Бесплатный автореферат и диссертация по географии на тему

Улучшение экономических и экологических показателей двухтактного бензинового ДВС с непосредственным впрыскиванием

ВАК РФ 11.00.11, Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов

Автореферат диссертации по теме "Улучшение экономических и экологических показателей двухтактного бензинового ДВС с непосредственным впрыскиванием"



Г- 1

ЮССИЙСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ДРУЖБЫ НАГОДОВ

На правах рукописи

Юшин Алексей Евгеньевич

УЛУЧШЕНИЕ ЭКОНОМИЧЕСКИХ И ЭКОЛОГИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ДВУХТАКТНОГО БЕНЗИНОВОГО ДВС С НЕПОСРЕДСТВЕННЫМ ВПРЫСКИВАНИЕМ

11.00.11 - охрана окружающей среды и рациональное

использование природных ресурсов; 05.04.02 - тепловые двигатели.

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва - 1998 г.

Работа выполнена на кафедре комбинированных двигателей внутреннего сгорания инженерного факультета Российского университета дружбы народов.

Науный руководитель:

кандидат технических наук C.B. Гусаков.

Научный консультант:

доктор технических наук, профессор H.H. Патрахальцев. Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Р.З. Кавтарадзе, кандидат технических наук И.В. Игнатович.

Ведущая организация:

Открытое акционерное общество "Дизель"

Защита состоится ¿¿МТс^й^ 1998 г. в час. на заседании диссертационного совета К 053.22.26 в Российском университете дружбы народов по адресу: 117302, Москва, ул. Орджоникидзе, 3.

С диссертацией можно ознакомиться в Научной библиотеке Российского университета дружбы народов по адресу: 117198, Москва, ул. Миклухо-Маклая, 6.

Автореферат разослан

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат технических наук,

доцент Долгушин В.Д.

6.08.98г. Объем 1п. л,_Тир. 100 Зак. 521

Тки; Р УДН, Орджоникидзе, 3

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность исследования определяется тем, что в настоящее время ужесточаются нормы токсичности отработавших газов (О Г) двухтактных ДВС, соответствия которым можно достичь только принципиальней заменой карбюраторного способа смесеобразования на непосредственное впрыскивание, что обеспечивает существенное снижение токсичности ОГ двигателя при одновременном улучшении топливной экономичности.

Цель я задачи исследования. Цель данной работы состояла в улучшении экономических и экологических показателей двухтактного малоразмерного бензинового ДВС ДК - 8А путем замены карбюраторного способа смесеобразования на непосредственное впрыскивание.

Для достижения указанной цели необходимо было решить следующие задачи:

1. Создать исследовательскую установку, оснащенную системой непосредственного впрыскивания, с возможностью изменения ориентации топливных сгруй, угла опережения впрыскивания, давления впрыскивания, конфигурации камеры сгорания (КС) и т.д., оснащенную комплексом контрольно-измерительной аппаратуры для углубленного изучения рабочего процесса.

2. Необходимо сформулировать основные положения теории испарения топливной капли в условиях КС двухтактного бензинового ДВС с учетом располагаемого времени на процесс смесеобразования и распределения паров топлива по объему КС в условиях непосредственного впрыскивания бензина з двухтактный ДВС.

3. Необходимо установить теоретические связи между лимитирующей полное сгорание топлива в двухтактном бензиновом ДВС с непосредственным впрыскиванием бензина неоднородностью образующейся топливо - воздушной смеси и эмиссией продуктов неполного сгорания.

Научная новама состоит в создания оригинальной исследовательской установки с двигателем ДК-8А, оборудовании его системой непосредственного впрыскивания топлива и комплексом элекгрон-но-программных средств для регистрации динамики внутрикамерных процессов, на которой были проведены экспериментальные исследования при варьировании большого количества конструктивных, ре-

1

гулировочных, нагрузочных параметров двигателя, оптимизация которых проводилась на базе разработанных математических моделей процессов смесеобразования и образования оксидов углерода. Результаты исследования позволили раскрыть физическую сущность явлений, протекающих в цилиндре двухтактного двигателя ДК - 8А при впрыскивании топлива непосредственно в КС и экспериментально получить более низкие удельный эффективный расход топлива и эмиссию вредных веществ с ОГ, теоретически показать пути дальнейшего улучшения характеристик рабочего процесса.

