Метод совершенствования процесса смесеобразования для двигателя с искровым зажиганием и расслоением заряда (1095054), страница 10
Текст из файла (страница 10)
Результаты моделирования смесеобразования при ξ = 0,455:а – фотография смесеобразования при GвΣ = 22 кг/ч; б – картина смесеобразованияпри GвΣ = 22 кг/ч; в – фотография смесеобразования при GвΣ = 43 кг/ч; г – картинасмесеобразования при GвΣ = 43 кг/ч65сгорания, а под большим вытеснителем наблюдается застойная зона. При резкойотсечкевпуска (закрытии заслонки 11) в цилиндре сохранялось вихревоедвижение заряда. Следует отметить, что при подводе заряда только по«смесевому»каналунаперифериюкамерысгораниядвижениезарядаопределялось тангенциальным направлением этого канала, а при подводе зарядатолько по «воздушному» каналу направление движения заряда в цилиндременялось на противоположное.
Высокая контрастность картины течения в камересгорания указывала на малое перемешивание воздуха и дыма. Можно отметить,что «обогащенная смесь» (чистый воздух) скапливается возле стенок камерысгорания. При полном открытии дроссельных заслонок в цилиндре происходитслияние двух вихрей в один общий с концентрацией "чистого воздуха" (дыма) наоси цилиндра (рисунок 3.11, в).Сравнение результатов математического и физического моделирования(рисунок 3.12) показывает хорошее качественное соответствие между ними,учитывая тот факт, что результаты эксперимента были получены в наклонной, ане в горизонтальной плоскости.
Устойчивое расслоение заряда обеспечиваетсятолько при высоких нагрузках, что соответствует большим расходам воздухачерез цилиндр, при этом богатая смесь сосредотачивается на периферии камерысгорания в соответствии с разработанной концепцией. Структура течения,полученная в результате расчетов на частичной и полной нагрузке, соответствуеткартинам, полученным при физическом моделировании.
На частичных нагрузкахнаблюдается разнонаправленное вихревое движение заряда, тогда как при полнойнагрузке свежий заряд вовлекается в единый вихрь, вращающийся вокругвертикальной оси цилиндра.66Рисунок 3.12. Сравнение результатов расчетных и экспериментальныхисследований при GвΣ = 43 кг/ч:а – распределение богатой смеси по цилиндру (расчет); б – распределениебогатой смеси по цилиндру (эксперимент); в – локальные векторы скоростисвежего заряда; г – картина вихревого движения, полученная на основаниинаблюдений в ходе эксперимента673.3.
Выводы по третьей главе1.Проведеноматематическоемоделированиепроцессасмесеобразования при впуске в ДВС с расслоением заряда, а также егофизическое моделирование на безмоторной экспериментальной установке пометоду «лазерного ножа».2.Результатыматематическогомоделированияпроцессасмесеобразования при впуске заряда в цилиндр продемонстрировали, чтополучение однонаправленного вихревого движения в цилиндре, котороетребуются для реализации разработанного процесса смесеобразования, возможнотолько при относительно высоких расходах воздуха.3.В результате математического моделирования установлено, чтотребуемое распределение богатой смеси по цилиндру может быть полученотолько при относительно высоких расходах воздуха.4.Результаты физического моделирования соответствуют результатамматематическогомоделирования,использованногометодачточисленногосвидетельствуетмоделированияиспользования в дальнейших исследованиях.иодостоверностивозможностиего68ГЛАВА 4.
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ УСТАНОВКА С ВЫДЕЛЕННЫМЦИЛИНДРОМ И ЕГО ИССЛЕДОВАНИЕ НА МОТОРНОМ СТЕНДЕИсследования на моторных стендах являются ключевыми в разработкедвигателей внутреннего сгорания. Несмотря на обилие расчетных программ,возможности математического моделирования рабочих процессов двигателяограничены, поэтому реальные параметры ДВС могут быть получены только приисследованиях на моторном стенде. В данной работе стендовые исследованияпроводились на основании результатов моделирования, что позволило снизитьколичество экспериментов.4.1. Экспериментальная установка для проведения исследованийДля проведения исследований была изготовлена экспериментальнаяустановкасвыделеннымцилиндромнабазеполноразмерногочетырехцилиндрового ДВС УМЗ-414 (рисунок 4.1).Экспериментальная установка содержала двигатель 1, три цилиндракоторогоявлялисьвспомогательнымииработалипрификсированном,специально подобранном положении дроссельной заслонки карбюратора и углахопережения зажигания θ, рекомендованных заводом-изготовителем.
Работа трехцилиндров была необходима для получения полных характеристик выделенногоцилиндра. Питание трех вспомогательных цилиндров осуществлялось черезобщую впускную трубу 16, подсоединенную к карбюратору 15 модели К-126.Выпуск ОГ трех вспомогательных цилиндров осуществлялся в общую выпускнуютрубу 2.Система питания выделенного цилиндра содержала сдвоенную впускнуютрубу 4 (см. рисунок 2.7), которая была соединена с двумя карбюраторами К-12711 и 13. Во время исследований выделенный цилиндр снабжался как базовойголовкой цилиндра (рисунок 4.2, а), так и экспериментальной (рисунок 4.2, б).69Рисунок 4.1. Схема экспериментальной установки:1 – двигатель; 2 – выпускная труба вспомогательных цилиндров;3 – регулировочная игла; 4 – впускная труба выделенного цилиндра;5 – тормозное устройство; 6 – выпускная труба выделенного цилиндра;7 – магистраль подвода ОГ на газоанализаторы; 8 – газоанализатор CO и CH;9 – газоанализатор NOx; 10 и 12 – счетчики расхода воздуха; 11 – карбюратор длядозирования воздуха в выделенный цилиндр; 13 – карбюратор для дозированиясмеси в выделенный цилиндр; 14 – штихпробер; 15 – карбюраторвспомогательных цилиндров; 16 – впускная труба вспомогательных цилиндровКарбюраторы были подсоединены к газовым счетчикам 10 и 12 модели РГ-40 дляизмерения расходов воздуха Gв1 и Gв2.
