Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Диссертационные работы России
Технические науки
Тепловые двигатели

Диссертационная работа:

Захаров Илья Львович. Методы исследования и пути совершенствования процессов газообмена и сгорания в бензиновых двигателях : Дис. ... канд. техн. наук : 05.04.02 Москва, 2005 191 с. РГБ ОД, 61:05-5/2566

смотреть содержание
смотреть введение
Содержание к работе:

ПЕРЕЧЕНЬ УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ И СОКРАЩЕНИЙ 5

ВВЕДЕНИЕ 6

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА ПО МОДЕЛИРОВАНИЮ ПРОЦЕССОВ
ГАЗООБМЕНА И СГОРАНИЯ В ПОРШНЕВЫХ

БЕНЗИНОВЫХ ДВС 9

1.1. Методы математического моделирования рабочего цикла поршневого

бензинового ДВС 10

  1. Современное представление о распространении пламени, сгорании и тепловыделении в двигателях с искровым воспламенением 13

  2. Методы моделирования процесса сгорания 22

  3. Математическое моделирование характеристик тепловыделения и исследование процесса сгорания в цилиндре бензинового двигателя... 25

1.5. Постановка задач исследования 35

Выводы по главе 1 38

2. МОДЕЛИРОВАНИЕ РАБОЧИХ ПРОЦЕССОВ В ПОРШНЕВОМ
БЕНЗИНОВОМ ДВС 39

  1. Проектирование газовых каналов и камеры сгорания головки цилиндров 39

  2. Моделирование процессов в цилиндре двигателя и в системе

газообмена 40

2.3. Математическая модель процесса сгорания в цилиндре поршневого

бензинового двигателя 45

  1. Температурное поле в камере сгорания бензинового двигателя ... 45

  2. Соотношение между массой и объемом выгоревшего заряда 53

  3. Скорость химических реакций окисления паров топлива 55

  4. Нормальная скорость сгорания 63

  5. Турбулентное распространение пламени 70

  6. Глубина зоны горения 83

  7. Распространение пламени и коэффициент тепловыделения 87

2.4. Образование и моделирование токсических продуктов в цилиндре

поршневого бензинового двигателя 92

  1. Образование оксида углерода 92

  2. Образование оксидов азота 94

  3. Образование углеводородов 99

2.5. Математическое моделирование образования NOx и СО в поршневом

бензиновом двигателе 101

  1. Реакции образования оксидов азота 101

  2. Реакции образование оксидов углерода ПО

2.6. Сравнение теоретических и экспериментальных результатов.
Тестирование математической модели 114

Выводы по главе 2 118

3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ 120

  1. Техническая характеристика объекта исследования 120

  2. Безмоторная вакуумная установка и проведение аэродинамических

продувок 121

  1. Моторный исследовательский стенд для испытаний ДВС 123

  2. Методика проведения экспериментальных исследований 126

  3. Планирование эксперимента, условия проведения испытаний и точность измерений 135

Выводы по главе 3 138

4. АНАЛИЗ ПОЛУЧЕННЫХ РЕЗУЛЬТАТОВ 139

4.1. Выбор определяющих параметров и критерия оценки экономичности

и токсичности ОГ поршневого бензинового ДВС 139

4.2. Исследование организации рабочих процессов поршневого
бензинового ДВС. Апробация модели 139

  1. Влияние состава рабочей смеси на процесс сгорания 139

  2. Зависимость средней скорости пламени и тепловыделения от частоты вращения коленчатого вала в поршневом

бензиновом ДВС 144

4.2.3. Зависимость скорости пламени и тепловыделения в камере
сгорания от угла опережения момента зажигания 146

4.2.4. Зависимость скорости пламени и тепловыделения в камере

сгорания от нагрузки 146

4.2.5. Влияние формы камеры сгорания на характеристику
тепловыделения 148

4.3. Исследование экономических, экологических, гидравлических и

энергетических показателей базового двигателя Р4 Vh=2,445 л с

целью их улучшения 151

4.3.1. Результаты экспериментальных исследований влияния элементов
системы впуска на наполнение цилиндров при прокручивании

вала двигателя 151

  1. Результаты экспериментальных исследований экономических, экологических и энергетических характеристик, полученных при стендовых моторных испытаниях базового двигателя Р4 Уь=2,445л 153