Практическая .значимость:

1. Разработанные методики расчетно-теоретического анализа и проведенные экспериментальные исследования позволяют прогнозировать количественные характеристики процессов смесеобразования, оценить влияние составляющих процессов на суммарную скорость смешения топлива с воздухом, выбрать пути и методы совершенствования рабочего процесса двухтактных ДВС при впрыскивании бензина непосредственно в КС.

2. Результаты расчетно-теоретических и экспериментальных исследований легли в основу создания опытного образца двигателя с непосредственным впрыскиванием топлива на Гомельском заводе пусковых двигателей.

Адрабшшя. Материалы диссертации неоднократно рассматривались на заседаниях и научных семинарах кафедры комбинированных ДВС Российского университета дружбы народов, докладывались на XXXII, XXXIII научных конференциях инженерного факультета РУДН (г. Москва, 1996 и 1997 гг.) , на VI Международном научно -практическом семинаре "Совершенствование мощностных, экономических и экологических показателей ДВС" в ВлГУ (г. Владимир, 1997 г.), на Международной научно-практической конференции "Дви-гатель-97" в МГТУ им. Н.Э. Баумана (г. Москва, 1997 г.), на Международной научно - практической конференции, посвященной памяти академика В. П. Горячкина в МГАУ им. В. П. Горячкина (г. Москва, 1998 г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 5 работ.

Структура диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, выводов, списка литературы из 89 наименований, приложений. Работа изложена на 145 страницах машинописного текста, включая 55 рисунков я 12 таблиц. 2

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, сформулирована цель работы и основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе диссертации приведен обзор научно-технической информации по применению впрыскивания бензина в ДВС. Проведен подробный анализ существующих систем впрыскивания. Отмечается недостаточность информации о параметрах впрыскивания топлива в камеру сгорания малогабаритных двухтактных бензиновых ДВС: ориентации топливных струй, угла опережения впрыскивания, давления впрыскивания, конфигурации камеры сгорания и т.д. Рассмотренные литературные источники указывают на возможность снижения удельного эффективного расхода топлива и токсичности отработавших газов малоразмерного двухтактного ДВС при замене карбюраторного способа смесеобразования непосредственным впрыскиванием. При этом указывается, что организовать эффективный рабочий процесс применительно к малогабаритному двухтактному ДВС возможно только при высокой дисперсности распиливания топлива и его равномерного распределения по объему КС, что является необходимым из-за малого располагаемого времени на смесеобразование на высоких частотах вращения п двойного количества рабочих циклов по сравнению с четырехтактными двигателями.

Процессам распыл ггваиия жидкого топлива, его смешения с воздухом и горении в ДВС, а также оценке влияния этих процессов на индикаторный КПД и эмиссию вредных веществ с ОГ посвящено большое количество работ отечественных ученых: В.П. Алексеева, И.В. Астахова, В.Я. Басевича, Г.А. Варшавского, Д.Н. Вырубова, Л.Н. Голубкова, О.Н. Лебедева, A.C. Лышевского, В.З. Махова, H.H. Патрахальцева, P.M. Петриченко, Б.П. Пугачева, Н.Ф. Разлейцева, Ю.Б. Свиридова, а также исследователей США, Германии, Японии.

