Введение к работе
Актуальность исследований. Развитие двигателестроения на современном этапе связано с ростом удельной мощности двигателей. Это вызывает повышенную теплонапряженность деталей, ухудшает рабочий процесс в цилиндре, увеличивает тепловую нагрузку на систему охлаждения и сказывается на работоспособности и долговечности двигателя. Кроме того, высокие температуры рабочего процесса способствуют образованию и росту содержания оксидов азота в отработавших газах (ОГ), которые, с учетом интегральной характеристики составляющих вредных компонентов, представляют наибольшую экологическую опасность.
Впрыскивание воды в камеру сгорания двигателя, воздействуя на максимальные температуры цикла, позволяет уменьшить концентрацию оксидов азота в ОГ и снизить тепловую нагрузку на систему охлаждения двигателя. Однако вопросы одновременного улучшения этих показателей при сохранении на прежнем уровне мощности и экономичности карбюраторного двигателя разработаны недостаточно. Необходимы: дальнейшее изучение физики процессов нагрева и испарения воды, происходящих в форсунке и цилиндре; создание моделей, учитывающих влияние теплообмена воды и внутрицилиндровых газов на их термодинамические параметры; исследование влияния и определение оптимальных значений момента и количества подачи воды на рабочий процесс для эксплуатационных режимов.
Эти работы, определяющие концепцию оптимального воздействия на температурный режим в цилиндре с целью комплексного снижения концентрации оксидов азота и тепловых потоков в систему охлаждения, актуальны и имеют важное практическое значение.
Цель работы. Улучшение эксплуатационных показателей карбюраторного двигателя путем оптимизации температурного режима рабочего цикла при впрыскивании воды в камеру сгорания.
Задачи исследований. В соответствии с поставленной целью решены следующие основные задачи:
разработаны модель, алгоритм и методика расчета параметров рабочего процесса при впрыскивании воды в цилиндр;
проведен расчетно-теоретический анализ влияния угла впрыскивания и количества впрыскивания воды на мгновенные и средние температуры цикла, а также оценено перераспределение теплового потока в систему охлаждения двигателя;
проведен многофакторный эксперимент для изучения комплексного влияния угла впрыскивания воды и ее количества на средние температуры газов, образование оксидов азота, мощностные и экономические показатели;
разработаны модель, алгоритм и пакеты прикладных программ, позволяющие осуществлять расчет и выбор оптимальных параметров угла впрыскивания и количества воды;
разработаны рекомендации и оценена экономическая эффективность научных разработок.
Методы исследований и достоверность результатов. Решение конкретных задач для достижения поставленной цели осуществлялось: обобщением предшествующих работ, теоретическим анализом параметров и количественных характеристик, математическим и физическим моделированием процессов, происходящих в двигателе и его системах, проведением экспериментальных стендовых исследований карбюраторного двигателя ГАЗ - 52 с использованием стандартных методов и методик, современных приборов с автоматической регистрацией процессов и применением ЭВМ. Обработка опытных данных и их графическое представление выполнялось в приложениях STATISTIKA (версия 5) и EXSEL-97. Работа выполнена в период 1996... 2000 гд\
Достоверность научных положений, выводов, результатов исследований и рекомендаций подтверждается выбором физических моделей, базирующихся на фундаментальных положениях теории горения, законах термодинамики и тепло - массообмена, адекватностью теоретических положений, результатами экспериментальных исследований; внедрением разработок автора в учебный процесс и научно-исследовательскую работу.
Научную новизну работы составляют:
математическая модель рабочего процесса карбюраторного двигателя при впрыскивании форсункой воды в камеру сгорания;
методики расчета термодинамических параметров продуктов сгорания при впрыскивании воды,
математическая модель оптимизации параметров впрыскивания: угла и количества воды в камеру сгорания на различных эксплуатационных режимах;
методика определения оптимальных параметров впрыскивания воды.
Практическую значимость работы представляют:
алгоритмы и пакеты прикладных программ, позволяющие осуществлять расчет термодинамических параметров рабочего процесса и выбор оптимальных параметров впрыскивания воды для одновременного снижения термической нагрузки и токсичности работы двигателя;
рекомендации по оптимальным регулировкам впрыскивания воды с целью уменьшения уровня температур цилиндровых газов и снижению выбросов оксидов азота с ОГ двигателя.
Реализация результатов исследований. Основные результаты исследований, реализованные в виде рекомендаций по уменьшению: тепло-напряженности двигателя; теплоты передаваемой в систему охлаждения;
образования и выбросов оксидов азота с ОГ при сохранении неизменными мощностных и экономических показателей карбюраторных двигателей путем обоснования оптимальных пределов значений параметров подачи воды в камеру сгорания, приняты к внедрению в учебный процесс СПбТАУ, Тверской ГСХА и учебно-научного центра «ТверьАгро», а также в производственную работу ПРЭС ОАО ЛЕНЭНЕРГО.
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы доложены и одобрены на научно-практических конференциях Тверской ГСХА (1996 - 1998 г.г.), на Межгосударственных научно-технических семинарах стран СНГ (СПбГАУ, 1996 - 1999 г.г.), на Международных научно-технических конференциях Санкт-Петербургского ГТУ (1998 - 2000 г.г.).
Публикации. Результаты исследований по теме диссертационной работы изложены в 8 работах.
Структура и объем работы. Диссертационная работа изложена на 3S~ страницах, в том числе /^страницах машинописного текста, рисунках, .2 таблицах, IS страницах приложения и состоит из введения, семи разделов, заключения, списка литературы из 111 наименований и приложения.
