Метод совершенствования процесса смесеобразования для двигателя с искровым зажиганием и расслоением заряда (1095054), страница 6
Текст из файла (страница 6)
Способы смесеобразования в двигателях с непосредственнымвпрыскиванием бензина [68]:а – подвод смеси поверхностью стенки; б – подвод смеси воздушным потоком;в – подвод смеси топливным факелом1. Подвод смеси поверхностью стенки (рисунок 1.14, а) – свеча зажиганиянаходится достаточно далеко от форсунки, а облако богатой смеси направляется кэлектродам свечи зажигания поршнем специальной формы. Такая организацияпроцесса смесеобразования может приводить к увеличению выбросов CO и CHввиду попадания топлива на поршень и стенки камеры сгорания, однакообеспечивает наиболее стабильное сгорание.
В современных двигателях обычноиспользуется комбинация подвода смеси поверхностью стенки и воздушнымпотоком.2. Подвод смеси воздушным потоком (рисунок 1.14, б) – топливовпрыскивается в воздушный поток, который затем переносит облако богатойсмеси к свече зажигания. При безупречной реализации данного способа топливоне осаждается на стенках камеры сгорания, однако для этого требуется не толькоточно подобрать момент впрыскивания, но и создать в цилиндре такое движениезаряда, которое сохранит облако богатой смеси компактным и перенесет его кэлектродам свечи зажигания, при этом обеспечив перемешивание топлива ивоздуха внутри облака.
Движение заряда задается профилированными каналами иобычно представляет собой горизонтальный либо вертикальный вихрь. Длянаправления потока используются поршни специальной формы, что несколько32снижает показатели двигателя. Такие поршни имеют большую площадь, чемплоские, что увеличивает поверхность теплообмена, а форма камеры сгоранияпри их использовании усложняется, что увеличивает склонность к детонации.3. Подвод смеси топливным факелом (рисунок 1.14, в) – топливовпрыскивается в непосредственную окрестность электродов свечи зажигания.Такая организация процесса смесеобразования не требует применения поршнейсложной формы, а интенсивное движение воздуха в цилиндре скореенежелательно, так как может отнести факел топлива от свечи зажигания.Теоретическитакойспособсмесеобразованияобеспечиваетнаибольшуюэффективность ввиду низких тепловых потерь, отсутствия попадания топлива настенки, а также широких возможностей регулирования угла опережениявпрыскивания и зажигания, однако его реализация очень сложна [87].
Требуетсяиспользовать систему впрыскивания топлива высокого давления (около 200 бар),так как смесеобразование происходит в очень короткий промежуток времени.Сложностьтакжепредставляетнадежноеобразованиеиточноепозиционирование облака смеси требуемого состава, а также синхронизация этогопроцесса с моментом подачи искры.Для реализации схемы смесеобразования с подводом смеси топливнымфакелом потребовались форсунки нового типа, так как использовавшиеся вдвигателях предыдущего поколения форсунки с закруткой топливного потока немогли обеспечить требуемых характеристик. Для двигателей, в которыхтребовалось несколько впрыскиваний за цикл, были созданы штифтовыефорсунки. Они отличаются конической формой факела топлива, а также высокойего стабильностью.
С другой стороны, в случаях, где множественноевпрыскивание не требуется, применяются многосопловые форсунки, которыемогут обеспечить широкий выбор направлений и форм топливного факела.Так, двигатель Mercedes M276 DE35 [100] имеет три варианта подачитоплива в зависимости от нагрузки: впрыскивание на такте впуска для полнойнагрузки, на такте впуска и сжатия для частичной нагрузки, и только на тактесжатия для малой нагрузки (рисунок 1.15).
При работе на средних нагрузках для33Рисунок 1.15. Режимы работы двигателя Mercedes M276 DE35 [100]обеспеченияплавногопереходамеждуработойнасверхобедненнойистехиометрической смеси реализуется режим частичного расслоения заряда. Вотличие от режима с расслоением заряда, где все топливо впрыскивается в концетакта сжатия, на этом режиме часть топлива впрыскивается на такте впуска,образуя к моменту зажигания гомогенную бедную смесь. За цикл можетпроисходить до трех впрыскиваний топлива, что возможно благодаря высокомубыстродействию топливной системы, в которой используются пьезофорсунки,ранее применявшиеся только на дизельных двигателях.Стоит отдельно отметить особенности системы очистки ОГ этого двигателя.Онасостоитиздвухнейтрализаторов,одинизкоторыхустановленнепосредственно за турбиной, а второй – в дальней части впускноготрубопровода, под полом автомобиля.
