Введение к работе
Диссертация посвящена совершенствованию внешнего смесеобразования з автомобильных бензиновых двигателях для улучшения показателей токсичности и экономичности на режимах пуска, прогрева и холостого хода, в частности за счет применения электрического подогревателя топливовоздушной смеси.
Актуальность темы
На современном этапе развития бензиновых двигателей главными проблемами являются дальнейшее снижение токсичных выбросов с отработавшими газами (ОГ) и улучшение топливной экономичности.
Независимо от способа организации внешнего смесеобразования (карбюраторный, центральный (ЦВТ) или распределенный впрыск топлива (РВТ)) существуют особые режимы работы двигателя, в первую очередь пуск, прогрев и холостой ход, при которых образование топливовоздушной смеси (ТВС) затруднено и для повышения его качества требуется применение специальных мер.
Ухудшение испарения топлива при отрицательных температурах приводит к тому, что к моменту подачи искры испаряется лишь незначительная его часть, составляющая по разным оценкам от 3 до 10%. Поэтому для обеспечения надежного пуска двигателя в этих условиях необходимо обеспечить составы смеси a = 0,5...0,7. После пуска во время прогрева двигателя вплоть до достижения им нормального температурного режима работы также требуется обеспечение обогащенных смесей, большая часть которых не сгорает в цилиндре и выбрасывается с ОГ в окружающую среду. С экологической точки зрения режимы холодного пуска и прогрева являются самыми неблагоприятными. При этом большая часть токсичных выбросов приходится на первые 200 с городского испытательного цикла, включающего пуск двигателя.
К режимам с затрудненным смесеобразованием следует также отнести холостой ход и близкие к нему режимы глубокого дросселирования, на которые приходится 30...40% общего времени эксплуатации автомобильного двигателя. По мере дросселирования возрастает коэффициент остаточных газов и наблюдается значительная неравномерность их распределения по цилиндрам. При значительном количестве остаточных газов процесс горения протекает с пропусками отдельных циклов и повышенным выбросом токсичных компонентов с ОГ. Это также вызывает необходимость обеспечения богатых смесей на режимах глубокого дросселирования и холостого хода.
Обобщая сказанное, следует отметить, что указанные режимы работы (холодный пуск, прогрев и холостой ход) характеризуются повышенным расходом топлива и токсичностью ОГ, что наиболее остро проявляется у двигателей с карбюратором и с ЦВТ.
Один из путей улучшения этих показателей заключается в применении различных средств, активизирующих процесс смесеобразования, в том числе электрических подогревателей ТВС. Однако на отечественных двигателях подобные средства не применяются. Поэтому разработка и исследование таких устройств является в настоящее время актуальной задачей.
Цель и задачи исследования
Целью исследования является разработка базовых принципов конструирования электрических подогревателей ТВС и создание на их основе эффективного подогревателя ТВС с оценкой его влияния на показатели автомобильного бензинового двигателя.
Для ее достижения были решены следующие задачи:
1. Выполнено расчетное определение газодинамического сопротивления подогревателей смеси и дана оценка изменения наполнения двигателя при установке подогревателя на впуске.
2.Разработаны методики, созданы установки для лабораторных исследований позисторных нагревательных элементов и проведены лабораторные исследования различных вариантов подогревателей ТВС.
3.Определено влияние подогревателя на мощностные, экономические и токсические показатели двигателя на основных режимах его работы, а также влияние на пусковые характеристики и показатели холостого хода. Исследовано влияние подогревателя на процессы смесеобразования на холостом ходу двигателя.
4.Предложены способы оценки эффективности применения подогревателей ТВС и даны рекомендации по их применению на отечественных автомобильных бензиновых двигателях.
5.Разработан эффективный позисторный подогреватель ТВС для отечественных двигателей, оснащенных карбюраторами и системами ЦВТ.
Методы и объекты исследования
Теоретическое исследование влияния подогревателей на газодинамические показатели впускного тракта и оценка изменения наполнения двигателя при их установке проводились расчетным -путем с применением прикладных программ MathCAD 7.0. PRO, Excel (MS Office) и программы «ПЛАНЕКС». Для экспериментальных
исследовании использовалась вновь созданная аэродинамическая установка и моторный стенд с моделями подогревателей.
Научная новизна и практическая ценность
Разработан способ расчетного определения влияния установки подогревателя на газодинамическое сопротивление впускной системы.
Созданы методики и установки для лабораторных исследований позисторных нагревательных элементов.
Получена многофакторная зависимость изменения газодинамического сопротивления впускного тракта от различных конструктивных параметров подогревателя.
Разработаны способы оценки эффективности применения подогревателей ТВС на двигателе и определен комплекс требований к автомобильным электрическим подогревателям ТВС.
Решена задача по созданию подогревателя ТВС на основе применения нагревательного элемента из позисторной керамики.
Практическая реализация
-
Разработанная конструкторская документация на подогреватель и результаты исследований переданы ООО «Завод «Автоприбор» (г.Владимир), которым изготовлена опытно-промышленная партия подогревателей и налаживается промышленный выпуск.
-
В ПАТП-1 (г.Владимир) с 1998 года проводится эксплуатация городских автобусов с разработанными подогревателями ТВС.
Публикации
По результатам исследования опубликованы 4 статьи и подана заявка на предполагаемое изобретение.
-
Свирин О.А., Русаковский М.А., Драгомиров С.Г. Подогреватели топливовоздушной смеси для автомобильных двигателей// Совершенствование мощностных, экономических и экологических показателей ДВС. Владим.гос.ун-т. - Владимир, 1997.
-
Свирин О.А., Русаковский М.А., Драгомиров С.Г. Влияние, конструкции подогревателя топливовоздушной смеси на газодинамическое сопротивление впускного тракта двигателя// Совершенствование мощностных, экономических и экологических показателей ДВС. Владим.гос.ун-т. - Владимир, 1999.
-
Русаковский М.А., Драгомиров С.Г., Свирин О.А. Электроподогреватели топливовоздушной смеси для автомобильных двигателей// Пути совершенствования технической эксплуатации . и ремонта машин АТК. Владим.гос.ун-т. - Владимир, 1999.
-
Эфрос В.В., Драгомиров СП, Русаковский М.А. Позисторные подогреватели топливовоздушной смеси для автомобильных бензиновых двигателей// Решение экологических проблем в автотранспортном комплексе. Московский гос.автомоб.-дор.ин-т. - М., 1999.
-
Подогреватель топливовоздушной смеси для автомобильного двигателя/ СП Драгомиров, В.В.Эфрос, О.А.Свирин, М.А. Русаковский, Л.Г.Марыгин, Е.М.Косяков. Заявка № 2000105721 от 07.03.2000г. МПК F02M 29/00, F02M 31/00.
Структура и объем диссертации