Также рассмотрены существующие модели процессов смесеобразования, сгорания и образования токсичных компонентов с позиция возможности их применения в математическом моделировании вышеуказанных процессов для двухтактных бензиновых ДВС с искровым зажиганием в случае непосредственного впрыскивания. Однако в рассмотренных литературных источниках отсутствуют достаточные сведения о теории испарения капель топлива, влиянии аэродинамических факторов, числа и ориентации топливных струй при

3

теории образования токсичных компонентов для двухтактных ДВС с непосредственным впрыскиванием бензина. Поиск средств и методов для решения указанных проблем нашел свое отражение в целях и задачах настоящей работы.

Во дторой главе проведен расчетно-теоретический анализ влияния процесса смесеобразования на параметры цикла двухтактного ДВС. Для проведения такого анализа была разработана модель смесеобразования для случая непосредственного впрыскивания бензина в цилиндр двухтактного ДВС. В этой модели для определения среднего диаметра капель распыленного топлива использовалась методика МАДИ. "Также в модель был введен критерий достаточности качества смесеобразования, который в первом приближении определял вероятность достижения каплями распыленного топлива, на момент подачи искры зажигания, диаметра равного критическому. Критический диаметр капель топлива определяется по условию их полного испарения (сгорания) за время во фронте пламени:

г (П

ткр Т1 »

где: 5пл - ширина фронта пламени;

.. 1/т - скорость перемещения фронта пламени. Известный закон испарения капель представляется в виде линейной зависимости между квадратом диаметра капли О и временем испарения г.

А'-Я^Ат, (2)

где: В0 и О - начальный и текущий диаметры капли; к - константа скорости испарения; г - текущее время испарения. • ' В процессе испарения капли начального диаметра Т)(, за располагаемое время тр должны испариться до критического диаметра Вкр, необходимого для обеспечения эффективного1 рабочего процесса. При этом ограничивающим условием является потребное время тш, необходимое дня испарения капель от начального дкамегра Щ до критического Ц;р. Процесс смесеобразования можно считать удовлетворительным, если выполняется условие:

При значениях 8т«1 маловероятно получение высокоэффективного рабочего процесса, при 8т»1 затраты энергии на процесс смесеобразования становятся излишними.

Расчеты показали, что при впрыскивании бензина и смеси 50% бензина и 50% керосина, используемой штатной форсункой дизеля МД-8, средний диаметр капель ¿3^=22 мкм. При впрыскивании бензина экспериментальными форсунками, которые использовались при исследованиях двигателя с вихревой камерой сгорания, средний диаметр капель ¿/¿2=27 мкм.

По мнению ряда исследователей турбулентное горение мелких капель распыленного жидкого топлива диаметром меньше 40 мкм не отличается по своим характеристикам от турбулентного горения гомогенной смеси с таким же коэффициентом избытка воздуха. Однако наши исследования показали, что даже при начальном диаметре капель распыленного топлива 22 мкм, показатели рабочего процесса двигателя ухудшаются при уменьшении располагаемого времени на смесеобразование. Такой эффект видимо связан с некоторыми особенностями смесеобразования и сгорания в двигателях, работающих по двухтактному циклу. В этом случае процесс горения необходимо рассматривать с учетом наличия инертного разбавителя - остаточных газов, процентное содержание которых колеблется в пределах 30...50% и более. При разбавлении воздушной смеси инертными газами снижается скорость диффузии кислорода к горящим каплям топлива, и их критический диаметр уменьшается. Так в работе японского исследователя С. Кумагаи показано, что на распространение пламени по распыленному горючему оказывают влияние даже капли с размером менее 10 мкм, что согласуется с результатами проведенного нами эксперимента. Статистический анализ зависимости константы скорости испарения от величины диаметра капли распыленного топлива показал, что для капель диаметром 10...20 мкм кон-сганта скорости испарения К лежит в пределах 0,0008...0,0015 см2/с. Па рис.1 приведен пример расчетной оценки необходимого времени на предварительное испарение капель топлива при различных углах опережения впрыскивания.

