Исследование работы энергосберегающей электронной системы зажигания и подачи топлива
|
Введение
1 Аналитическая часть 6
1.1 использование метана в качестве моторного топлива двс 6
1.2 влияние межэлектродного зазора свечи зажигания 9
1.3. Влияние токовременных параметров искрового разряда 11
2. Теоретическая часть 20
2.1. Теоретические основы формирования начального очага горения .... 20
2.2 влияние параметров искрового разряда 23
3. Экспериментальная часть 33
3.1. Методика макетных испытаний систем зажигания 33
3.2. Вольтамперные характеристики искрового разряда 38
3.3. Определение критической величины межэлектродного зазора 42
3.4. Характеристика холостого хода газового двигателя 48
3.5 нагрузочная характеристика газового двигателя 50
3.6 регулировочная характеристика двс по составу смеси 53
3.7 влияние режима работы двс на параметры искрового разряда 55
заключение 61
список использованной литературы
1 Аналитическая часть 6
1.1 использование метана в качестве моторного топлива двс 6
1.2 влияние межэлектродного зазора свечи зажигания 9
1.3. Влияние токовременных параметров искрового разряда 11
2. Теоретическая часть 20
2.1. Теоретические основы формирования начального очага горения .... 20
2.2 влияние параметров искрового разряда 23
3. Экспериментальная часть 33
3.1. Методика макетных испытаний систем зажигания 33
3.2. Вольтамперные характеристики искрового разряда 38
3.3. Определение критической величины межэлектродного зазора 42
3.4. Характеристика холостого хода газового двигателя 48
3.5 нагрузочная характеристика газового двигателя 50
3.6 регулировочная характеристика двс по составу смеси 53
3.7 влияние режима работы двс на параметры искрового разряда 55
заключение 61
список использованной литературы
Актуальность. В настоящее время в качестве моторного топлива двигателей внутреннего сгорания (ДВС) с искровым зажиганием все шире используется природный газ (метан). Преимуществами данного газа перед топливами нефтяного происхождения являются развитая добыча и низкая стоимость. К другим преимуществам относятся его высокие антидетонационные свойства и широкие пределы воспламенения метановоздушных смесей.
Наряду с отмеченными положительными свойствами имеются и серьезные проблемы, связанные с использованием природного газа в качестве моторного топлива газовых двигателей с высокой степенью сжатия и турбонаддувом. Одной из этих проблем является низкая скорость сгорания метановоздушных смесей, которая представляет собой причину повышенной длительности формирования начального очага горения и соответственно общей длительности процесса сгорания в цилиндре ДВС, что увеличивает расход топлива и повышает уровень выбросов несгоревших углеводородов с отработавшими газами. Данные недостатки особенно резко проявляются при применении штатной системы зажигания из-за недостаточной эффективности искрового разряда в условиях камеры сгорания газовых ДВС.
Обостряющаяся проблема топливных ресурсов и постоянно ужесточающиеся экологические требования заставляют искать пути повышения топливной экономичности и снижения токсичности отработавших газов, одним из которых является повышение воспламеняющей способности искрового разряда системы зажигания газовых ДВС.
На основании анализа известных работ установлено, что вопросы влияния параметров искрового разряда системы зажигания газовых ДВС на показатели топливной экономичности и токсичности отработавших газов, в том числе и при работе на бедных смесях, изучены недостаточно.
В этой связи представляется необходимым проведение всесторонних исследований, направленных на определение параметров искрового разряда (амплитуды тока, длительности и характеристики выделения энергии в индуктивной фазе), позволяющих улучшить показатели газовых ДВС.
Целью работы является улучшение показателей топливной экономичности и токсичности отработавших газов двигателей, работающих на природном газе за счет рационального выбора параметров искрового разряда системы зажигания.
Задачи магистерской диссертации:
1. Провести теоретические исследования процесса формирования начального очага горения при искровом зажигании газовоздушной смеси (для условий камеры сгорания ДВС) с учетом параметров искрового разряда системы зажигания;
2. Исследовать влияние плотности газа (воздуха) и параметров вторичного напряжения в системе зажигания на критическую величину межэлектродного зазора в свече зажигания;
3. Провести сравнительные стендовые испытания ДВС, оснащенного штатной и экспериментальными системами зажигания на различных режимах его работы.
Научная новизна магистерской диссертации заключается в следующем:
1. Определены характеристики выделения энергии искрового разряда, обеспечивающие увеличение скорости роста начального очага горения для условий камеры сгорания газового ДВС. Предложена уточненная зависимость радиуса начального очага горения от параметров искрового разряда и физико-химических свойств газовоздушной смеси, учитывающая радиус искрового разряда.
2. Установлено характерное для газовых ДВС с высокой степенью сжатия влияние полярности вторичного напряжения в системе зажигания на критическую величину межэлектродного зазора свечи зажигания.
