Раздел 2
ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ДВУХТАКТНОГО ДВИГАТЕЛЯ С РАЗДЕЛЬНОЙ ПОДАЧЕЙ СВЕЖЕГО ЗАРЯДА
2.1. Цель и задачи исследования
Основным отличием рабочего цикла двухтактного двигателя с раздельной подачей свежего заряда по сравнению с обычным двухтактным ДВС с кривошипно-камерной продувкой является наличие участка процесса сжатия, на котором происходит подача в цилиндр богатой смеси, предварительно сжатой в нагнетателе. Кроме того, благодаря направленному в зону свечи зажигания движению богатой смеси, в двигателе организуется расслоение заряда. Чем больше будет величина дозарядки цилиндра свежим зарядом, и при этом получается более глубокое расслоение заряда, тем выше показатели термодинамического цикла двигателя и ниже токсичность отработавших газов, особенно по выбросам CO и СН.
Теоретические исследования проводятся в целях выяснения, при каких значениях количества подаваемой в цилиндр богатой смеси и величинах коэффициентов избытка воздуха в кривошипной камере и нагнетателе двигатель с раздельной подачей свежего заряда имеет к. п. д. и работу выше, чем серийный ДВС, работающий на одном составе смеси, а также какая закономерность изменения к. п. д. в зависимости от количества и состава подаваемой в цилиндр богатой смеси. Подлежит выяснению оптимальное значение давления нагнетания богатой смеси, при котором достигаются рациональные величины эффективной мощности и расхода топлива. Кроме того, в двигателе с раздельной подачей свежего заряда особый интерес представляют процессы воспламенения и сгорания, протекающие при переменном коэффициенте избытка воздуха из-за наличия расслоения заряда.
В двухтактных ДВС расчет органов газораспределения известен уже более шестидесяти лет. Теоретическими исследованиями процессов газообмена занимались Г. Г. Калиш [77], А. С. Орлин [78], М. Г. Круглов [79], В. М. Тареев [80], М. Рингвальд [81], В. П. Калабин [82], Р. Р. Силлат [], В. И. Савельев [83], S. Norihoro [84] и др.
Учитывая большое количество взаимосвязанных факторов, влияющих на показатели работы двигателя, в последние годы многие исследователи разрабатывают математические модели для расчета процессов газообмена, сжатия, сгорания и расширения: G. Blair [85], Б. А. Киселев, Б. P. Ибрагимов и С. А. Глаговский [86, 87], Д. А. Мунштуков [88], Р. Р. Силлат [2.14], Д. Н. Вырубов, Н. А. Иващенко, В. И. Ивин, [89], Н. П. Третьяков [90] и др.
В теории двигателей внутреннего сгорания термодинамические процессы при переменном количестве рабочего тела достаточно подробно исследованы трудами таких ученых, как: Л. Я. Волчек, Н. П. Цаюн и П. В. Прокашко [91], Ю. В. Захребетков [92], Б. М. Гончар [93], М. А. Мамонтов [94] и др. Однако разработанные методики не могут быть напрямую применены к расчету рабочего цикла двухтактного двигателя с раздельной подачей свежего заряда из-за наличия нагнетателя богатой смеси и связанных с этим особенностей процесса сжатия (при переменной массе заряда) и процессов воспламенения и сгорания (при переменном составе смеси) [95].
В данных исследованиях ставились задачи:
- разработать обобщенную математическую модель расчетного цикла двухтактного двигателя с раздельной подачей свежего заряда;
- разработать метод реализации модели на ЭВМ в целях аналитического исследования индикаторных показателей, а также выявления рациональных параметров рабочего процесса и конструктивных величин двигателя.
2.2. Описание расчетного цикла
В двухтактном двигателе с раздельной подачей свежего заряда (см. рис. 1.12) богатая смесь впрыскивается в цилиндр в зону свечи зажигания автономным поршневым нагнетателем при закрытом выпускном окне. В кривошипной камере двигателя сжимается чистый воздух (или сильно бедная смесь), который обычным образом поступает в цилиндр.
Изображенная на рис. 2.1 индикаторная диаграмма включает все процессы, из которых состоит расчетный двухтактный цикл с раздельной подачей свежего заряда.
При движении поршня от н. м. т. и прохождении положения, соответствующего точке а, выпускное окно закрывается и цилиндр оказывается заполненным смесью из остаточных газов и воздуха (или сильно бедной смеси), поступившего из кривошипной камеры в процессе газообмена. В этот момент (точка а) посредством вращающего золотника цилиндр двигателя подключается к полости нагнетателя и при дальнейшем движении поршня к в. м. т. происходит процесс сжатия этой смеси и одновременно подача богатой смеси из нагнетателя в зону свечи зажигания (на диаграмме это участок ad ).
После прохождения поршнем точки d (прекращения подачи богатой смеси) в цилиндре происходит дальнейшее сжатие так называемого рабочего заряда постоянной массы, состоящего из остаточных газов, воздуха (или сильно бедной смеси) и богатой смеси.
При положении поршня, соответствующем на диаграмме точке f , обогащенная смесь в зоне свечи зажигания воспламеняется и происходит процесс сгорания (участок fc?c??zдy) с увеличением коэффициента избытка воздуха по мере удаления фронта пламени от свечи.
Дальнейшее расширение газов (участок ув) и процессы газообмена (участки ва? и а?а) в рассматриваемом цикле предполагаются приблизительно такими же, как и в обычном двухтактном бензиновом двигателе.
При рассмотрении отдельных процессов, из которых слагается расчетный цикл двухтактного двигателя с раздельной подачей свежего заряда, примем следующие допущения:
а) рабочим телом является смесь идеальных газов, которая подчиняется уравнению состояния , а ее теплоемкость зависит от температуры и состава компонентов и не зависит от давления;
б) участок ad процесса сжатия при переменном количестве рабочего тела описывается дифференциальным уравнением первого закона термодинамики;
в) состав рабочего тела в процессе горения изменяется по линейному закону (относительно доли выгоревшего топлива х); при этом в зоне свечи зажигания находится легковоспламеняемая смесь с ? = 0,7...0,9, а в наиболее удаленных от свечи частях камеры сгорания - свежий заряд со средним коэ
- Киев+380960830922