Помощь студентам в учебе
Оценка влияния степени сжатия на характеристики протекания процесса сгорания в бензиновом двигателе
|
ВВЕДЕНИЕ 4
Глава 1 Изучение литературы для выявления и оценке влияния степени сжатия на характеристики протекания процесса сгорания в бензиновом двигателе 7
1.1 Обзор работы William P. Attard, Steven Konidaris, Ferenc Hamori, Elisa Toulson and Harry C. Watson «Влияние коэффициента сжатия на производительность, эффективность, выбросы и сгорание в карбюраторном и маломощном двигателе PFI» 8
1.2 Обзор работы Adnan N Ahmed, Zuhair H Obeid and Alauldinn H Jasim «Экспериментальное исследование оптимальной степени сжатия одноцилиндрового двигателя с искровым зажиганием» 14
1.3 Обзор работы L. Yuksek, O. Ozener и H. Kaleli «Определение оптимального коэффициента сжатия: трибологический аспект» 19
1.4 Выводы по главе изучение литературы для выявления и оценке влияния степени сжатия на характеристики протекания процесса сгорания в бензиновом двигателе 24
Глава 2 Описание экспериментального оборудования 25
2.1 Экспериментальные стенды 25
2.2 Методика поведения эксперимента 29
2.3 Определение продолжительности процесса сгорания по изменению показателя политропы в ДВС с искровым зажиганием 31
2.4 Выводы по главе 2 «Описание экспериментального оборудования» 34
Глава 3 Обзор проведенных экспериментальных исследований с целью оценки влияния степени сжатия на характеристики протекания процесса сгорания в бензиновом двигателе 35
3.1 Результаты экспериментальных исследований на установке УИТ-85 35
3.2 Результаты экспериментальных исследований на ВАЗ-2111 39
3.3 Методика оценки термодинамических параметров при изменении степени сжатия 43
3.4 Выводы по главе 3 «Обзор проведенных экспериментальных исследований с целью оценки влияния степени сжатия на характеристики протекания процесса сгорания в бензиновом двигателе» 50
Глава 4 Оценка влияния степени сжатия на характеристики протекания процесса сгорания в бензиновом двигателе 52
4.1 Оценка влияния степени сжатия на характеристики протекания процесса сгорания в УИТ-85 52
4.2 Оценка влияния степени сжатия на характеристики протекания процесса сгорания в двигателе ВАЗ-2111 57
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 63
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ 66
Глава 1 Изучение литературы для выявления и оценке влияния степени сжатия на характеристики протекания процесса сгорания в бензиновом двигателе 7
1.1 Обзор работы William P. Attard, Steven Konidaris, Ferenc Hamori, Elisa Toulson and Harry C. Watson «Влияние коэффициента сжатия на производительность, эффективность, выбросы и сгорание в карбюраторном и маломощном двигателе PFI» 8
1.2 Обзор работы Adnan N Ahmed, Zuhair H Obeid and Alauldinn H Jasim «Экспериментальное исследование оптимальной степени сжатия одноцилиндрового двигателя с искровым зажиганием» 14
1.3 Обзор работы L. Yuksek, O. Ozener и H. Kaleli «Определение оптимального коэффициента сжатия: трибологический аспект» 19
1.4 Выводы по главе изучение литературы для выявления и оценке влияния степени сжатия на характеристики протекания процесса сгорания в бензиновом двигателе 24
Глава 2 Описание экспериментального оборудования 25
2.1 Экспериментальные стенды 25
2.2 Методика поведения эксперимента 29
2.3 Определение продолжительности процесса сгорания по изменению показателя политропы в ДВС с искровым зажиганием 31
2.4 Выводы по главе 2 «Описание экспериментального оборудования» 34
Глава 3 Обзор проведенных экспериментальных исследований с целью оценки влияния степени сжатия на характеристики протекания процесса сгорания в бензиновом двигателе 35
3.1 Результаты экспериментальных исследований на установке УИТ-85 35
3.2 Результаты экспериментальных исследований на ВАЗ-2111 39
3.3 Методика оценки термодинамических параметров при изменении степени сжатия 43
3.4 Выводы по главе 3 «Обзор проведенных экспериментальных исследований с целью оценки влияния степени сжатия на характеристики протекания процесса сгорания в бензиновом двигателе» 50
Глава 4 Оценка влияния степени сжатия на характеристики протекания процесса сгорания в бензиновом двигателе 52
4.1 Оценка влияния степени сжатия на характеристики протекания процесса сгорания в УИТ-85 52
4.2 Оценка влияния степени сжатия на характеристики протекания процесса сгорания в двигателе ВАЗ-2111 57
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 63
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ 66
Актуальность работы и научная значимость настоящего исследования.