  2. Вывод эмпирических моделей топливной экономичности и токсичности 158

4.4. Разработка модернизированной конструкции газовых каналов и

камер сгорания головки цилиндров двигателя Р4 Vh=2,445 л 159

4.5. Результаты испытаний модернизированной конструкции газовых
каналов и камеры сгорания на двигателе Р4 Vh=2,445 л 161

Выводы по главе 4 170

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ 172

ЛИТЕРАТУРА 175

ПРИЛОЖЕНИЯ 184

-5-ПЕРЕЧЕНЬ УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ И СОКРАЩЕНИЙ

Перечень условных обозначений

pz - максимальное давление цикла, МПа;

Vh - рабочий объем двигателя, м3;

Tz - температура максимальная, К;

є - степень сжатия геометрическая;

п - частота вращения коленчатого вала, мин1;

ц. - коэффициент расхода;

а - коэффициент избытка воздуха;

ф - угол поворота коленчатого вала, град;

ре - среднее эффективное давление, МПа;

Ne - эффективная мощность двигателя, кВт;

ge - удельный эффективный расход топлива, г/(кВт*ч);

gT - цикловой расход топлива, г/(кВт*ч*л*ц);

gB - цикловой расход воздуха, г/(кВт*ч*л*ц);

г|е - эффективный коэффициент полезного действия двигателя;

0 - угол опережения зажигания, град;

0д - угол открытия дроссельных заслонок, град;

уг - коэффициент остаточных газов;

Сокращения

ДВС - двигатель внутреннего сгорания;

КШМ - кривошипно-шатунный механизм;

ГПСВ - поворот коленчатого вала;

САПР - система автоматизированного проектирования;

СГОИБ - система газообмена испытательного бокса;

СГОТС - система газообмена транспортного средства;

Введение к работе:

Современный транспорт предъявляет все более жесткие требования к экономическим, токсическим и энергетическим показателям поршневого бензинового двигателя внутреннего сгорания (ДВС), но их улучшение встречает все новые и новые трудности.

Процесс сгорания уже с момента рождения двигателя стал предметом непрерывных исследований. Эти исследования ведутся во многих направлениях и их актуальность непрерывно возрастает. Даже при тщательно отработанном процессе двигатель с искровым зажиганием на многих режимах полностью не использует энергетические ресурсы топлива и во многих случаях потери от процесса превращения топлива в конечные продукты реакции достигают 10...15%.

Возникают проблемы, связанные с необходимостью резко повысить эффективность процесса, а также с тем, что воздушные бассейны больших городов в условиях развивающегося транспорта стали загрязняться большим количеством высокотоксичных продуктов (оксид углерода, оксиды азота, канцерогенные соединения, углеводороды и др.). Многие проблемы можно решить путем усовершенствования конструкций камеры сгорания и газовых каналов органов впуска и выпуска системы газообмена. Однако все это достигается ценой больших затрат времени и средств. Усиленно ведутся исследования в области снижения токсичности отработавших газов, так как загрязнение воздуха в городах во многих странах становится национальным бедствием.

Несмотря на многочисленные работы многих школ высших учебных заведений (МГТУ им. Н.Э. Баумана, МГТУ (МАМИ), МАДИ (ТУ), СПГТУ и др.), научно-исследовательских организаций (НАМИ, НАТИ, НИИУАвтопром, ЦНИДИ и др.), заводов (ОАО ГАЗ, ОАО УАЗ, ОАО ЗИЛ, ОАО ЗМЗ и др.), посвященных проблеме повышения топливной экономичности и, в том числе, экономичности на малых и средних нагрузках ДВС, уровень расхода топлива

-7-снижается крайне медленно. Многообразие факторов, влияющих на структурные составляющие топливной экономичности на частичных нагрузках, серьезно затрудняет как экспериментальные, так и (особенно) теоретические исследования этого показателя.

Вместе с тем, конструктивные исполнения бензиновых ДВС сильно различаются по своим характеристикам. Поэтому при исследовании необходимо индивидуально подходить к каждой конструкции двигателя или, по крайней мере, к конкретному семейству двигателей.

