Улучшение показателей двигателей с искровым зажиганием на режиме холостого хода путем снижения межцикловой неидентичности рабочего процесса

• Автор: Костычев, Владимир Николаевич
• Шифр специальности: 05.04.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Волгоград
• Количество страниц: 116 с. : ил.

Введение
1. Состояние вопроса. Цель и задачи исследования
1.1. Особенности работы двигателя с искровым зажиганием
на режиме холостого хода
1.2. Межцикловая неидентичность и её влияние на показатели двигателя
1.3. Факторы, влияющие на уровень МЦН
1.4. Математическое моделирование рабочего процесса с учетом

1.5. Постановка задач исследования
2. Разработка стохастической математической модели рабочего процесса в ДВС
2.1. Принципы построения стохастической модели рабочего процесса
2.2. Математическая модель индикаторного процесса
2.2.1. Основные уравнения модели индикаторного процесса
2.2.2. Определение скорости распространения турбулентного пламени
2.2.3. Расчет процесса теплоотдачи в стенки рабочей полости
2.2.4. Определение теплофизических свойств свежего заряда и продуктов сгорания
2.3. Математическое моделирование процесса образования начального очага
2.4. Верификация модели
2.5. Заключение по главе
3. Экспериментальные установки, оборудование и методики
3.1. Стенд и оборудование для экспериментальных исследований на двигателе
3.1.1. Испытательный стенд
3.1.2. Система зажигания
3.1.3. Система регистрации цикловых значений пробивных напряжений
3.1.4. Методика определения коэффициента вариации частоты
вращения коленчатого вала двигателя
3.2. Установка с камерой сгорания постоянного объема и методика определения нормальной скорости распространения пламени

3.2.1. Оборудование установки с камерой сгорания постоянного объема
3.2.2. Регистрация распространения пламени в камере сгорания
3.2.3. Методика проведения эксперимента и обработки экспериментальных данных
3.3. Заключение по главе
4. Исследование особенностей межцикловой неидентичности на режиме холостого хода
4.1. Выбор интервалов варьирования основных факторов
4.1.1. Интенсивность турбулентных пульсаций
4.1.2. Коэффициент избытка воздуха
4.1.3. Вариации содержания и параметров остаточных газов
4.1.4. Пробивное напряжение
4.2. Результаты экспериментов по определению нормальной скорости распространения ламинарного пламени в забалластированных смесях
4.3. Определение влияния основных факторов на уровень межцикловой неидентичности работы двигателя на холостом ходу
4.3.1. Влияние турбулентных пульсаций
4.3.2. Влияние вариаций коэффициента избытка воздуха
4.3.3. Влияние вариаций коэффициента остаточных газов
4.3.4. Влияние вариаций пробивного напряжения
4.4. Заключение по главе
5. Снижение уровня межцикловой неидентичности работы двигателя
на режиме холостого хода
5.1. Выбор способа снижения уровня МЦН на режиме холостого хода
5.2. Экспериментальное исследование влияния положения электродов свечи зажигания на уровень межцикловой неидентичности работы двигателя на холостом ходу
5.3. Снижение минимально устойчивой частоты вращения коленчатого вала двигателя за счет выбора положения массового электрода свечи зажигания
5.4. Результаты и выводы по главе
Основные результаты и выводы
Список литературы

ВВЕДЕНИЕ
Необходимость поиска путей дальнейшего снижения эксплуатационного расхода топлива автомобильными двигателями обусловливает, в том числе, актуальность углубленных исследований работы двигателя на режиме холостого хода. В силу современных особенностей движения автомобилей в городах на этот режим приходится более 40% от времени работы двигателя.
Расход топлива двигателем на режиме холостого хода напрямую зависит, при прочих равных условиях, от частоты вращения коленчатого вала двигателя. Для двигателей легкого топлива с принудительным искровым зажиганием одним из факторов, ограничивающих возможности снижения частоты вращения на холостом ходу, является повышенная межцикловая не-идентичность (МЦН) в протекании рабочего процесса, следствием чего является повышенная неравномерность угловой скорости коленчатого вала. При уменьшении уровня МЦН на рассматриваемом режиме появляется возможность снизить частоту вращения коленчатого вала двигателя при выполнении всех требований по экологичности и комфорту и, тем самым, понизить расход топлива.
Настоящая работа посвящена выяснению влияния характерных для режима холостого хода условий в камере сгорания на уровень МЦН и на этой основе выбору путей его снижения. При этом изучено не только непосредственное, но и косвенное влияние этих условий на МЦН через их воздействие на стабильность пробивных напряжений и, тем самым, на стабильность процесса образования и развития начального очага горения, который в значительной степени определяет нестабильность всего процесса сгорания.
В связи с тем, что экспериментальным путем сложно выделить роль факторов, оказывающих прямое и косвенное воздействие на уровень МЦН, в работе значительное место отведено созданию стохастической математической модели рабочего процесса, отражающей физические механизмы влияния случайных вариаций состава топливовоздушной смеси и параметров ис-

2.2.1. Основные уравнения модели индикаторного процесса Уравнение сохранения энергии для зоны продуктов сгорания:
п Ол&Ъ , т . р ч ть
с*-ть' = рТь~~и<тК)'~
+ 1Чи~Тъ-(Са,4 + ВД
(2.2)

где р, V, Т, р - соответственно давление, объем, температура и плотность, ди- удельная теплота сгорания топливовоздушной смеси, 0,шь~ потери теплоты в стенки камеры сгорания в зоне продуктов сгорания, , сЬь - изохор-
ные теплоемкости исходной рабочей смеси и продуктов сгорания, соответственно, пр - масса продуктов сгорания, Ии, - характеристические газо-
вые постоянные исходной смеси и продуктов сгорания.
Уравнение сохранения энергии для зоны свежего заряда:
т - п .Уж.. _ Яш (2
СШ ‘ ти 1 - Р 1
скр ри аф ©
где ти- масса исходной смеси.
Уравнения состояния для зон продуктов сгорания и свежей смеси: Р'Уи= ти 'К -Ти’ (2-4)
р -Уь = ть Еь -Ть. (2.5)
Газовые постоянные свежего заряда Ии и продуктов сгорания Е связаны через коэффициент молекулярного изменения ]Х0, который вычисляется в предположении, что бензин содержит 85,5 % углерода и 14,5 % водорода, следующим образом:

18.63а+ 0.319 (2 в)
, 0.1075(1-а)+ 0.0275
1 + - ; при а < 1.
0.5119а+ 0.0088
Уравнение сохранения массы в цилиндре