Степень сжатия является одним из важных факторов, определяющих эффективность рабочего процесса в ДВС с искровым зажиганием. При работе на максимальных и близких к ним нагрузках максимально возможные для без детонационной работы значения степени сжатия обеспечивают увеличения КПД двигателя. Но в тоже время при работе на низких нагрузках, а особенно на режимах холостого хода и глубокого дросселирования снижение степени сжатия может иметь также положительный эффект, это возможно за счет следующих факторов: меньшее разряжение во впускном коллекторе, меньшая забалластированность остаточными газами и больше равномерность работы. Поэтому исследование влияния степени сжатия на характеристики протекания процесса сгорания в бензиновом двигателе является актуальной задачей современных исследований.
Оценка влияния степени сжатия на характеристики протекания процесса сгорания в бензиновом двигателе при современном развитии двигателестроении показывает актуальность данной работы.
Объект исследования.
Бензиновый двигатель внутреннего сгорания с искровым зажиганием.
Предмет исследования.
Влияния степени сжатия на характеристики протекания процесса сгорания в бензиновом двигателе.
Целью работы является оценка влияния степени сжатия на характеристики протекания процесса сгорания в бензиновом двигателе.
Гипотеза исследования состоит в том, что степень сжатия определяет условия воспламенения и сгорания смеси в цилиндре двигателя и, следовательно, во многом определяет термодинамические характеристики рабочего процесса, развитие технологий и ужесточение требований приводят к тому что в скором времени регулируемая степень сжатия станет таким же распространённым явлением как регулирование УОЗ, что позволит значительно улучшить термодинамическую эффективность процесса сгорания при снижение токсичности отработавших газов.
Достижение поставленной цели обеспечивается решением следующих задач:
1. провести оценку влияния степени сжатия на характеристики протекания процесса сгорания в бензиновом двигателе;
2. выявить возможности повышения эффективности процесса сгорания в бензиновом ДВС за счет варьированием степени сжатия.
Методы исследования.
Метод экспериментального исследования, метод статистической обработки результатов эксперимента и моделирования рабочего процесса.
Научная новизна исследования заключается в выявлении особенностей влияния степени сжатия на термодинамические характеристики рабочего процесса
Личное участие автора в организации и проведении исследования состоит в том, что автор принимал непосредственное участие в формировании аналитического обзора по направлению исследований, а также в анализе экспериментальных данных и полученных на основании анализа практических рекомендаций и выводов.
Апробация и внедрение результатов работы велись в течении всего исследования. Его результаты докладывались на следующих конференциях и семинарах:
• на семинарах кафедры «Энергетические машины и системы управления» в 2019 и 2020 г.
• на международной научно-практической конференции: «Актуальные вопросы образования и науки» (Тамбов, 30 апреля 2020 г.).
• опубликована научная статья: Определение продолжительности процесса сгорания по изменению показателя политропы в ДВС с искровым зажиганием // Научный альманах. 2020. №4-1 (66). С. 72-76. Объем статьи 0,31 усл. печ. л.
На защиту выносятся:
• выявленные возможности повышения эффективности процесса сгорания в бензиновом ДВС за счет варьирования степени сжатия.
Структура магистерской диссертации.
Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения с основными результатами и выводами, содержит 45 рисунков, 0 таблиц, списка использованных источников (84 источников). Основной текст изложен на 74 страницах.
Степень сжатия является одним из важных факторов, определяющих эффективность рабочего процесса в ДВС с искровым зажиганием. При работе на максимальных и близких к ним нагрузках максимально возможные для без детонационной работы значения степени сжатия обеспечивают увеличения КПД двигателя. Но в тоже время при работе на низких нагрузках, а особенно на режимах холостого хода и глубокого дросселирования снижение степени сжатия может иметь также положительный эффект, это возможно за счет следующих факторов: меньшее разряжение во впускном коллекторе, меньшая забалластированность остаточными газами и больше равномерность работы. Поэтому исследование влияния степени сжатия на характеристики протекания процесса сгорания в бензиновом двигателе является актуальной задачей современных исследований.
Оценка влияния степени сжатия на характеристики протекания процесса сгорания в бензиновом двигателе при современном развитии двигателестроении показывает актуальность данной работы.
Объект исследования.
Бензиновый двигатель внутреннего сгорания с искровым зажиганием.
Предмет исследования.
Влияния степени сжатия на характеристики протекания процесса сгорания в бензиновом двигателе.
Целью работы является оценка влияния степени сжатия на характеристики протекания процесса сгорания в бензиновом двигателе.
Гипотеза исследования состоит в том, что степень сжатия определяет условия воспламенения и сгорания смеси в цилиндре двигателя и, следовательно, во многом определяет термодинамические характеристики рабочего процесса, развитие технологий и ужесточение требований приводят к тому что в скором времени регулируемая степень сжатия станет таким же распространённым явлением как регулирование УОЗ, что позволит значительно улучшить термодинамическую эффективность процесса сгорания при снижение токсичности отработавших газов.