Одно из первых мест по массовости выпуска и распространенности в эксплуатации в настоящее время занимает рядный четырехцилиндровый двигатель рабочим объемом 2,445 л (отечественные производители - ОАО ЗМЗ, ОАО УМЗ, ОАО "Волжские моторы"; зарубежные - заводы КНР). В этой работе проводились изыскания на примере подобного двигателя с системой газообмена транспортного средства (СГОТС). Изучение работы двигателя с СГОТС позволяет учесть индивидуальные особенности совокупной работы органов впуска и выпуска, КШМ и МГР и полнее удовлетворять постоянно возрастающие требования к бензиновым ДВС.

Роль поршневых двигателей внутреннего сгорания в загрязнении атмосферы и потреблении топлива в промышленных странах велика. Нехватка топлива и повышение его стоимости, а также защита окружающей среды явились причинами того, что в последние годы много внимания стало уделяться уменьшению расхода топлива бензиновых ДВС в составе транспортных средств.

В диссертации приводится краткая оценка состояния вопроса и обзор отечественно и зарубежной научно-технической и патентной информации по повышению экономичности и снижению токсичности бензиновых ДВС. Определены пути совершенствования рабочих процессов, дан обзор математических моделей рабочего цикла для оценки характеристик тепловыделения. Проведен анализ двухзонной модели с математическими уравнениями для конкретного типа двигателя с погрешностью 5.. .7%. На основании подробного критического анализа результатов и эффективности исследований по повышению экономич-

-8-ности и снижению токсичности бензиновых ДВС сформулированы задачи диссертации.

Обоснованы принципы и на их основе предложена концепция и разработана методика проектирования газовых каналов и камеры сгорания головки цилиндров поршневого бензинового ДВС. Разработана трехзонная математическая модель процессов смесеобразования и сгорания рабочего цикла поршневого бензинового ДВС, позволяющей на стадии проектирования получать вычислительным экспериментом оптимальные характеристики тепловыделения и прогнозировать уровни экономичности и токсичности ОГ по оксидам углерода, по оксидам азота и по углеводородам. При разработке трехзонной математической модели рабочего процесса теоретические расчеты подтверждались экспериментами.

Для экспериментальных исследований выбран рядный четырехцилиндровый двигатель рабочим объемом 2,445 л в комплектации с системой газообмена транспортного средства. Исходя из поставленной задачи, выбраны методы и разработана методика проведения экспериментальных исследований рабочих процессов, включая безмоторные и моторные испытания. Последовательно использовались методы экспериментального определения характеристик рабочих процессов. С планированием эксперимента, определены условия испытаний, точность измерений и апробация трехзонной математической модели. Проведены экспериментальные исследования экономических, токсических и энергетических показателей базового двигателя Р4 Vh=2,445 л с целью их улучшения технико-экономических показателей. Проведена разработка газовых каналов и камеры сгорания головки цилиндров двигателя Р4 Vh=2,445 л и проведены сравнительные испытания на различных эксплуатационных режимах работы.

В работе сформулированы основные результаты и выводы по проведенным исследованиям.

Подобные работы
Гусаков Сергей Валентинович
Разработка методов совершенствования процессов смесеобразования и сгорания в поршневых двигателях
Демин Алексей Владимирович
Развитие методов численного моделирования процессов в камерах сгорания тепловых двигателей и энергоустановок
Демин Алексей Владимирович
Развитие методов численного моделирования процессов в камерах сгорания тепловых двигателей и энергоустановок
Мединг Крис
Создание расчетных методов для определения параметров камеры сгорания и смесительных элементов двигателей с дожиганием
Синюгин Андрей Владимирович
Метод и результаты исследования механических потерь в поршневом двигателе при использовании энергосберегающих моторных масел
Кащеев Алексей Викторович
Совершенствование методов проектирования диффузоров газотурбинных двигателей на основании результатов исследования особенностей течения воздуха в таких каналах
Алиев Али Ямудинович
Исследование метода и разработка средств совершенствования пусковых характеристик автомобильных двигателей в условиях низких температур
Павлов Григорий Иванович
Разработка наукоемкой технологии по термическому обезвреживанию отходов разного класса опасности на основе особенностей неустойчивого горения в камерах сгорания ракетных двигателей
Леферов Александр Александрович
Формирование облика и создание демонстрационного двигателя внутреннего сгорания с качающимися рабочими органами
Варсегов Владислав Львович
Исследование и разработка модульных фронтовых устройств со струйно-механическими стабилизаторами пламени применительно к укороченным прямоточным камерам сгорания газотурбинных двигателей и энергоустановок

© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net