Кроме процессов испарения капли на конечную скорость подготовки топливо - воздушной смеси к сгоранию влияет распределение топлива по камазе сгорания. Экспериментально было выявлено, что при использовании распылителя с одним распыливающим отвер-

5

сгием по сравнению с распылителем с четырьмя распиливающими отверстиями двигатель развивает на 3,5% меньшую мощность, причем максимальная мощность смещена в область более богатых смесей. Так как эффективное проходное сечение используемого распылителя с одним отверстием меньше суммарного эффективного сечения сопловых отверстий распылителя с четырьмя отверстиями, а давления топливоподачи примерно одинаковы, можно предположить, что средний диаметр образующихся капель топлива в случае одного распылнвающего отверстия меньше. В этом случае на уровне микросмешения с характерным размером - расстоянием между каплями топлива или диаметром самих капель - процессы будут идти более интенсивно, за счет большей суммарной поверхности капель топлива. Однако, с позиций макросмешения, с характерным размером - диаметром камеры сгорания - при подаче топлива через одно распиливающее отверстие неравномерность распределения топлива но камере сгорания выше, а интенсивность процесса формирования рабочей топливо-воздушной смеси по всей камере сгорания ниже. Для анализа процессов, протекающих в камере сгорания на макроуровне, была рассмотрена модель взаимодиффузии двух веществ: воздуха и паров топлива.

Решение уравнения диффузии в полярной системе координат для распределения относительной концентрации вещества массой М, которое в момент времени /=0 находилось в начале координат (г=0), имеет вид:

м -А

где р - плотность среды;

г - расстояние от начала координат.

Для определения массы топлива, находящегося в концентрационных пределах горения ае„ и а„я, следует определить текущие значения радиусов соответствующих изо поверхностей гвп и гнп, которые будут соответствовать верхнему и нижнему концентрационным пределам. Для вычисления массы топлива, находящейся в пределах поверхности с постоянным коэффициентом избытка воздуха щ , проинтегрируем уравнение (4) по радиусу:

Л .

гг М 1 .

Л7= КМ^ (5)

О 8 р{л£М) О

Используя выражение (5) для вычисления массы топлива, находящейся в пределах поверхностей, соответствующих верхнему и нижнему пределам горения, можем определить относительную массу топлива, находящегося в концентрационных пределах горения:

Мпг=Мнп-Л?ш (6)

При непосредственном впрыскивании топлива взаимодиффузия (смешение) происходит в ограниченном объеме КС. Такое ограничение приводит состав смеси к некоторой средней величине коэффициента избытка воздуха а^. Следовательно такой процесс можно рассматривать в виде ограниченной диффузии. При этом был задан условный радиус камеры сгорания Якс. Масса топлива М^^Я^), продиффундировавшая за пределы этого радиуса при свободной диффузии, в нашем случае "возвращалась" в камеру сгорания, учи-тываясъ ростом средней концентрации топлива по камере сгорания. Исходя из этого, формула средней концентрации будет иметь вид:

?г (,,,) = ,-75 + М^-^Ас) (?)

%р{лВ1) Ук с' Р

где ¥кс - объем камеры сгорания,

Мцрх - массовая цикловая подача топлива.

При этом степень неоднородности распределения концентрации топлива по КС можно оценить приведенной дисперсией распределения (тпр. С учетом вышесказанного была создана программа, пример расчета по которой показаны на рис. 2. Из представленного рисунка видно, что при одной и той же величине цикловой подачи, при поступлении топлива через четыре распиливающих отверстия процесс смесеобразования заканчивается раньше (80° ПКВ), чем при расныляванки одним отверстием (110° ПКВ), причем на момент окончания процесса смесеобразования при четырех распиливающих отверстиях в случае одного отверстия успевает достигнуть пределов горения менее 80% массы топлива.

Проведенные сравнительные испытания двухтактного малоразмерного двигателя ДК-8 при его работе с карбюраторным способом смесеобразования и непосредственным впрыскиванием топлива показали, что при впрыскивании топлива протекание кривых кон-

7

нам

24 <6 г €

¿70 300 330 вмт ф> «ПКВ

Рис. 1. Оценка необходимого времени на предварительное испарение капель топлива.

