Введение 4
Глава 1. Состояние вопроса. Цели и задачи исследования 6
1.1 Фазы сгорания в двигателях с искровым зажиганием 6
1.2 Модель изохорного сгорания 11
1.3 Цикл двигателя с искровым зажиганием (расчёт Гриневецкого-
Мазинга) 14
1.4 Полуэмпирические уравнения, характеристики тепловыделения И.И.
Вибе 17
1.5 Взаимосвязь эффективности работы двигателя с максимальным давлением сгорания 1:7
1.6 Взаимосвязь максимального давления сгорания с ионным током
25
пламени и токи ионизации
1.6.1 Оценка индикаторного давления в камере сгорания 36
1.6.2 Исследование взаимозависимостей между максимальным давлением и
43
ионным током хемиионизации в двигателях с искровым зажиганием
1.7 Выводы по главе 1 и формулировка задач исследования 61
Глава 2. Экспериментальный комплекс 63
2.1 Одноцилиндровая исследовательская установка УИТ-85 63
2.1.1. Описание установки УИТ-85 63
2.1.2. Система регистрации ионного тока 65
2.1.3. Система индицирования (измерения давления в камере сгорания) 67
2.2 Методики проведения и обработка результатов экспериментальных исследований
2.2.1 Методики проведения и обработка результатов исследования на
одноцилиндровой установке УИТ-85 68
2.2.2. Обработка результатов испытаний 72
Глава 3. Результаты экспериментального определения влияния состава смеси и добавки водорода на промежуток времени достижения 74 максимального давления
Глава 4 Анализ изменения максимального давления в зависимости от параметров работы двигателя при добавке водорода в ТВС 85
4.1. Взаимосвязь максимального давления сгорания с величиной тока в
двигателях с искровым зажиганием 87
4.2. Влияние добавки водорода в топливовоздушную смесь на максимальное давление сгорания, при изменении угла зажигания коленчатого вала
Заключение 95
Список сокращений и условных обозначений 97
Список используемых источников 98
В поршневых энергетических установках процесс сгорания углеводородного топлива представляет собой комплексный сложный физико-химический процесс, который протекает при изменении в течение нескольких миллисекунд объеме, скорости перемещения топливно-воздушного заряда, масштаба и интенсивности турбулентности, давления, температуре, а также происходит непрерывное изменение ширины зоны сгорания, турбулентной и нормальной скоростей распространения пламени.
Экспериментальные установки - одноцилиндровая исследовательская установка УИТ-85, стенды с автомобильными двигателями - были разработаны и модернизированы для выявления параметров, определяющих основные характеристики сгорания углеводородных топлив.
Для определения эффективности работы двигателей используется или внесение настоящих значений давления сгорания по углу ПКВ, метод И.И. Вибе [2], или величина максимального давления сгорания (Pzmax), метод Гриневецкого-Мазинга [1] из существующих методик теплового расчёта. В методике Гриневецкого-Мазинга, в отличии от И.И. Вибе, используются только давление Pzmax, а время достижения Р?^, угол опережения зажигания не учитываются.
В последнее время связь между показателями процесса сгорания и характеристиками ионного тока в цилиндрах ДВС была доказана экспериментально и теоретически. Ионный ток мгновенно достигает максимального значения в момент, когда фронт пламени подходит к ионизационному датчику, после чего уменьшается до минимума, что позволяет определить в племени зоны, в которых происходят химические реакции, это было показано в работах Аравина, Иноземцева, Соколика и Семенова.
В ВКР рассматриваются результаты исследования взаимодействия давления Pzmaxи ионного тока. Эксперимент проходил с добавлением водорода в ТВС по 3% и 5% от объема.
По результатам проведенной работы можно сделать вывод о том, что время достижения до ионизационного датчика напрямую зависит от состава ТВС и частоты вращения коленчатого вала. При обеднении смеси заметно увеличивается время появления ионного тока у электродов датчика ионизации.
Экспериментально и теоретически была доказана связь между показателями процесса сгорания и характеристиками ионного тока в цилиндрах ДВС.
Результаты работы показывают, что о величине максимального давления сгорания можно судить по ионному току пламени. Данный факт открывает возможность контроля максимального давления при помощи ионизационных датчиков, которые установлены в удаленной от свечи зажигания зоне КС. Увеличение ионного тока приводит к уменьшению времени основной фазы сгорания. Данная тенденция сохраняется при доле добавляемого водорода в ТВС и разной частоте вращения коленчатого вала. Анализируя вышесказанное, можно сказать о значительном влиянии интенсивности химических реакций горения на продолжительность основной фазы сгорания. Амплитуда ионного тока в большей мере характеризует интенсивность химических реакций.
В качестве инструмента для диагностики процесса горения можно использовать зондовый метод, основанный на электропроводности пламени.
Скорость распространения пламени в значительной степени характеризует продолжительность основной фазы горения, следовательно и, ширину турбулентной зоны горения и интенсивность химических реакций горения.
Было показано и экспериментально и теоретически, что при добавке водорода в ТВС качество сгорания растёт с увеличением частоты КВ и не зависит от степени сжатия, а также при неизменном составе смеси приводит к заметному смещению момента достижения максимального давления сгорания ближе к ВМТ, увеличивается значение максимального давления сгорания, особенно это просматривается, когда двигатель работает на обедненной смеси.
Предложена эмпирическая зависимость для определения величины максимального давления сгорания при изменении скоростного режима работы двигателя.