3. Установлена возможность повышения предела обеднения газовоздушной смеси в газовых ДВС за счет изменения характеристики выделения энергии в индуктивной фазе искрового разряда.
Практическая значимость работы заключается в следующем:
1. Выполнение установленных требований к характеристике выделения энергии искрового разряда системы зажигания газовых ДВС обеспечивает повышение топливной экономичности и снижение токсичности отработавших газов.
2. Использование в системе зажигания газовых ДВС обоснованных значений скорости нарастания вторичного напряжения и его полярности позволяет достичь бесперебойного искрообразования при увеличенном межэлектродном зазоре в свечах зажигания.
3. Применение экспериментальных систем зажигания для газовых двигателей позволяет при работе на режиме холостого хода снизить выброс несгоревших углеводородов на 69 % и оксида углерода на 12 %.
Достоверность результатов подтверждается корректным применением известных теорий и методов, применением сертифицированных методик, пакетов программ, изделий и материалов.
Апробация работы. Основные результаты данной диссертации докладывались и обсуждались на следующих конференции научно-педагогических сотрудников НЧИ КФУ 2018 г..
Публикации. По теме диссертации опубликована 1 печатная работа (1 работа в материалах конференций).
Структура и объем работы. Магистерская диссертация состоит из введения, трех глав, заключения и списка использованной литературы. Работа изложена на 66 страницах машинописного текста, содержит 23 рисунков и список литературы из 30 источников отечественных и зарубежных авторов.
Наряду с отмеченными положительными свойствами имеются и серьезные проблемы, связанные с использованием природного газа в качестве моторного топлива газовых двигателей с высокой степенью сжатия и турбонаддувом. Одной из этих проблем является низкая скорость сгорания метановоздушных смесей, которая представляет собой причину повышенной длительности формирования начального очага горения и соответственно общей длительности процесса сгорания в цилиндре ДВС, что увеличивает расход топлива и повышает уровень выбросов несгоревших углеводородов с отработавшими газами. Данные недостатки особенно резко проявляются при применении штатной системы зажигания из-за недостаточной эффективности искрового разряда в условиях камеры сгорания газовых ДВС.
Обостряющаяся проблема топливных ресурсов и постоянно ужесточающиеся экологические требования заставляют искать пути повышения топливной экономичности и снижения токсичности отработавших газов, одним из которых является повышение воспламеняющей способности искрового разряда системы зажигания газовых ДВС.
На основании анализа известных работ установлено, что вопросы влияния параметров искрового разряда системы зажигания газовых ДВС на показатели топливной экономичности и токсичности отработавших газов, в том числе и при работе на бедных смесях, изучены недостаточно.
В этой связи представляется необходимым проведение всесторонних исследований, направленных на определение параметров искрового разряда (амплитуды тока, длительности и характеристики выделения энергии в индуктивной фазе), позволяющих улучшить показатели газовых ДВС.
Целью работы является улучшение показателей топливной экономичности и токсичности отработавших газов двигателей, работающих на природном газе за счет рационального выбора параметров искрового разряда системы зажигания.
Задачи магистерской диссертации:
1. Провести теоретические исследования процесса формирования начального очага горения при искровом зажигании газовоздушной смеси (для условий камеры сгорания ДВС) с учетом параметров искрового разряда системы зажигания;
2. Исследовать влияние плотности газа (воздуха) и параметров вторичного напряжения в системе зажигания на критическую величину межэлектродного зазора в свече зажигания;
3. Провести сравнительные стендовые испытания ДВС, оснащенного штатной и экспериментальными системами зажигания на различных режимах его работы.
Научная новизна магистерской диссертации заключается в следующем:
1. Определены характеристики выделения энергии искрового разряда, обеспечивающие увеличение скорости роста начального очага горения для условий камеры сгорания газового ДВС. Предложена уточненная зависимость радиуса начального очага горения от параметров искрового разряда и физико-химических свойств газовоздушной смеси, учитывающая радиус искрового разряда.
2. Установлено характерное для газовых ДВС с высокой степенью сжатия влияние полярности вторичного напряжения в системе зажигания на критическую величину межэлектродного зазора свечи зажигания.
3. Установлена возможность повышения предела обеднения газовоздушной смеси в газовых ДВС за счет изменения характеристики выделения энергии в индуктивной фазе искрового разряда.
Практическая значимость работы заключается в следующем:
1. Выполнение установленных требований к характеристике выделения энергии искрового разряда системы зажигания газовых ДВС обеспечивает повышение топливной экономичности и снижение токсичности отработавших газов.
2. Использование в системе зажигания газовых ДВС обоснованных значений скорости нарастания вторичного напряжения и его полярности позволяет достичь бесперебойного искрообразования при увеличенном межэлектродном зазоре в свечах зажигания.
3. Применение экспериментальных систем зажигания для газовых двигателей позволяет при работе на режиме холостого хода снизить выброс несгоревших углеводородов на 69 % и оксида углерода на 12 %.
