Метод совершенствования процесса смесеобразования для двигателя с искровым зажиганием и расслоением заряда (1095054), страница 11
Текст из файла (страница 11)
Оценка погрешностей измеренийПриборы, использованные в исследованиях, удовлетворяли требованиямГОСТ 14846-81 к измерительной аппаратуре, применяемой при испытанияхдвигателей.Погрешностиприборов,использованныхприисследованиях,приведены в таблице 4.2. Для исключения влияния грубых ошибок на результатыисследований для каждого определяемого показателя проводились повторныеизмерения.4.3.1. Оценка погрешностей прямых измерений1. Измерение крутящего момента:Абсолютная погрешность:∙где M3, M4 – крутящий момент двигателя при работе на трех и четырех цилиндрах,соответственно;Относительная погрешность при M4 = 160 Н∙м:2.
Измерение частоты вращения коленчатого вала:Абсолютная погрешность:75Таблица 4.2. Погрешности измерительных приборовПараметрКрутящиймоментОборотыколенчатоговалаЕд.изм.ПриборН∙ммин-1Абсолютная Относительнаяпогрешность погрешность, %± 1,00,20± 100,25± 0,290,75Электробалансирнаяустановка CPF-13Контрольныйобъем топливасмШтихпробер собъемами колб 38,27 и 8 см3Времярасходованияконтрольногообъема топливасСекундомер± 0,301,0Объемныйрасход воздухам3/чСчетчик РГ-40± 0,601,0КонцентрацияCO в ОГ%± 1,010± 20010± 2505,0КонцентрацияCH в ОГКонцентрацияNOx в ОГ3млнГазоанализаторBeckman 590-1ГазоанализаторBeckman 951Относительная погрешность при n = 2700 мин-1:3.
Измерениеобъема топлива:контрольного(4.6)где ΔVТ = 0,29 см3 – абсолютная погрешность измерения контрольного объематоплива; VТ = 38 см3 – мерный объем штихпробера;∙∙764. Измерение объемного расхода воздуха:где Vв1, Vв2 – объемный расход воздуха через смесевой и воздушный каналы,соответственно;5. Измерение концентрации токсических веществ:где CCO, CCH, CNOx – концентрации CO, CH и NOx в ОГ;4.3.2.
Оценка погрешностей косвенных измерений1. Определение мощности:Погрешность определения индикаторной мощности выделенного цилиндрапри Ni = 13 кВт, Ne4 = 44 кВт, Ne3 = 31 кВт:∙∙2. Определение суммарного объемного расхода воздуха VвΣ через цилиндрпри VвΣ = 42 м3/ч:где ΔVв1 = ΔVв2 = 0,6 м3/ч – абсолютная погрешность измерения объемногорасхода воздуха.3. Определение массового расхода воздуха:(4.7)77(4.8)где ρв – относительная погрешность определения плотности воздуха:(4.9)где Pв = 0,0010 – относительная погрешность измерения давления воздуха; Tв =0,0017 – относительная погрешность измерения температуры воздуха, тогда:4. Определение массового расхода топлива:(4.10)где= 0,010 – относительная погрешность измерения времени расходаконтрольного объема топлива; ρТ – относительная погрешность определенияплотности топлива:(4.11)где PТ = 0,0010 – относительная погрешность измерения давления топлива; TТ =0,0017 – относительная погрешность измерения температуры топлива, тогда:5.
Определение коэффициента избытка воздуха:αα6. Определение удельного индикаторного расхода топлива:784.4. Результаты исследований выделенного цилиндра на моторном стенде4.4.1. Влияние коэффициента расслоения на параметры рабочего процессаРезультаты исследований, проведенных при различных значениях ξ на двухнагрузочных режимах (рисунки 4.7 и 4.8) показывают, что уменьшение ξприводит к снижению максимальной для данного режима удельной индикаторноймощности, но к увеличению α. На малых нагрузках при увеличении ξ снижаетсяудельный индикаторный расход топлива, что указывает на целесообразностьувеличения энергии заряда как для образования около свечи зажигания зоны собогащенной смесью, так и для создания необходимой турбулизации заряда,которая больше влияет на эффективность сгорания, чем возможность увеличенияпределов эффективного обеднения. При увеличении коэффициента наполнения ηVувеличивается Gв1, а также энергия вихревого движения в камере сгорания, т.
