, и программное обеспечение. Разработана методика и проведено комплексное исследование полей температуры и концентрации
сажи для дизеля с объемно-пленочным смесеобразованием с различными вариантами камер сгорания. Разработана математическая модель рабочего процесса дизеля и образования токсичных веществ, позволяющая учесть локальную турбулизацию воздушного заряда.
Практическая ценность. Разработанный метод исследований позволяет получить информацию о влиянии локальной турбулизации воздушного заряда в камере сгорания на формирование полей температуры и концентрации сажи в цилиндре дизеля, которые являются основой для математического моделирования внутрицшпшдровых процессов и разработки конкретных мероприятий по улучшению экологических характеристик дизелей.
Работа выполнена на кафедре "Двигатели внутреннего сгорания" Алтайского государственного технического университета им. И.И.Ползунова в 1987-1994 г.г.
Апробация работы. Основные результаты работы
докладывались на Всесоюзной научно-технической конференции
"Альтернативные топлива в двигателях внутреннего сгорания",
1988 г., г.Киров; на Всесоюзном межотраслевом научно-
техническом семинаре "Тепловыделение, теплообмен в ДВС и
теплонапряженность их деталей", 1989 г., г. Санкт-Петербург, С-
ПбГТУ; на Всесоюзном научно-практическом семинаре
"Совершенствование мощностных, экономических и
экологических показателей ДВС", 1989 г., г. Владимир, ВПИ; на
постоянно действующем научно-техническом семинаре
"Исследование рабочего процесса и систем быстроходных
дизелей", 1987-1994 г.г., г. Барнаул, АлтГТУ; на Международной
научно-технической конференции "Совершенствование
быстроходных дизелей", 1993 г., г. Барнаул, АлтГТУ.
Реализация результатов работы. Результаты работы используются в АО "Барнаултрансмаш" при разработке рабочего процесса перспективных дизелей, а также при проведении научных исследований и в учебном процессе кафедры "Двигатели внутреннего сгорания" АлтГТУ им, И.И.Ползунова.
Публикации. Основные положения работы опубликованы в 12 печатных работах, в том числе в 1 авторском свидетельстве на изобретение.
Объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, основных выводов и приложения. Работа содержит 100 страниц основного текста, 6 таблиц, 51 рисунков и приложение на 7 страницах.