Маг-

Рис. 2. Оценка необходимого времени на образование однородной смеси.

... ©впр=100пНКВ до ВМТ @бпр=70"ПКВ до ВМТ ©бпр=35°ПКИ до ВМТ \ / /

\ 1 / момент )ажнгания

Рф=18 МПа, ^Ч. р£=0,17 мм2 топ.1гиво - бсШНИ текущий диаметр

критический диаметр \__

1 ! ч\

.еитрации окислов углерода в ОГ в зависимости от коэффициента збытха воздуха отличается от "классического" с точкой перегиба в бласти стехиометрнческого состава смеси.

На рис.3 приведены полученные в эксперименте регулировоч-:ые характеристики по составу смеси. Заметные выбросы окиси уг-ерода с ОГ при работе на бедных смесях видимо можно объяснять аличием локальных зон с недостатком окислителя в камере сгора-ия, образующихся из-за недостаточности располагаемого времени а гомогенизацию рабочей смеси.

Считая процесс смешения подчиняющимся нормальному зако-у распределения образующихся в локальных зонах концентраций оплива, можно записать функцию вероятности присутствия в КС тносительного количества топлива с заданной концентрацией рг:

1 - '[^г-^тсг'Г

где ртср ~ средняя по цилиндру относительная концентрация; <т - среднеквадратичное отклонение относительной концепт-ации от средней - мера степени неоднородности смеси (этот пара-гетр в соответствии с теорией вероятности имеет смысл величины тклоиения от среднего значения, в нашем случае от средней отно-ительной концентрации топлива в КС). Объемная доля окиси угле-ода (при а<1) в продуктах сгорания в зависимости от коэффициента убытка воздуха равна:

0,143-0,143-а ,п,

- ---------, <У)

0 0,404'от + 0Д43

Используя соотношение (9), функцию (8) и заменив перемен-ую интегрирования на а из следующего выражения:

' 1 .') I

\Рт / Н

ронзведем интегрирование в пределах переобогащенных смесей и в езультате получим среднюю объемную долю окиси углерода в проектах сгорания при заданной степени неоднородности смеси:

- 1 0,143 — 0,143- а ~10 Гс° ~ ст^Ы ¿, 0,143+ 0,404 • а (а ■ I + I)2 6

На рис.4 приведены результаты расчета в соответствии с выражением (11) содержания окиси углерода в ОГ в функции степени неоднородности смеси при различных значениях коэффициента избытка воздуха. Используя полученные зависимости можно определить как эмиссию СО цри оцененной по методике макросмешения неравномерности топливо-воздушной смеси, так и степень неоднородности смеси (эффективность процесса смешения) по экспериментальным данным. Допустим, при работе двигателя при ажс с впрыскиванием топлива концентрация окиси углерода в ОГ составила СОжс (рис.3). По графику (рис.4) для заданного аэкс и полученного СОжс можно определить степень неоднородности смеси <гжс.

В третьей главе описывается экспериментальная установка и методики проведения эксперимента и обработки экспериментальных данных. При проектировании экспериментальной установки, кроме выполнения общих требований по испытанию ДВС, учитывалась необходимость изменения и контроля следующих параметров: типов камер сгорания и расположения топдивоподающей форсунки, угла опережения впрыскивания топлива, среднего давления впрыскивания топлива, ориентации топливных струй, эквивалентного проходного сечения и числа распиливающих отверстий. Экспериментальная установка была смонтирована на исследовательском стенде, снабженным нагрузочным устройством с балансир-ной подвеской. В качестве объекта экспериментов был выбран двухтактный карбюраторный одноцилиндровый ДВС ДК-8А 1Д 0,72/0.58 с рабочим объемом ^-236 см3 и степенью сжатия £=7,5, производимый Гомельским заводом пусковых двигателей. Тип систе мы охлаждения - жидкостная. Система зажигания от магнето.