Привод дроссельных заслоноккарбюраторов был выполнен раздельным для обеспечения возможностирегулированиякоэффициентарасслоениязаряда.Карбюратор13,предназначенный для подвода в выделенный цилиндр топливовоздушной смеси,подсоединялся к штихпроберу 14 с объемами колб 38, 27 и 8 см3 для измерениярасходатопливаGТ.Количествоподаваемоготопливаизменялосьрегулировочной иглой 3. Карбюратор 11 дозировал в выделенный цилиндрчистый воздух.
Выпускная труба 6 выделенного цилиндра была снабжена зондомдля отбора проб ОГ, соединенным через магистраль 7 с газоанализаторами.70Рисунок 4.2. Головки выделенного цилиндра:а – базовая головка; б – экспериментальная головкаКонцентрация CO и CH (CCO и CCH) измерялась газоанализатором 8 моделиБекман-590, концентрация NOx (CNOx) – газоанализатором 9 модели Бекман-951.Крутящий момент Me двигателя и число оборотов коленчатого вала n измерялисьэлектробалансирной установкой 5. Техническая характеристика выделенногоцилиндра приведена в таблице 4.1, внешняя скоростная характеристикаисследуемого двигателя – на рисунке 4.3.
Общий вид двигателя на моторномстенде показан на рисунке 4.4.Таблица 4.1. Техническая характеристика выделенного цилиндраДиаметр цилиндра, м92∙10-3Ход поршня, м92∙10-3Число тактов4Система охлажденияжидкостнаяТип камеры сгоранияплоскоовальнаяСтепень сжатия6,8Свеча зажиганияА-11БензинАИ-8071Рисунок 4.3. Внешняя скоростная характеристика двигателя УМЗ-414Двигатель был снабжен экспериментальным распределителем зажигания сдвумя кулачковыми шайбами (рисунок 4.5), что позволяло регулировать уголопережения зажигания в выделенном цилиндре независимо от угла опережениязажигания во вспомогательных цилиндрах и измерять его с помощью стробоскопаСТ-5 (рисунок 4.6).Рисунок 4.4.
Двигатель на моторномРисунок 4.5. Экспериментальныйстендераспределитель зажигания72Рисунок 4.6. Схема системы зажигания в экспериментальной установке:1 – двигатель; 2 – ключ отключения зажигания в выделенном цилиндре;3 – катушки; 4 – прерыватель; 5 – кулачковая шайба выделенного цилиндра;6 – кулачковая шайба вспомогательных цилиндров; 7 – регулятор углаопережения зажигания в выделенном цилиндре; 8 – стробоскоп4.2.
Методика исследованийИсследования на моторном стенде проводились в соответствии сположениями ГОСТ 14846-81 [9] и были проведены в два этапа:1. Подбор значений коэффициента расслоения ξ.2. Сравнительные исследования базового рабочего процесса и процесса срасслоением заряда.Длявыборазначенияξ,прикоторомпроводилисьдальнейшиеисследования, были получены регулировочные характеристики по составу смесина режиме максимального крутящего момента при частичной и полной нагрузкена режиме n = 2200 мин-1.
Диапазон возможных значений ξ был предварительнооценен при моделировании процесса смесеобразования, что позволило сократить73количество экспериментов. Выбор регулировочных характеристик обусловлентем, что основной особенностью разработанного рабочего процесса являетсявозможность работы на бедных смесях, поэтому целесообразно было проведениеисследований на фиксированном скоростном режиме, но при различныхзначениях α.Сравнительные исследования базового рабочего процесса и процесса срасслоением заряда проводились на режимах частичной и полной нагрузки при n= 2700 мин-1, что соответствует режиму максимального крутящего момента, иуглах опережения зажигания θ, рекомендованных заводом-изготовителем.Мощностныеиэкономическиепоказателивыделенногоцилиндраопределялись методом отключения в нем зажигания [13].
Для определенияиндикаторноймощностивыделенногоцилиндраполучалиэффективнуюмощность при работе четырех цилиндров Ne4 по известной формулекВт,(4.1)где Me – эффективный крутящий момент, Н/м; n – частота вращения коленчатоговала двигателя, мин-1. Затем ключом 2 (см. рисунок 4.5) отключали зажигание ввыделенном цилиндре, выводили двигатель на тот же скоростной режим иизмеряли эффективную мощность при работе на трех вспомогательныхцилиндрах Ne3. Таким образом, индикаторную мощность выделенного цилиндраполучали по формуле, кВт.Полученноезначениемощностииспользовалось(4.2)прирасчетеудельногоиндикаторного расхода топлива:г/кВт∙ч,(4.3)где GТ – часовой расход топлива через выделенный цилиндр, кг/ч.Коэффициент избытка воздуха в заряде, поступающем в выделенныйцилиндр, определялся по формулеαвТгде l0 – стехиометрическое количество воздуха для сжигания 1 кг топлива.(4.4)74Коэффициент избытка воздуха в смеси, поступавшей в выделенныйцилиндр через смесевой канал, определялся по формулеα(4.5)∙4.3.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
