Метод совершенствования процесса смесеобразования для двигателя с искровым зажиганием и расслоением заряда (1095054), страница 2

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 2)

В работе были использованы:метод математического моделирования процесса смесеобразования привпуске заряда в цилиндр;экспериментальный метод исследования на безмоторной установке привпуске заряда в цилиндр с визуализацией процесса смесеобразования;экспериментальный метод исследования на моторном стенде сполучением сравнительных показателей выделенного цилиндра экспериментальнойустановки, работающего по базовому рабочему процессу и процессу с расслоениемзаряда.Объектами исследования являлись:головка цилиндра с разделенным тангенциальным впускным каналом;сдвоенная впускная труба для раздельного подвода в цилиндр богатойсмеси и чистого воздуха;выделенный цилиндр экспериментальной установки, изготовленной набазе полноразмерного ДВС УМЗ-414.Предмет исследования – процесс смесеобразования в ДВС с искровымзажиганием и расслоением заряда.Научная новизна работы заключается:7в новом процессе смесеобразования для ДВС с искровым зажиганием, вотношении которого автором получен патент РФ № 2544418 на два изобретения(приложение А);в методике расчета и результатах математического моделированияпроцесса смесеобразования при впуске расслоенного заряда в цилиндр;в методике проведения исследований на безмоторной установке ирезультатах физического моделирования расслоения заряда в цилиндре при впуске;в результатах проведенных на моторном стенде сравнительныхисследований выделенного цилиндра, работающего по базовому рабочему процессуи процессу с расслоением заряда.Достоверность результатов исследования подтверждается:использованием известных математических моделей при расчетепроцессов впуска и смесеобразования, а также согласованием результатовматематического и физического моделирования;использованиематтестованнойиповереннойизмерительнойаппаратуры, а также методик исследования, соответствующих действующимстандартам для испытаний ДВС.Практическая ценность работы:результаты работы могут быть использованы при создании новыхДВС с целью улучшения показателей экологичности и топливной экономичности,а также при проведении исследований в области рабочих процессов ДВС;установка для моделирования и методика проведения на нейэкспериментальных исследований внедрены в учебный процесс кафедры"Автомобили и двигатели" Московского государственного индустриальногоуниверситета;экспериментальная установка на базе ДВС с выделенным цилиндромиспользуется при исследовании рабочего процесса ДВС в ООО «Мотор Ком».Апробация работы.

Основные положения работы докладывались, былиобсуждены и одобрены на конференциях "Молодая наука-АФ" (г. Москва, МГИУ,19 апреля 2012 г.), "6-е Луканинские чтения. Решение энерго-экологических8проблем в автотранспортном комплексе" (г. Москва, МАДИ, 29 января 2013 года),"Современный автомобиль и его взаимодействие с окружающей средой" (г. Вязьма,филиал МГИУ в г. Вязьме, 19 марта 2013 г.), "Машиностроение и инжиниринг вРоссии и странах СНГ 2014" (г. Вязьма, филиал МГИУ в г. Вязьме, 29 апреля 2014г.), "Будущее машиностроения России" (г. Москва, МГТУ им Н. Э. Баумана, 24-27сентября 2014 г.).На защиту выносятся:новый способ смесеобразования для ДВС с искровым зажиганием ирасслоением заряда;результатыматематическогоифизическогомоделированиясмесеобразования при впуске расслоенного заряда в цилиндр ДВС;результаты сравнительных исследований, проведенных на моторномстенде с использованием экспериментальной установки с выделенным цилиндром,работающим по базовому процессу и процессу с расслоением заряда.Публикации.

По материалам проведенных исследований опубликовано 6статей, в том числе 5 статей в изданиях, рекомендованных ВАК, 5 статей всборниках трудов научных конференций, а также получен патент РФ на дваизобретения.Структура и объем работы. Диссертация объемом 110 страниц состоит извведения, четырех глав, заключения и приложений; содержит 99 страниц основноготекста, 46 рисунков, 4 таблицы и список использованной литературы из 105наименований.Диссертационная работа выполнена на кафедре автомобилей и двигателейФГБОУ ВПО «Московский государственный индустриальный университет»(ФГБОУ ВПО «МГИУ»).9ГЛАВА 1.

АНАЛИЗ ИССЛЕДОВАНИЙ, НАПРАВЛЕННЫХ НАСНИЖЕНИЕ ВЫБРОСОВ ВРЕДНЫХ ВЕЩЕСТВ В ДВИГАТЕЛЯХ СИСКРОВЫМ ЗАЖИГАНИЕМ1.1. Способы снижения выбросов вредных веществ с ОГ двигателей сискровым зажиганиемКонструирование современных ДВС подразумевает решение комплексапроблем, от увеличения мощности до снижения стоимости производства.Большие усилия прилагаются для снижения токсичности ОГ и приведения ее всоответствие с современными нормами. Фундамент этих работ заложенотечественными учеными, такими как: Воинов А. Н. [5–7], Гуссак Л.

А. [1, 11],Ерохов В. И. [18, 37], Кавтарадзе Р. З. [24–26, 97], Кузнецов И. В. [23, 31–33],Свиридов Ю. Б. [48, 49], Семенов Н. Н. [51], Соболев Л. М. [52, 53],сотрудниками НАМИ Вахошиным Л. И. [42, 55], Звоновым В. А. [20, 21], ЗленкоМ. А. [22], Каменевым В.

