2.3 Варьируемые факторы и диапазон их изменений

В настоящей работе варьируемыми факторами были частота вращения двигателя, состав топливно-воздушной смеси, угол опережения зажигания и количество добавляемого в смесь водорода.

Угол опережения зажигания в соответствии с необходимостью изучения влияния в широком диапазоне, варьировался от 8° поворота коленчатого вала (ПКВ) до 32° ПКВ. Т.е. были изучены режимы, при которых основная фаза сгорания заканчивалась в ВМТ, и, режимы, в которых основная фаза сгорания начиналась в ВМТ.

Состав смеси изменялся от мощностного (а = 0,9) до пределов бедного срыва, в соответствии с необходимостью изучения влияния в широком диапазоне значений, имеющих место при работе транспортных ДВС. Т.е. были изучены режимы работы на мощностных режимах, на стехиометрической смеси, необходимой для работы трехкомпонентного каталитического нейтрализатора и на бедных смесях, соответствующих максимальной топливной экономичности.

Кроме изменения состава смеси, варьирование свойствами смеси осуществлялось с помощью добавок водорода в ТВС в малых количествах (т.е. не приводящих к изменениям теплофизических свойств топлива). В качестве добавки используется газообразный водород в количестве не более 6% массы от общего расхода топлива, что как показано в работах [72, 80, 127] является наиболее эффективной. Активизирующая добавка водорода в данной работе использовалась как способ влияния на физико-химические свойства смеси и для расширения представлений о влиянии добавок водорода на процесс сгорания.

Количество добавляемого водорода определялось актуальностью исследования влияния малых добавок водорода, в количестве, возможном для выработки и хранения на борту автомобиля без серьезных изменений его конструкции и стоимости.

где Gh2 - расход водорода (кг/ч), Gf~ расход бензина (кг/ч).

При осуществлении работы установки с добавками водорода в ТВС имеет место качественное изменение топлива, поэтому изменяется стехиометриче- ский коэффициент данной смеси. Для определения коэффициента избытка воздуха использовалась известная формула (2.2) [127].

(2.2) 1) где, Ga„ Giu„ Gf. - расходы соответственно воздуха, водорода и бензина (кг/ч), 1ц2 и h- сте- хиометрические коэффициенты для водорода и бензина соответственно.

Режимные параметры (степень сжатия, УОЗ и частота вращения двигателя) устанавливаются перед проведением испытаний непосредственно на установке.

Состав смеси регулируется уровнем топлива в поплавковой камере карбюратора. Уровень топлива регулируется специальным регулировочным механизмом. Т.е. при данной частоте вращения и атмосферных условиях каждому значению уровня топлива в поплавковой камере карбюратора соответствует определенное значение коэффициента избытка воздуха. При определении коэффициента избытка воздуха расход воздуха принимался как величина постоянная, заранее определенная для данной частоты вращения. Для 600 мин*1 - Ga = 11.095 кг/ч, для 900 мин"1 -Ga= 14.047 кг/ч.

Массовый расход бензина вр(кг/ч) определялся по времени расхода мерной ёмкости топлива при известной плотности бензина по формуле (2.3), т.е. по принципу штихпробера:

Массовая доля добавляемого водорода регулируется путем изменения расходов бензина (с помощью регулировки уровня топлива в поплавковой камере карбюратора) и водорода (при изменении давления водорода с использованием данного водородного жиклера). Регулирование давления добавляемого в ТВС водорода осуществляется с помощью двух регуляторов давления показанных на рисунке 2.1 цифрами 2 и 3. Контроль давления осуществляется с помощью водяного манометра. Система позволяет изменять давление водорода в диапазоне от 70 до 400 мм.

Массовый расход водорода (г/с) определялся следующим образом:

G =А1/н хРи/

А" , (2.4)

где AVh - замеряемый счетчиком объём водорода (л), ги - время расхода данного объёма (с), рн - плотность водорода при данных условиях (г/л), рассчитывается по формуле (2.5):

Рн= (2.5)

где В - барометрическое давление (мм. рт.ст.), png = 13.6 (г/см ) - плотность ртути, g = 9.81 (м/с2)

- ускорение свободного падения, рНг - давление добавляемого водорода (мм. вод. ст.), Rh = 4157 (кДж/кг*К) - газовая постоянная водорода, Т = 273 + t - абсолютная температура водорода до впуска во впускной коллектор (К), t - температура в помещении испытательного бокса (°С)

При добавке водорода в ТВС водород вытесняет часть воздуха из заряда на впуске, т.е. изменяется соотношение расходов топлива и окислителя. Поэтому для поддержания определенного состава смеси учитывается это изменение, т.е. массовый расход воздуха Ga (г/с) в формуле (2.2) расчета а определен по формуле (2.6):

Ga=(Gva-GvH)xpa^ (26)

где Gva и Gvh - объемные расходы (л/с) соответственно воздуха и водорода при условиях воздушного коллектора, т.е. при 52 °С, ра - плотность воздуха (г/л) при тех же условиях:

_BxpIlsxg/ ~ /Р x T

/Ka*h f (2J)

где Ra = 286.7 (кДж/кг*К) - газовая постоянная воздуха, 7* = 325 К - абсолютная температура воздушного коллектора.

Объемный расход воздуха определяется, исходя из известного значения массового расхода воздуха:

G„ х R„xTk

/р, (2.8) гдер - атмосферное давление (Па):

р = Вхpug хg^ (2 9)

Л

где В - барометрическое давление (мм. рт.ст.), png = 13.6 (г/см ) - плотность ртути, g = 9.81

л

(м/с') - ускорение свободного падения.

Объемный расход водорода в условиях воздушного коллектора определяется, исходя из известного объемного расхода водорода, определенного газовым счетчиком.

АУк_хР±хТь

GvH=r" РхТ , (2.10)

где рк - давление водорода (Па) в условиях воздушного коллектора: pk=BxpHgxg + pH2xg ^

где В - барометрическое давление (мм. рт.ст.), png = 13.6 (г/см ) - плотность ртути, g = 9.81

л

(м/с')

- ускорение свободного падения.

Уровни значений коэффициента избытка воздуха а и массовой доли водорода Н поддерживались подбором регулировок уровня топлива в поплавковой камере карбюратора, давления добавляемого водорода при использовании водородных жиклеров различного сечения.