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.
Помощь студентам и аспирантам в выполнении работ от наших партнеров