При создании системы непосредственного впрыскивания топ лива, в качестве топливоподающего элемента, был использован се рийяый топливный насос высокого давления УТН-5. который имеет 10

а

%

г

/

со..

»с

О

0,6 О,В 1,0 ¿г а

Рис. 3. Регулировочные характеристики по составу смеси.

а=0,8

,111 1 ' а=1,0

"*" «=1,2

-—-И"

о ООО 5" 0,0/ «Гэкс 0,01? а

Рис. 4. Содержание СО в зависимости от неоднородности смеси.

максимальную частоту вращения «#=1200... 1300 шаг1. Поэтому работа была проведена на низкой частоте вращения двигателя (до 1300 мин-1). Для привода насоса была использована открытая цепная передача, спроектированная с возможностью изменения угла подачи топлива.

На всех этапах эксперимента регестрировались значения выбросов СО и СН с помощью газоанализатора типа ГИАМ -21 и значения токсичных выбросов NOx с помощью вакуумированных поглотительных сосудов.

Методика экспериментальных исследований заключалась в снятии мощностных, экономических и экологических показателей работы двигателя при карбюраторном смесеобразовании :и непосредственном впрыскивании топлива. Характеристики снимались по составу смеси как при полном открытии дросселя и на режимах частичных нагрузок.

Экспериментальные исследования вели при Х1зменении следующих параметров: угла опережения впрыскивания путем использования конструктивных особенностей привода впрыскивающего насоса, давления впрыскивания путем регулировки затяжки иглы впрыскивающей форсунки, интенсивности вихревого движения продувочного воздуха и смесеобразоания путем применения различных камер сгорания, угла ориентации топливных струй, эквивалентного проходного сечения и числа распиливающих отверстий, свойств топлив.

Наряду с определением мощностных и экономических показателей двигателя, величин токсичных выбросов, с использованием индикаторных диаграмм оценивали также следующие поюштели: коэффициент продувки, коэффициент остаточных газов, скорость сгорания, долю выгоревшего топлива, максимальное давление и максимальную температуру цикла, тепловые потери,

В четвертой главе описываются результаты экспериментальных исследований рабочего процесса двухтактного двигателя с непосредственным впрыскиванием бензина, которые .показали, что двигатель в широком диапазоне изменения регулировочных параметров имеет меньший удельный расход топлива и более низкую эмиссию вредных веществ с отработавшими газами по сравнению с базовым образцом. Для проведения исследований была использована серийная КС и два варианта экспериментальных КС: открытая, представляющая из се-12

бя низкий цилиндр диаметром 70 мм, переходящий в конус с углом между образующей и осью цилиндра около 81° и камера с повышенной турбулизацией воздушного заряда, спроектированная таким образом, чтобы генерируемое ей вихревое движение воздушного заряда было согласовано с движением продувочного воздуха, а газодинамические потери были минимальны.

При работе с непосредственным впрыскиванием было выявлено, что двигатель имеет наилучшие характеристики при подаче топлива за 100° ПКВ до ВМТ. На рис. 5 показано изменение характеристик двигателя в зависимости от угла опережения впрыскивания. На рис. 6 приведены сравнительные характеристики при впрыскивании топлива непосредственно в камеру сгорания (61,^=100° ПКВ до ВМТ ) и при карбюраторном способе смесеобразования. Как видно из характеристик открытая камера сгорания с впрыскиванием топлива в объем имеет лучшие, по сравнению с работой на карбюраторе, энергетические, экономические и экологические параметры во всем диапазоне изменения состава смеси. Выбросы несгоревших углеводородов на бедных смесях составляют менее 500 ррт при впрыскивании и около 2000 ррт при работе с карбюратором. Максимальная мощность сопоставима с максимальной мощностью при работе на карбюраторе 1,45 и 1,48 кВт соответственно. Минимальный удельный расход топлива при непосредственном впрыскивании составляет около 620 г/кВт.ч, против 790 г/кВт.ч при работе с карбюратором. Следует отметить наличие более высоких концентраций в отработавших газах окиси углерода при работе на бедных смесях для обеих гипов экспериментальных КС при впрыскивании топлива, по сравнению с работой на карбюраторе, однако вихревая КС, в которой процессы тепло-массообмена идут более интенсивно, в результате аает более низкие концентрации окиси углерода в ОГ.