Достоверность результатов подтверждается корректным применением известных теорий и методов, применением сертифицированных методик, пакетов программ, изделий и материалов.
Апробация работы. Основные результаты данной диссертации докладывались и обсуждались на следующих конференции научно-педагогических сотрудников НЧИ КФУ 2018 г..
Публикации. По теме диссертации опубликована 1 печатная работа (1 работа в материалах конференций).
Структура и объем работы. Магистерская диссертация состоит из введения, трех глав, заключения и списка использованной литературы. Работа изложена на 66 страницах машинописного текста, содержит 23 рисунков и список литературы из 30 источников отечественных и зарубежных авторов.
1. Ha основании теоретических исследований процесса формирования начального очага горения при искровом зажигании газовоздушной смеси установлено, что для системы зажигания газовых ДВС целесообразно повысить скорость выделения энергии в кратковременный период длительного искрового разряда, что позволяет существенно повысить скорость роста начального очага горения.
2. Получена аналитическая зависимость критического значения межэлектродного зазора свечей зажигания газовых ДВС от плотности газовоздушной смеси, скорости нарастания, а также полярности вторичного напряжения в системе зажигания. Так, обратная полярность вторичного напряжения при скорости нарастания 0,8 кВ/мкс позволяет использовать увеличенный установочный межэлектродный зазор свечей зажигания газового ДВС КАМАЗ 820.52-260 значением 0,7 мм (входящий в ряд межэлектродных зазоров свечей зажигания, выпускаемых серийно).
3. Стендовые испытания газового двигателя КАМАЗ 820.52-260 с экспериментальными конденсаторными системами зажигания подтвердили результаты теоретических исследований и позволили определить количественные характеристики и закономерности изменения показателей двигателя:
3.1. На режиме холостого хода применение конденсаторной системы зажигания, формирующей комбинированный искровой разряд (первая сильноточная кратковременная индуктивная фаза с амплитудой тока 380 мА и длительностью 0,18 мс; вторая индуктивная фаза экспоненциальной формы с амплитудой тока 110 мА и длительностью 1,82 мс), позволило:
3.1.1. Снизить выбросы несгоревших углеводородов на 69%, оксидов углерода на 12 % при увеличении выбросов оксидов азота на 42 %, по сравнению со штатной системой зажигания (при а = 1,4).
3.1.2. Обеспечить возможность повышения предела обеднения метановоздушной смеси до а = 1,8.3.1.3. При значительном обеднении смеси (а = 1,8) обеспечить наименьшее количество в отработавших газах выбросов СН и СО.
3.2. При работе газового ДВС с частичными нагрузками первая кон - денсаторная система зажигания, формирующая искровой разряд с параметрами: амплитуда тока первой и второй сильноточных фаз соответственно 280 и 150 мА, длительность данных фаз 0,25 и 0,45 мс, обеспечивает наименьшее содержание несгоревших углеводородов в отработавших газах.
2. Получена аналитическая зависимость критического значения межэлектродного зазора свечей зажигания газовых ДВС от плотности газовоздушной смеси, скорости нарастания, а также полярности вторичного напряжения в системе зажигания. Так, обратная полярность вторичного напряжения при скорости нарастания 0,8 кВ/мкс позволяет использовать увеличенный установочный межэлектродный зазор свечей зажигания газового ДВС КАМАЗ 820.52-260 значением 0,7 мм (входящий в ряд межэлектродных зазоров свечей зажигания, выпускаемых серийно).
3. Стендовые испытания газового двигателя КАМАЗ 820.52-260 с экспериментальными конденсаторными системами зажигания подтвердили результаты теоретических исследований и позволили определить количественные характеристики и закономерности изменения показателей двигателя:
3.1. На режиме холостого хода применение конденсаторной системы зажигания, формирующей комбинированный искровой разряд (первая сильноточная кратковременная индуктивная фаза с амплитудой тока 380 мА и длительностью 0,18 мс; вторая индуктивная фаза экспоненциальной формы с амплитудой тока 110 мА и длительностью 1,82 мс), позволило:
3.1.1. Снизить выбросы несгоревших углеводородов на 69%, оксидов углерода на 12 % при увеличении выбросов оксидов азота на 42 %, по сравнению со штатной системой зажигания (при а = 1,4).
3.1.2. Обеспечить возможность повышения предела обеднения метановоздушной смеси до а = 1,8.3.1.3. При значительном обеднении смеси (а = 1,8) обеспечить наименьшее количество в отработавших газах выбросов СН и СО.
3.2. При работе газового ДВС с частичными нагрузками первая кон - денсаторная система зажигания, формирующая искровой разряд с параметрами: амплитуда тока первой и второй сильноточных фаз соответственно 280 и 150 мА, длительность данных фаз 0,25 и 0,45 мс, обеспечивает наименьшее содержание несгоревших углеводородов в отработавших газах.