е.создаются условия для уменьшения ξ и увеличения расслоения заряда в камересгорания, что способствует эффективной работе ДВС на более бедных смесях.Рисунок 4.7. Сравнительные регулировочные характеристики по составу смесипри n = 2200 мин-1; ηV = 0,29; θ = 50° п. к. в.79Рисунок 4.8. Сравнительные регулировочные характеристики по составу смесипри n = 2200 мин-1; ηV = 0,6; θ = 35° п. к. в.Для проведения дальнейших исследований было выбрано значение ξ = 0,45, какобеспечивающее наилучшие характеристики топливной экономичности присохранении удовлетворительных мощностных параметров в широком диапазонеα.4.4.2. Сравнительные исследования выделенного цилиндра, работающего побазовому процессу и процессу с расслоением зарядаРезультатыисследований(рисунки4.9и4.10)показывают,чтомаксимальная мощность выделенного цилиндра, работающего по базовомупроцессу, больше, чем при работе с расслоением заряда, на 3…4 %, ввидуснижения коэффициента наполнения из-за применения тангенциального впускногоканала с перегородкой.
Однако при работе на стехиометрических смесяхмощности выравниваются, а при дальнейшем обеднении смеси мощность80Рисунок 4.9. Сравнительные регулировочные характеристики по составу смеси,полученные при ηV = 0,39 на режиме n = 2700 мин-1, θ = 37 ± 1° п. к. в.:1, 2 – мощностные составы смеси для базового процесса и процесса с расслоениемзаряда; 3, 4 – пределы экономичного обеднения для базового процесса и процессас расслоением заряда;– – – – – базовый процесс; –––– – процесс с расслоением зарядавыделенного цилиндра, работающего с расслоением заряда, превышает мощностьцилиндра при работе по базовому процессу. Стоит отметить высокуюэффективность рабочего процесса с расслоением заряда – по сравнению с базовымпроцессом он обеспечивает меньшие значения gi, а также меньшее содержание CO иCH в ОГ в широком диапазоне изменения α.При работе на пределе экономичного обеднения gi цилиндра, работающегос расслоением заряда, улучшается на 10…12 %.
При этом выбросы CO с ОГснижаются с 0,41 до 0,2 % (на 52 %), выбросы CH – с 45 до 21 млн-1 (на 54 %),выбросы NOx – с 2282 до 1047 млн-1 (на 54 %). Предел экономичного обеднения81Рисунок 4.10. Сравнительные регулировочные характеристики по составу смеси,полученные при полностью открытых дроссельных заслонках (ηV = 0,89 (длябазового процесса), ηV = 0,86 (для процесса с расслоением заряда)) на режимеn = 2700 мин-1, θ = 29 ± 1° п.к.в.:1, 2 – мощностные составы смеси для базового процесса и процесса с расслоениемзаряда; 3, 4 – пределы экономичного обеднения для базового процесса и процессас расслоением заряда----- – базовый процесс; ––– – процесс с расслоением зарядаопределяется моментом начала пропусков зажигания, то есть последнейэкспериментальной точкой с минимальными значениями выбросов CH (см.рисунок 4.9, 4.10).824.5.1.Выводы по четвертой главеДля проведения сравнительных исследований на моторном стендеизготовленаэкспериментальнаяустановкасвыделеннымцилиндром,предназначенным для работы по различным рабочим процессам.