Ф. [28, 30, 44], Кутенёвым В. Ф. [2, 40, 43], СонкинымВ. И. [57] и др., а также зарубежными учеными Рикардо Г. Р. [88, 89], ХэйвудомД. Б. [75–77] и др.Полное описание всех способов снижения токсичности ОГ только вдвигателях с искровым зажиганием достойно отдельной работы, поэтому вданнойглаверассмотренытечтополучилинаибольшееразвитиеираспространение:1. Системы каталитической нейтрализации – используются в двигателях,работающих на стехиометрических топливовоздушных смесях [12, 79]. Основнойэлемент системы – трехкомпонентный каталитический нейтрализатор, в которомпроисходят реакции восстановления NOx, а также окисления CO и CH. Этоустройство имеет высокий коэффициент преобразования токсических веществ,однако очень узкий рабочий диапазон по коэффициенту избытка воздуха – α =0,99…1,0.

В связи с этим требуется применение системы электронного10управлениясотрицательнойобратнойсвязью,котораяосуществляетрегулирование впрыскивания на основании показаний датчиков. Еще однимнедостатком работы на смесях с α ≈ 1 является невозможность увеличениямощности или топливной экономичности путем изменения состава смеси.

Такжестоит отметить увеличение расхода редкоземельных металлов в связи с ростомобъемов производства нейтрализаторов.2. Системы рециркуляции ОГ – используются для снижения выбросов NOx[19, 91]. Под рециркуляцией понимается подача ОГ из выпускной системы вовпускную систему, или увеличение количества ОГ в цилиндре посредствомраннего закрытия выпускного клапана (внутренняя рециркуляция). РециркуляцияОГ позволяет снизить выбросы NOx на 60…80 %, однако увеличение долирециркулирующих газов в общем объеме свежего заряда (степень рециркуляции)ведет к снижению топливной экономичности и ухудшению условий сгорания.Преимуществом системы рециркуляции является то, что она может применяться вдвигателях, работающих на любых составах смеси. Главным недостаткомсистемы рециркуляции является то, что она снижает выбросы только одноготоксического компонента ОГ, являясь при этом достаточно сложной системой (всовременных системах используется электронное управление и охладители ОГ).3.

Использованиебедныхтопливовоздушныхсмесей–обеднениетопливовоздушной смеси до уровня α ≈ 1,4 может позволить снизить выбросыосновных токсических компонентов (CO, CH и NOx) до минимальных значений.Обеднение смеси также способствует улучшению топливной экономичностиввиду увеличения индикаторного КПД цикла, возможности перехода ккачественному регулированию нагрузки, а также возможности повысить степеньсжатия двигателя и применить наддув ввиду снижения угрозы детонации [74].Недостаткомданногоспособаспециальныхсистем очисткиявляетсянеобходимостьОГ, так какиспользованиястандартные каталитическиенейтрализаторы неэффективны при работе на бедных смесях.11Таким образом, направление исследований по организации сжиганиябедных смесей в двигателях с искровым зажиганием имеет наибольшийпотенциал и будет подробнее рассмотрено далее.1.2. Нейтрализация ОГ при сжигании бедных топливовоздушных смесей вдвигателях с искровым зажиганиемРегулировочные характеристики по составу смеси показывают, что присжигании в двигателе с искровым зажиганием смесей с α ≈ 1,4 выбросы CO и NOxзначительно снижаются (рисунок 1.1).

Рост выбросов CH при работе двигателя сискровым зажиганием на бедных смесях свидетельствует о неполноте сгорания иначале пропусков зажигания. Данные экспериментов подтверждают, что смесь сα > 1,2 не может стабильно сгорать в цилиндре обычного двигателя, и для еесжигания требуется специальная организация рабочего процесса [10].Рисунок 1.1. Влияние коэффициента избытка воздуха на показатели двигателя[12]12Несмотря на то, что выбросы вредных веществ при сжигании бедной смесименьше, чем при использовании стехиометрической смеси, для выполнения нормтоксичноститребуетсяприменениедополнительныхустройств.Системытрехкомпонентной каталитической нейтрализации неэффективны при α, отличномот единицы, поэтому требуется применение других средств.

Наиболее токсичнойсоставляющей выбросов вредных веществ двигателя, работающего на беднойсмеси, являются оксиды азота. Для их нейтрализации на частичных нагрузкахможет быть использована рециркуляция ОГ, а на остальных режимах работыдвигателя выбросы NOx могут быть снижены путем применения нейтрализатора"De-NOx" [96].Накопительные нейтрализаторы типа "De-NOx" имеют носитель, покрытыйкатализатором из платины и активным слоем, обеспечивающим в случае работыдвигателя на бедных смесях адсорбцию двуокиси азота NO2, образующейся вприсутствии платины из монооксида NO.

Для восстановления адсорбированнойдвуокиси азота требуется кратковременная работа двигателя на обогащенныхсмесях, поэтому применение нейтрализатора "De-NOx" сопряжено с усложнениемсистемы управления двигателем. Эксплуатация таких нейтрализаторов такжезатруднена их высокой чувствительностью к наличию серы в топливе, чтозначительно снижает срок их службы.1.3. Организация вихревого движения свежего заряда в камере сгоранияИзвестно, что для нормального сжигания бедных смесей в цилиндредвигателя требуется повысить скорость сгорания. Это достигается путеминтенсификации движения свежего заряда в цилиндре и, следовательно,повышения уровня турбулентности. В практике двигателестроения широкораспространены конструкции впускной системы, образующие вращательноедвижениезаряда,оськоторогоможетбытькакпараллельна,такиперпендикулярна оси цилиндра.

Характеристики

Список файлов диссертации