Достижение поставленной цели обеспечивается решением следующих задач:
1. провести оценку влияния степени сжатия на характеристики протекания процесса сгорания в бензиновом двигателе;
2. выявить возможности повышения эффективности процесса сгорания в бензиновом ДВС за счет варьированием степени сжатия.
Методы исследования.
Метод экспериментального исследования, метод статистической обработки результатов эксперимента и моделирования рабочего процесса.
Научная новизна исследования заключается в выявлении особенностей влияния степени сжатия на термодинамические характеристики рабочего процесса
Личное участие автора в организации и проведении исследования состоит в том, что автор принимал непосредственное участие в формировании аналитического обзора по направлению исследований, а также в анализе экспериментальных данных и полученных на основании анализа практических рекомендаций и выводов.
Апробация и внедрение результатов работы велись в течении всего исследования. Его результаты докладывались на следующих конференциях и семинарах:
• на семинарах кафедры «Энергетические машины и системы управления» в 2019 и 2020 г.
• на международной научно-практической конференции: «Актуальные вопросы образования и науки» (Тамбов, 30 апреля 2020 г.).
• опубликована научная статья: Определение продолжительности процесса сгорания по изменению показателя политропы в ДВС с искровым зажиганием // Научный альманах. 2020. №4-1 (66). С. 72-76. Объем статьи 0,31 усл. печ. л.
На защиту выносятся:
• выявленные возможности повышения эффективности процесса сгорания в бензиновом ДВС за счет варьирования степени сжатия.
Структура магистерской диссертации.
Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения с основными результатами и выводами, содержит 45 рисунков, 0 таблиц, списка использованных источников (84 источников). Основной текст изложен на 74 страницах.
К основным результатам следует отнести следующие выводы по работе:
1. проведенная оценка влияния степени сжатия на характеристики протекания процесса сгорания в бензиновом двигателе показала, что увеличение степени сжатия повышает скорость сгорания во всем диапазоне составов смеси, в тоже время максимальное давление увеличивается в богатых и стехиометрических смесях, а при обеднении требуется добавление активатора горения - водорода.
2. выявлены возможности повышения эффективности процесса сгорания в бензиновом ДВС за счет варьированием степени сжатия, показано что на холостом ходу уменьшение степени сжатия можно снизить эффект забалластированности остаточными газами что приводит к более равномерному сгоранию и снижению токсичности по CH и NO. Основные выводы по разделам:
Выводы по главе 1
Рассмотрены три основные аспекта увеличения степени сжатия, а именно повышение степени сжатия для двигателей с маленькими размерами цилиндра и камеры сгорания. Для таких двигателей за счет маленького объема КС возможно повышение степени сжатия до 13 - 14,5 при бездетонационно работе. Второй случай — это двигатель в большими размерами КС у таких ДВС при работе на бензинах Аи-92 детонация возникает на мощностных режимах при степенях сжатия близких к 9. И третий случай это трибологическая оценка эффективности повышения степени сжатия на примере дизельного двигателя, где показано что повышение степени сжатия больше 19,6 приводит к неоправданному росту механических потерь и без серьезной проработки технологий улучшения трибологической напряженности деталей ЦПГ и КШМ дальнейшее её повышение не эффективно. Анализ высоких степеней сжатия делался в рамках скорой возможности применения высокооктановых альтернативных топлив в ДВС с искровым зажиганием и в таком контексте знание трибологичсеких ограничений является принципиально важным.
Выводы по главе 2
Анализ результатов представленных экспериментальных исследований показал преимущества использования систем исследования характеристик работы поршневых ДВС и особенно характеристик распространения пламени углеводородного топлива, основанных на использовании регистрации ионного тока пламени. Указанные системы позволяют непрерывно и безинерционно исследовать и контролировать, а при дальнейшем развитии и управлять различными характеристиками работы ДВС.
1. Показано что исследовательская установка УИТ-85, и установка на базе ВАЗ-2111 соответствует задачам проводимых исследований. Установка позволяет с высокой точностью оценивать влияние степени сжатия при сохранении прочих параметров работы двигателя на термодинамические параметры рабочего процесса.
2. Предложен подход по определению продолжительности процесса сгорания по изменению показателя политропы в ДВС с искровым зажиганием. Показана достоверность и точность предложенного подхода.
Выводы по главе 3
• Показана возможность оценки основных характеристик процесса сгорания по анализу индикаторной диаграммы давления в цилиндре двигателя с искровым зажиганием.
