С.Е. Андрусенко, к.т.н., М.В. Фролов, нач. отдела, А.В. Фофанов, инж. АО "РУМО"
В статье проведен анализ существующих систем подачи воздуха в цилиндры газопоршневого двигателя для достижения оптимального значения коэффициента избытка воздуха в рабочем процессе. Специалистами АО "РУМО" предложено устройство и алгоритм работы устройства для регулирования коэффициента избытка воздуха по величине содержания свободного кислорода в отработавших газах. Обоснована возможность управления рабочим процессом в период подготовки начала сгорания и приведены примеры механизмов отечественных и зарубежных аналогов, обеспечивающих управление рабочим процессом.
Работа газового двигателя и организация рабочего процесса представляет собой компромисс работы турбокомпрессора и газовых клапанов, подающих газ в камеру сгорания двигателя. Газовый двигатель с форкамерно-факельным зажиганием работает на обедненной смеси. Обеднение смеси позволяет снизить концентрацию окислов азота и окиси углерода, не вызывая увеличения концентрации углеводородов, и одновременно обеспечить уменьшение расхода топлива, поэтому такой способ перспективен для применения на двигателях. Коэффициент избытка воздуха α при этом выбирается таким, чтобы уровень выбросов не превышал предельно допустимых значений, установленных IMO Tier III
.
При оценке выбросов вредных веществ двигателя нужно учитывать, что каждый цилиндр представляет собой закрытую систему [1]. Суммарные выбросы вредных веществ двигателя складываются из отдельных выбросов каждого из работающих цилиндров. Чем меньше будет выброс вредных веществ в каждом цилиндре, тем меньше будут суммарные выбросы двигателя.
Отсюда вытекают три основных требования к конструкции камер сгорания, конструкции и конструктивным параметрам систем питания, выпуска отработавших газов и управления двигателем, а также использованию различных методов наддува:
- точное соотношение воздуха и топлива в каждом цилиндре при любых режимах работы двигателя;
- в каждом цилиндре должно быть одинаковое количество топливовоздушной смеси;
- в каждом цилиндре топливовоздушная смесь должна быть однородная по составу.
В двигателях с принудительным зажиганием при работе даже в установившемся режиме от цикла к циклу всегда присутствуют изменения в процессе сгорания и давлении в цилиндре [2]. Были обнаружены три причины изменения скорости горения смеси:
- изменения в движении газа в цилиндре влияют на распространение горения;
- изменения в количестве топлива и воздуха приводят к тому, что количество энергии в цилиндре изменяется от одного цикла к другому;
- пространственные изменения концентрации воздуха в различных циклах одно и того же цилиндра.
Экологические ограничения и явление колебания давления в цилиндрах двигателя с принудительным зажиганием от цикла к циклу при неизменяющихся внешних факторах накладывает ограничение на работу двигателя и поэтому требуют наличия в составе двигателя системы управления, способной снизить влияние этих факторов.
Полная версия публикации: скачать PDF
Источник: Двигателестроение № 4|286| октябрь–декабрь |2021
14.02.2022