Анализ регулировочных характеристик двигателя ДК - 8А с экспериментальными камерами сгорания при углах опережения впрыскивания 70° и 35° ПКВ до ВМТ, соответственно показал, что "разрыв" между камерами увеличивается по мере уменьшения угла опережения впрыскивания топлива. Вихревая камера теряет свое единственное преимущество - более низкую эмиссию окиси углерода.

Практически на всех режимах работы двигателя проводилось индицирование пооцесса сгорания. По виду индикаторной диаграм-

13

/е

квг

М

и № 0.1

&

«о?»

а 10 о,&

1

! ) ^

гЯгг" т - ! ' 1 ч ■

----оЫО,Ь --Л--А. 4,0 \ NN 1

\ \ &

\

» семм %

- [ —• 4 — • <331 /

КСО / г

// /

0

— и 1

/30 <00 40 НО ф1 "РКП

Рис. 5. Влшшие угла опережения опрыскивания на мощпостные, экономические и экологические параметры двигателя.

СИ,ррт

Рис. 6. Регулировочные характеристики двигателя ДК-8А при опрыскивании топлива за 100" ПКВ до ВМТ и при карбюраторном способе смесеобразования.

мы, выводимой на экран осциллографа, контролировали такие параметры, как отсутствие пропусков воспламенения, межцикловая нестабильность, отсутствие детонации. Обработка большого количества индикаторных диаграмм двигателя ДК - 8А при работе с карбюратором, дала значение коэффициента продувки фщ, ~ 0,20...0,25 и значение коэффициента остаточных газов гог~ 0Д8...0,32.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

1. Применение непосредственного впрыскивания бензина на двигателе ДК - 8А позволило снизить удельный эффективный расход топлива на 20,8 % ( при а—0,8) и на 11,4% ( при <х=1Д) при сохранении уровня мощности и снизить выбросы С Н на 71% (при а-0,8) и на 82,8% ( при а=1,1) при незначительном увеличении содержания СО в отработавших газах по сравнению с карбюраторной системой питания топливом.

2. Создана оригинальная исследовательская установка для проведения моторных испытаний двухтактного малоразмерного ДВС ДК - 8А, оборудованная системой непосредственного впрыскивания бен-зпна, позволяющая изменять угол опережения впрыскивания топлива, давление впрыскивания топлива, исследовать различные экспериментальные камеры сгорания, изменять ориентацию струй форсунок и производить аналогово - цифровую регистрацию текущих давлений в КС и топливоподающей аппаратуре.

3. Показана принципиальная возможность работы двигателя ДК - 8А без возникновения детонации и с сохранением мощностных и экологических показателей на топливах с октановым числом равным шестидесяти.

4. Экспериментально показано, что для обеспечения высоких мощностных, экономических и экологических показателей в двухтактном ДВС ДК-8А необходимо подавать топливо в объем КС, исключая его попадание яа стенки.

5. Для анализа процесса испарения топливной капли при непосредственном впрыскивании бензина в цилиндр двухтактного двигателя с принудительным воспламенением, разработана математическая модель, позволяющая оценить необходимое время на процесс испарения капель топлива, при хсотором обеспечиваются высокие

15

мощностнке, экономические и экологические параметры двигателя. Проведенные расчетные исследования показали, что при начальном диаметре капель 22 мкм угол опережения впрыскивания должен быть не менее 80° ПКВ до ВМТ.