Первый нейтрализатор совмещает в себефункции трехкомпонентного и накопительного – то есть снижает выбросы всехтрех токсичных компонентов как при работе на гомогенной смеси, так и приработе на расслоенном заряде. Однако, строгие нормы выбросов NOxобуславливают необходимость применения второго нейтрализатора, которыйслужит только для накопления оксидов азота. Сообщается, что инженерамкомпании Mercedes удалось снизить содержание редкоземельных металлов в этомнейтрализаторе на 30 % при увеличении степени очистки ОГ, а также улучшениистепени очистки нейтрализатора от серы при низких температурах ОГ.34В двигателе Honda K20B [67] (рисунок 1.16) организация рабочего процессапредставляет собой переходный вариант между двигателями с широкоразнесенными свечой зажигания и форсункой, и двигателями, где эти элементырасположены в непосредственной близости друг от друга.
Форсунка расположенав центре камеры сгорания, а свеча – примерно в середине расстояния от центра достенки камеры сгорания. Смесеобразованиепроисходит в основном внутривыемки, выполненной в поршне. Как и другие двигатели с непосредственнымвпрыскиванием, ДВС Honda имеет несколько режимов работы, причемизменяется не только программа впрыскивания, но и фазы газораспределения ивысота подъема впускного клапана. Интересная особенность двигателя состоит втом, что при работе на расслоенном заряде один клапан закрывается и в цилиндреобразуется вихревое движение, которое направляет богатую смесь к свечезажигания. При работе на гомогенном заряде (режимы с полной нагрузкой)работают оба клапана, тем самым обеспечивая максимальное наполнениецилиндра.Рисунок 1.16.
Схема двигателя Honda K20B [66]В двигателе Nissan HR12DDR [59] (рисунок 1.17) используется боковоерасположение форсунки и выемка в поршне, которая направляет факел топлива кцентрально расположенной свече зажигания. Интересно, что в этом двигателе,оснащенном приводным нагнетателем, усиление движения заряда в цилиндреиспользуется при работе на режимах с высокой степенью рециркуляции ОГ. Дляэтого во впускном канале расположен клапан управления вихрем, который35Рисунок 1.17.
Трехмерная модель камеры сгорания и поршня двигателя NissanHR12DDR [59]перекрывает 60 % площади канала. Увеличение интенсивности движения заряда вцилиндре приводит к росту скорости сгорания, что необходимо для обеспечениястабильной работы двигателя с рециркуляцией ОГ. Работа с расслоением зарядаиспользуется не только на частичных нагрузках, но и на режимах пуска двигателядля прогрева нейтрализатора. В этом случае впрыскивание топлива производитсяна такте сжатия, а зажигание – через 12° после ВМТ.1.5.
Выводы по первой главе, постановка цели и задач исследования1. В результате анализа отечественного и зарубежного опыта по разработкеДВС, работающих на бедных топливовоздушных смесях, выявлены ихпреимущества и недостатки. Установлено, что работа двигателя на бедных смесяхпозволяет снизить уровень выбросов вредных веществ благодаря снижениюобщей массы топлива, поступающей в цилиндр, а также повышению полноты егосгорания благодаря избытку воздуха. Положительный эффект достигается и вобласти топливной экономичности, так как работа на бедных смесях приводит кросту индикаторного КПД процесса, а также позволяет перейти к качественному36регулированию нагрузки, что снижает насосные потери.2.
Обоснована необходимость применения дополнительных техническихсредств для сжигания в ДВС бедных смесей, таких как подача в цилиндррасслоенного заряда – образование богатой смеси в районе свечи зажигания ибедной смеси в остальном объеме цилиндра, – а также интенсификация вихревогодвижения заряда для повышения скорости сгорания топлива.
Также учтеныособенностирабочегопроцесса,которыеобуславливаютприменениеспециальных систем нейтрализации ОГ для выполнения перспективных норм потоксичности.3. Аналитический обзор проведенных исследований показал, что наиболееперспективным направлением развития ДВС с искровым зажиганием и Dц < 100мм является создание и разработка ДВС со сгоранием расслоенного заряда внеразделенной камере сгорания.Целью работы являлось снижение токсичности отработавших газов иулучшение топливной экономичности двигателя с искровым зажиганием путемотвода продуктов сгорания из зоны горения.Для достижения поставленной цели были поставлены следующие задачи:предложить новый процесс смесеобразования для двигателя с искровымзажиганием;провести аналитическое исследование процесса смесеобразования;провести физическое моделирование процесса смесеобразования привпуске заряда в цилиндр на безмоторной установке;провести на моторном стенде сравнительные исследования выделенногоцилиндра, работающего по базовому рабочему процессу и процессу с расслоениемзаряда.37ГЛАВА 2.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
