Введение к работе
Актуальность проблемы. Поршневые двигатели внутреннего сгорания, работающие на бензине (ДВС), являются основными силовыми агрегатами, разработка которых - важнейший фактор развития малой авиации и автомобилестроения, что, в свою очередь, определяет актуальность исследований по улучшению качественных эксплуатационных характеристик ДВС.
Эти исследования направлены на повышение экономичности и КПД двигателя и в конечном счете на создание все более энергосберегающих двигателей внутреннего сгорания. Как известно, ДВС является одним главных потребителей нефти, разведанные мировые запасы которой в 1996 году составили 139,2 млрд. тонн при добыче 3,1 млрд. тонн в 1995 году. Другим важнейшим аспектом исследований является снижение токсичности выбросов от ДВС. Эта проблема становится все более актуальной в связи с критическим состоянием экологии. В этой связи более жесткие требования предъявляются к экологическим параметрам работы двигателя.
Таким образом, топливно-энергетические и экологические требования являются в настоящее время основными факторами, определяющими требования к авто- и авиационному транспорту.
Указанные проблемы повышают требования к организации процесса сгорания в двигателях и заставляют изыскивать средства предотвращеЕШЯ нарушений процесса сгорания, что достигается на основе глубокой интенсификации рабочего процесса в двигателях.
Одним из путей улучшения рабочего процесса ДВС является конструкционное обеспечение оптимального распределения горючего в камере сгорания таким образом, чтобы в момент зажигания в зоне свечи зажигания находилась обогащенная смесь, а по мере удаления от. свечи зажигания смесь постоянно обеднялась (завихрение или расслоение заряда).
Завихрение может достигаться с использованием различных конструктивных решений - методами форкамерно-факельного зажигания, непосредственного впрыска топлива в цилиндры или во впускной коллектор, установкой ширм, завихрителей, ввода в цилиндры дополнительного воздуха и рядом других способов. Каждый способ имеет право иа жизнь, доказанное своим успешным применением в ДВС. Однако, все эти способы не лишены и недостатков: имеет место усложнение конструкции двигателя, наблюдается повышенная жесткость работы на больших нагрузках, неполное сгорание топлива, вплоть до появления сажи и т.д.
Комбинированные конструкции, сочетающие достоинства различных способов завихрения и в принципе позволяющие продвинуть решение проблемы повышения эффективности быстроходных ДВС, сталкиваются в практическом применении со значительными трудностями из-за сложности определения оптимальных сочетаний используемых способов организации рабочего цикла в бензиновых двигателях. Кроме того большое количество экспериментальных данных о влиянии различных факторов на обобщенные
показатели эффективности ДВС получены лишь для отдельных, зачастую устаревших, типов двигателей.
Метод дополнительного завихрения заряда за счет дополнительной подачи воздуха в такте наполнения в нижнюю часть цилиндра (Самойлов Н.П., Анисимов А.Н., Залога Б.Д., Оканици Наши и др.) опробован в основном лишь для тихоходных двигателей, и до логического завершения не доведены актуальные вопросы возможности его использования в современных быстроходных ДВС, таких как ВАЗ-21083.
Цедь работы
Основной целью диссертационной работы является улучшение эксплуатационных показателей быстроходных двигателей путем завихрения смеси подачей воздуха в цилиндры.
Для; решения основной цели поставлены конкретные задачи:
1. Выполнить математический расчет и прогноз показателей
смесеобразования в двигателе, содержащим систему завихрения заряда за
счет дополнительной подачи воздуха в такте наполнения и сжатия.
2. Создать эффективную конструкцию системы завихрения заряда в
цилиндре двигателя.
-
Получить новые экспериментальные данные о показателях смесеобразования и сгорания в двигателе, содержащем систему завихрения заряда за счет дополнительной подачи воздуха в такте наполнения и сжатия.
-
Уточнить достоинства и недостатки существующих методов повышения эффективности ДВС и разработать новый способ работы ДВС.
Научная новизна
Научную новизну работы составляют:
- разработанная для быстроходного двигателя конструкция завихрения
заряда за счет подачи в цилиндры дополнительного воздуха в конце такта
наполнения и начале сжатия в нижнюю часть цилиндра через каналы,
расположенные выше нижней мертвой точки;
- количественные характеристики и уточненные закономерности
изменения энергоэкономических и экологических показателей
быстроходного бензинового двигателя за счет создания дополнительного
вихревого движения заряда в цилиндре двигателя;
- предложенный способ работы ДВС, включающий подачу воздуха в
цилиндр, сообщение ему вращательного движения и сжатие и впрыск
топлива во вращающийся поток воздуха.
Практическая ценность
Практическая ценность работы состоит:
в создании эффективной конструкции системы подачи дополнительного воздуха в цилиндры быстроходного двигателя, обеспечивющая повышение его топливной экономичности и улучшение антидетонационных, мощностных и экологических характеристик;
- в уточнении и расширении границ возможного практического
использования известных математических моделей и систем расчетного
прогнозирования показателей смесеобразования и индикаторных величин
ДВС;
- в разработке и обосновании нового схемно-конструктивного варианта
подачи в цилиндры дополнительного воздуха, обеспечивающего улучшение
эксплуатационных показателей ДВС.
Реализация
По результатам исследования по теме диссертации изготовлен один опытный образец модифицированного двигателя для автомобиля ВАЗ-21083, который эксплуатируется более двух лет с лучшими технико-экономическими п экологическими показателями , чем серийные автомобили ВАЗ-21083.
На защиту выносятся:
1. Разработанная система смесеобразования для быстроходного
бензинового двигателя с организацией в цилиндрах вихревого движения
путем подачи дополнительного воздуха через каналы, расположенные выше
нижней мертвой точки.
-
Количественные соотношения и расчетные формулы, используемые для установления связи энерго-экономических и экологических показателей рабочего цикла от показателей дополнительного вихревого потока заряда при реализации дополнительного завихрения заряда в двигателе.
-
Результаты экспериментальных исследований энерго-экономических и экологических показателей двигателя ВАЗ 21083, оснащенного системой завихрения заряда дополнительной подачи воздуха.
-
Новый способ работы ДВС, включающий подачу вращающегося потока вогздуха в цилиндре и впрыск топлива.
Апробация
Результаты исследований по теме диссертации докладывались на
Международной научно-технической конференции "Механика
Машиностроения" ММ-95, апрель 1995г. г. Набережные Челны: на 11
Республиканской научной конференции "Актуальные экологические
проблемы Республики Татарстан", ноябрь 1995г. На первом
Международном конгрессе "Новые высокие технологии для нефтегазовой промышленности и энергетики будущего". 3...6 июня 1996г. г. Тюмень.
Публикация По материалам диссертации опубликовано 4 печатные работы, в том числе одна монография. Получено положительное решение на патент Российской Федерации.
Структура и объем работы
