Покращення паливної економічності і зниження токсичності двотактних бензинових двигунів шляхом розділеної подачі свіжого заряду - Автореферат

Покращення паливної економічності і зниження токсичності двотактних бензинових двигунів шляхом розділеної подачі свіжого зарядуЗ усіх відомих напрямків покращення паливної економічності і зниження токсичності двотактних бензинових двигунів виділяється організація розділеної подачі свіжого заряду, при якій продувка циліндра здійснюється бідною сумішшю або чистим повітрям, а після закриття випускних вікон у циліндр подається багата суміш. Дотепер питання про застосування роздільної подачі свіжого заряду в двотактному бензиновому двигуні практично не вивчене і вимагає проведення дослідницьких робіт з виявлення особливостей протікання робочого процесу і одержання науково обґрунтованих даних про можливий ефект поліпшення показників паливної економічності і токсичності відпрацьованих газів (ВГ) двигуна. Робота виконувалася відповідно до держбюджетних тем Г2-2000 «Улучшение показателей двухтактного бесшатунного бензинового двигателя на основе оптимизации его основных параметров» (№ держ. реєстрації 0100U001097) і Д26-03 «Створити високоекономічний і малотоксичний бензиновий двигун нетрадиційної конструкції», у яких автор брав участь як стажер-дослідник і виконавець відповідно, а також планами НДР кафедри «Автомобілі і двигуни» АДІ ДОННТУ по удосконалюванню робочого процесу і створенню двотактних бензинових ДВЗ нетрадиційної конструкції з високими економічними й екологічними показниками (1999-2004 рр.). Відповідно до мети дослідження у дисертаційній роботі вирішуються такі задачі: Розробка схеми і конструкції двигуна з розділеною подачею свіжого заряду. Виявлено особливості робочого процесу двигуна, що не враховувались раніше, які повязані з ефектом розшарування суміші в результаті розділеної подачі свіжого заряду., де Cpn - питома масова ізобарна теплоємність багатої суміші; Tn - температура багатої суміші; dmn - кількість багатої суміші, що надійшла в циліндр за час dt. Кількість бідної суміші складу ак (або чистого повітря), що надійшла в циліндр із кривошипної камери в процесі продувки-наповнення, протягом процесу стискання залишається постійним, а маса багатої суміші складу an, що нагнітається в циліндр, змінюється по куту обертання колінчастого валу. , де ак - коефіцієнт надміру повітря бідної суміші, що надійшла з кривошипної камери; an - коефіцієнт надміру повітря багатої суміші, що надійшла із нагнітача; - теоретична кількість повітря (у кг); lcm - коефіцієнт дозарядки циліндра багатою сумішшю Тут мк - маса свіжого заряду, що надійшла із кривошипної камери і залишилась у циліндрі після продувки; mn - маса багатої суміші, що надійшла в циліндр із нагнітача. При вигорянні X частин суміші складу AX утвориться продуктів згоряння в кількості M2X = XM2, а частина, що залишилась, M2Y = YM2 являє собою продукти згоряння суміші з коефіцієнтом надміру повітря AY.Одним з найбільш перспективних способів поліпшення показників двотактних бензинових ДВЗ є розділена подача свіжого заряду, при якій продувка циліндра здійснюється чистим повітрям, а наприкінці газообміну в зону свічки запалювання подається багата паливоповітряна суміш. Однак, дотепер питання про вплив розділеної подачі свіжого заряду на паливну економічність і токсичні показники двотактних бензинових двигунів практично не вивчене і вимагає проведення дослідницьких робіт. Розроблена математична модель і програма розрахунку на ПК робочого циклу дозволяє визначити показники двотактного бензинового двигуна з розділеною подачею свіжого заряду з урахуванням пошарового розподілу суміші в камері згоряння, а також одержати оптимальні значення параметрів конструкції і робочого процесу двигуна. Двигун дозволяє вивчити особливості робочого процесу при варіюванні великого числа параметрів нагнітача таких, як зсув кута повороту вала нагнітача відносно колінчастого валу двигуна, фази газорозподілу та ін. Порівняльні стендові дослідження експериментального двигуна з розділеною подачею свіжого заряду і класичного двотактного бензинового ДВЗ, показали значну перевагу ДРПЗ по паливній економічності і викидам CH на всіх режимах.

Основний зміст

Одним з найбільш перспективних способів поліпшення показників двотактних бензинових ДВЗ є розділена подача свіжого заряду, при якій продувка циліндра здійснюється чистим повітрям, а наприкінці газообміну в зону свічки запалювання подається багата паливоповітряна суміш. Однак, дотепер питання про вплив розділеної подачі свіжого заряду на паливну економічність і токсичні показники двотактних бензинових двигунів практично не вивчене і вимагає проведення дослідницьких робіт.