6. Разработана математическая модель процесса распределения топлива по объему КС, позволяющая установить связь между количеством топливных факелов, их ориентацией и выходными параметрами двигателя. Расчетные исследования позволили установить, что при впрыскивании топлива за 80° ПКВ до подачи искры зажигания и четырех сопловых отверстиях практически все топливо успевает достигнуть концентрационных пределов горения, в то время как при одном распыливающем отверстии, в пределах горения оказывается 80% топлива, что влечет низкую экономичность процесса и высокую концентрацию продуктов неполного сгорания в О Г.

7. Для оценки выбросов продуктов неполного сгорания (СО) при непосредственном впрыскивании топлива в двухтактный ДВС разработана математическая модель на основе закономерностей распределения неоднородности концентрации по объему КС.

Основные положения диссертации изложены в работах:

1. Юшин А.Е. Система непосредственного впрыскивания топлива в двухтактный малоразмерный ДВС// XXXII научная конференция: Тез.докл.-М.:Изд-во РУДНД996.-С.79.

2. Гусаков C.B., Юшин А.Е. Расчетное исследование двухтактного ДВС с впрыскиванием топлива в перепускной канал// ХХХШ научная конференция: Тез.докл.-М.:Изд-во РУДНД997.-С. 169-170.

3. Юшин А.Е. Система непосредственного впрыскивания топлива в двухтактный ДВС// Совершенствование мощностных, экономических и экологических показателей ДВС: Материалы VI науч.-практ. ееминара.-Владимир.:йзд-во ВлГУД997.-С.215-217.

4. Юшин А. Е. Исследование рабочих процессов в двухтактном малоразмерном ДВС с непосредственным впрыскиванием бензина// Двигатель - 97: Труды международной науч.-техн. конф.-М.:Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана,1997.-С.20.

5. Лодня В.А., Юшин А.Е. Улучшение экономических и экологических показателей двухтактного малоразмерного ДВС при непосредственном впрыскивании бензина// Международная науч.-практ. конференция, посвященная памяти академика В.П. Горячки-на: Доклады и тезисы Т.1.-М.:Изд-во МГАУД998.-С.154-156. 16

Юшин Алексей Евгеньевич (Россия)

"Улучшение экономических и экологических показателей двухтактного бензинового ДВС с непосредственным впрыскиванием"

Предложен способ. улучшения экономических и экологических показателей двухтактного малоразмерного бензинового ДВС ДК-8А путем замены карбюраторного способа смесеобразования на непосредственное впрыскивание. Создана исследовательская установка с двигателем ДК-8А, оборудованным системой непосредственного впрыскивания топлива и комплексом электронно-программных средств для регистрации динамики внутрикамерных процессов. Результаты исследования позволили раскрыть физическую сущность явлений протекающих в цилиндре двухтактного двигателя ДК-8А при впрыскивании топлива непосредственно в камеру сгорания, которое позволило снизить удельный эффективный расход топлива на 20,8 % ( при а=0,8) и на 11,4% ( при а=1,1), при сохранении уровня мощности, и снизить выбросы СН на 71% (при а=0,8) и на 82,8% ( при а=1Д) при незначительном увеличении содержания СО п отработавших газах по сравнению с карбюраторной системой питания топливом.

"Improvement of economic and ecological indicators of a two-stroke gasoline engine with direct injection"

A new method of improvement of economic and ecological indicators of a two-stroke gasoline engine by replace of carburetor method of

mixture formation through direct injection is offered. A research installation with the engine "flK-8A" equiped with a direct injection system and a complex of electronic-programmed means for registration of internal chamber processes dynamic is build. The research results made it possible to reveal the characteristics of phenomenons in a two-stroke engine cylinder "flK-8A" by fuel injection directly in the combustion chamber, what allowed to reduce the specific effective fuel consumtion by 20,8% (a=0,8) and by 11,4% (a=l,l), by preservation of level capacity and reduce HC-emission by 71% (a=Q,8) and by 82,8% (a=l,l), CO-emission rised insignificant compared with carburator.

Alexq E. Yushin (Russia)