• Предложенная методика позволяет определять основные термодинамические характеристики процесса сгорания по экспериментально полученной индикаторной диаграмме давления, в том числе при работе двигателя на режимах холостого хода и низких нагрузок. На этих режимах имеется значительное количество остаточных газов которые значительно усложняют процесс моделирования для данных условий, что требует обязательное применение стендовых экспериментальных исследований. Предложенная методика позволяет расширить понимание условий образования токсичных веществ в ДВС с искровым зажиганием. Это необходимо для выявления возможностей улучшения экологических характеристик работы двигателя на режимах низких нагрузок и холостого хода.
Выводы по главе 4 «Оценка влияния степени сжатия на характеристики протекания процесса сгорания в бензиновом двигателе»
- Проведенный анализ показал наличие зависимости эффективности протекания процесса сгорания от степени сжатия При этом увеличение степени сжатия перемещает кривую тепловыделения в сторону меньших значений угла поворота КВ, что и оказывает влияние на процесс сгорания. Выявлено что оптимальной является степень сжатия в диапазоне от 10 до 19,8 и ограничивается детонацией.
1. проведенная оценка влияния степени сжатия на характеристики протекания процесса сгорания в бензиновом двигателе показала, что увеличение степени сжатия повышает скорость сгорания во всем диапазоне составов смеси, в тоже время максимальное давление увеличивается в богатых и стехиометрических смесях, а при обеднении требуется добавление активатора горения - водорода.
2. выявлены возможности повышения эффективности процесса сгорания в бензиновом ДВС за счет варьированием степени сжатия, показано что на холостом ходу уменьшение степени сжатия можно снизить эффект забалластированности остаточными газами что приводит к более равномерному сгоранию и снижению токсичности по CH и NO. Основные выводы по разделам:
Выводы по главе 1
Рассмотрены три основные аспекта увеличения степени сжатия, а именно повышение степени сжатия для двигателей с маленькими размерами цилиндра и камеры сгорания. Для таких двигателей за счет маленького объема КС возможно повышение степени сжатия до 13 - 14,5 при бездетонационно работе. Второй случай — это двигатель в большими размерами КС у таких ДВС при работе на бензинах Аи-92 детонация возникает на мощностных режимах при степенях сжатия близких к 9. И третий случай это трибологическая оценка эффективности повышения степени сжатия на примере дизельного двигателя, где показано что повышение степени сжатия больше 19,6 приводит к неоправданному росту механических потерь и без серьезной проработки технологий улучшения трибологической напряженности деталей ЦПГ и КШМ дальнейшее её повышение не эффективно. Анализ высоких степеней сжатия делался в рамках скорой возможности применения высокооктановых альтернативных топлив в ДВС с искровым зажиганием и в таком контексте знание трибологичсеких ограничений является принципиально важным.
Выводы по главе 2
Анализ результатов представленных экспериментальных исследований показал преимущества использования систем исследования характеристик работы поршневых ДВС и особенно характеристик распространения пламени углеводородного топлива, основанных на использовании регистрации ионного тока пламени. Указанные системы позволяют непрерывно и безинерционно исследовать и контролировать, а при дальнейшем развитии и управлять различными характеристиками работы ДВС.
1. Показано что исследовательская установка УИТ-85, и установка на базе ВАЗ-2111 соответствует задачам проводимых исследований. Установка позволяет с высокой точностью оценивать влияние степени сжатия при сохранении прочих параметров работы двигателя на термодинамические параметры рабочего процесса.
2. Предложен подход по определению продолжительности процесса сгорания по изменению показателя политропы в ДВС с искровым зажиганием. Показана достоверность и точность предложенного подхода.
Выводы по главе 3
• Показана возможность оценки основных характеристик процесса сгорания по анализу индикаторной диаграммы давления в цилиндре двигателя с искровым зажиганием.
• Предложенная методика позволяет определять основные термодинамические характеристики процесса сгорания по экспериментально полученной индикаторной диаграмме давления, в том числе при работе двигателя на режимах холостого хода и низких нагрузок. На этих режимах имеется значительное количество остаточных газов которые значительно усложняют процесс моделирования для данных условий, что требует обязательное применение стендовых экспериментальных исследований. Предложенная методика позволяет расширить понимание условий образования токсичных веществ в ДВС с искровым зажиганием. Это необходимо для выявления возможностей улучшения экологических характеристик работы двигателя на режимах низких нагрузок и холостого хода.
Выводы по главе 4 «Оценка влияния степени сжатия на характеристики протекания процесса сгорания в бензиновом двигателе»
- Проведенный анализ показал наличие зависимости эффективности протекания процесса сгорания от степени сжатия При этом увеличение степени сжатия перемещает кривую тепловыделения в сторону меньших значений угла поворота КВ, что и оказывает влияние на процесс сгорания. Выявлено что оптимальной является степень сжатия в диапазоне от 10 до 19,8 и ограничивается детонацией.