Розроблена математична модель і програма розрахунку на ПК робочого циклу дозволяє визначити показники двотактного бензинового двигуна з розділеною подачею свіжого заряду з урахуванням пошарового розподілу суміші в камері згоряння, а також одержати оптимальні значення параметрів конструкції і робочого процесу двигуна.

Розроблено експериментальний двотактний двигун з розділеною подачею свіжого заряду. Двигун дозволяє вивчити особливості робочого процесу при варіюванні великого числа параметрів нагнітача таких, як зсув кута повороту вала нагнітача відносно колінчастого валу двигуна, фази газорозподілу та ін.

Порівняльні стендові дослідження експериментального двигуна з розділеною подачею свіжого заряду і класичного двотактного бензинового ДВЗ, показали значну перевагу ДРПЗ по паливній економічності і викидам CH на всіх режимах. Так, при частоті обертання n = 3000 хв- 1 і діапазоні навантажень від 10…100% питома індикаторна витрата палива в ДРПЗ нижче в 2…3 рази, ефективна витрата палива - на 30…50%, а викиди CH - у 5…6 разів. Мінімум викидів CO (0,2…0,5%) знаходиться в зоні занадто бідних сумішей з a = 1,45…1,55. Викиди NOX у ДРПЗ на 40% вище, ніж у класичному двигуні.

Інтенсифікація згоряння бідних сумішей у ДРПЗ завдяки ефекту наддування і глибокого розшарування заряду дозволяє розширити межу ефективного збідніння суміші до коефіцієнта надміру повітря апр = 1,15…1,4, а межа усталеної роботи двигуна - до a = 2,0.

Експериментально встановлена можливість зміни потужності двигуна на усіх швидкісних і навантажувальних режимах при незмінній максимальній витраті продувного повітря. Потужність двигуна в цьому випадку змінюється за рахунок регулювання складу багатої суміші в межах an = 0,2…0,4 і кількості - 25…30% від продувного повітря.

Розрахунково-експериментальні дослідження показали, що на усіх швидкісних і навантажувальних режимах оптимальними регулюваннями нагнітача багатої суміші при продувці циліндра чистим повітрям без дроселювання є: - кут початку подачі багатої суміші 65 град. о. к. в. після н. м. т.;

- тривалість подачі багатої суміші 60 град. о. к. в.;

- відносна кількість багатої суміші lcm = 0,25…0,3;

- тиск у лінії нагнітання багатої суміші 0,25…0,5 МПА;

- коефіцієнт надміру повітря багатої суміші an = 0,2…0,4.

Отримані результати показують можливість використання розділеної подачі свіжого заряду в двотактних бензинових двигунах для одержання високої питомої потужності при відносно простій конструкції, а також свідчать про доцільність застосування таких двигунів на різних транспортних засобах.

Результати робіт використані при проектуванні нового нетрадиційного двигуна для легкового автомобіля.

Крамарь С.Н. Математическая модель процесса сжатия двигателя с раздельной подачей свежего заряда // Автомобильный транспорт / Сборник научных трудов ХНАДУ (ХАДИ). - Вып. 13. - Харьков.

ХНАДУ - 2003. - С. 232 - 235.

Мищенко Н.И., Химченко А.В., Крамарь С.Н., Колесникова Т.Н. Влияние степени сжатия и смешанной топливоподачи на эмиссию СН в двухтактных бензиновых двигателях // Перспективные задачи инженерной науки / Сборник научных трудов - Вып. 4. - Днепропетровск: Gaudeamus. - 2002. - С. 291 - 296.

Мищенко Н.И., Химченко А.В., Крамарь С.Н., Гапеев А.В. Автоматический расходомер топлива. // Системні методи керування, технологія та організація виробництва, ремонту і експлуатації автомобіля: Зб. наук. пр. / Редкол. В. Є. Канарчук (голов. ред.) та інщі. - Київ, НТУ, ТАУ. - Вип. 15. - 2002. - С. 155 - 157.

Мищенко Н.И., Крамарь С.Н. Пути повышения экономичности двухтактных бензиновых двигателей внутреннего сгорания // Автомобильный транспорт / Сборник научных трудов ХНАДУ (ХАДИ). - Вып. 7 - 8. - Харьков: ХНАДУ - 2001. - С. 174 - 176.

Н.И. Мищенко, В.С. Новокрещенов, С.Н. Крамарь. Исследование механических потерь в бесшатунном двигателе // Труды / Таврическая государственная агротехническая академия. - Вып. 2., Т. 11. - Мелитополь: ТГАТА. - 1999. - С. 13 - 16.

Мищенко Н.И., Крамарь С.Н., Григорашенко А.В. Расчет топливной экономичности двигателя с раздельной подачей свежего заряда // Вестник Донецкого института автомобильного транспорта. - Донецк: ДИАТ. - 2003. - С. 3 - 6.

Размещено на .ru