На установкепроведены стендовые исследования выделенного цилиндра с тангенциальнымподводом расслоенного заряда, в результате которых определен коэффициентрасслоения заряда для проведения дальнейших исследований.2.Сравнительные исследования выделенного цилиндра, работающего побазовому рабочему процессу и процессу с расслоением заряда, показали, чтомаксимальная мощность выделенного цилиндра при работе с расслоением зарядаснижается на 3-4 % ввиду снижения коэффициента наполнения, вызванногоиспользованием тангенциального впускного канала с перегородкой и системыпитания с двумя карбюраторами.3.Результаты исследований демонстрируют, что при обеднении смесидо уровня α > 1,1 мощность выделенного цилиндра при работе с расслоениемзаряда превышает мощность при работе по базовому процессу, а эффективностьрабочего процесса, которая характеризуется величиной gi, выше во всемдиапазоне α.4.При работе на пределе экономичного обеднения с использованиемрасслоения заряда получено улучшение топливной экономичности более чем на10 %, при снижении концентрации в ОГ оксида углерода на 52 %, углеводородовна 54 % и оксидов азота на 54 % по сравнению с базовым рабочим процессомблагодаря улучшению эффективности сгорания.83ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ1.Предложен новый процесс смесеобразования для двигателя с искровымзажиганием и расслоением заряда в цилиндре, особенностью которого является то,что при впуске и сжатии происходит образование богатой смеси у стенки камерысгорания, а бедной смеси вплоть до чистого воздуха – в ее центре при интенсивномвихревом движении заряда вокруг оси цилиндра.2.Разработаны и изготовлены опытные образцы сдвоенной впускнойтрубы и головки цилиндра с тангенциальным впускным каналом, разделеннымперегородкой.3.Проведенырасчетныеимодельныеисследованияпроцессасмесеобразования при использовании опытных образцов головки цилиндра ивпускной трубы, которые показали возможность реализации разработанногорабочего процесса в ДВС с искровым зажиганием.4.Намоторномстендепроведенысравнительныеисследованиявыделенного цилиндра экспериментальной установки, которые показали, что приработе цилиндра с расслоением заряда на пределе экономичного обеднения выбросыCO, CH и NOx с ОГ снижаются на 40…50 %, при одновременном улучшениитопливной экономичности более чем на 10 % по сравнению с базовым процессомсмесеобразования.84ПЕРЕЧЕНЬ ИСПОЛЬЗОВАННЫХ СОКРАЩЕНИЙ И ОБОЗНАЧЕНИЙВМТ – верхняя мертвая точкаДВС – двигатель внутреннего сгоранияед.
изм. – единица измеренияКПД – коэффициент полезного действияНВБ – непосредственное впрыскивание бензинаОГ – отработавшие газып. к. в. – поворот коленчатого валаПО – программное обеспечениеСАПР – система автоматического проектированияaij – j-й коэффициент i-го уравненияA – матрица коэффициентовbi – i-й элемент вектора– известный векторС – концентрация компонента смеси, 1/м3CCO – концентрация оксида углерода в отработавших газах, %CCH – концентрация углеводородов в отработавших газах, млн-1CNOx – концентрация оксидов азота в отработавших газах, млн-1CO – оксид углеродаCO2 – углекислый газCH3, CH – углеводородыCFD – Computational Fluid DynamicsD – коэффициент диффузии, м2/сDc – коэффициент концентрационной диффузии, м2/сDц – диаметр цилиндра, мFf – значение переменной на грани ячейкиFt – площадь поперечного сечения соединительного канала форкамеры, м2gi – удельный индикаторный расход топлива, г/кВт∙чGвΣ – расход воздуха через цилиндр, кг/ч85Gв1 – расход воздуха через смесевой канал, кг/чGв2 – расход воздуха через воздушный канал, кг/чGТ – часовой расход топлива, кг/чGi – объемная сила, Нh – ход клапана, ммH – энтальпия, ДжH, H2 – водородHвн.
– энтальпия жидкости, поступающей из-за пределов расчетной области,Джi, j, k – индексы, определяющие направление декартовой системы координатk – кинетическая энергия турбулентности, м2/с2k-ε и k- – модели турбулентностиl0 – стехиометрическое количество воздуха для сжигания 1 кг топлива, кгL – характерный размер, мmв – масса воздуха, кгmд – масса дыма, кгmт – масса топлива, кгMe – эффективный крутящий момент, Н∙мM3, M4 – крутящий момент двигателя при работе на трех и четырехцилиндрах, соответственноn – частота вращения коленчатого вала, мин-1Ne – эффективная мощность, кВтNi – индикаторная мощность, кВтNe3 – мощность двигателя при работе на трех цилиндрах, кВтNe4 – мощность двигателя при работе на четырех цилиндрах, кВтNOx – оксиды азотаp, P – давление, Паp0 – предварительное значение давления, Паp' – корректирующая поправка при расчете давления, ПаPотн.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
