Одним из путей усовершенствования работы силовых агрегатов считается принудительное завихрение заряда, а именно такое расслоение горючего в камере сгорания, при котором в зоне свечи зажигания была бы сосредоточена более обогащённая смесь, а на перифериях от свечи зажигания – более обеднённая. Силовые агрегаты, с такого рода расслоением топливовоздушной смеси в цилиндре, именуются «Двигателями внутреннего сгорания с расслоением заряда».
Ниже представленный способ расслоения заряда даёт возможность существенно снизить образование токсичных компонентов в отработавших газах бензинового силового агрегата, а также способствует увеличению массы основного заряда и повышает мощность ДВС. Положительный эффект такого способа завихрения заряда в цилиндре достигается уже на этапе окисления топливо воздушной смеси в камере сгорания [1, 4, 5].
Условия, материалы, методы и объекты исследования. Полноценная работа любого агрегата, в том числе и двигателя внутреннего сгорания, зависит от того, как соблюдены его заводские параметры в процессе эксплуатации. Любое изменение конструкции, для улучшения его работы, в определённой форме оказывает влияние на эксплуатационные показатели данного узла или агрегата [1,6,8,9,10,11,12,13]. При рассмотрении работы ДВС наблюдается аналогичная тенденция. В нашем случае объектом исследования является двигатель внутреннего сгорания ЗМЗ-53 Заволжского моторного завода. Данный силовой агрегат довольно широко распространён в отечественном автомобилестроении и по комплектации имеет несколько вариантов разновидностей. Предметом исследования вышеотмеченного силового агрегата является система питания, а в частности, процесс смесеобразования как в стандартном варианте, так и в случае, когда принудительно создается завихрение заряда для повышения технико-экономических и экологических показателей силового агрегата.
Чтобы повысить технико-экономические и экологические показатели силового агрегата, мы отдаём предпочтение способу принудительного завихрения заряда, путём подачи дополнительного воздуха в цилиндр двигателя в конце такта наполнения и в начале такта сжатия. Для этого нам необходимо определить влияние дополнительного воздуха на процессы, происходящие в силовом агрегате, особенно нам интересны такты впуска и сжатия.
Как известно, у четырёхтактного бензинового силового агрегата общая масса горючей смеси (Gоб), поступившей в цилиндр в процессе впуска за один цикл, составляет сумму масс смесей поступивших при основном пуске – Gh1, (с момента открытия впускного клапана до положения поршня в НМТ) и дополнительно поступившей при дозарядки – Gh2 [2,3].
Соответственно количество смеси, которое поступает в цилиндр через впускной клапан в течение одного цикла, будет:
Gоб = Gh1 + Gh2 , (1)
где: Gh1 – масса смеси поступившей в цилиндр при такте пуска;
Gh2 – масса горючей смеси поступившей в цилиндр в результате запаздывания закрытия впускного клапана.
При достижении поршня положения нижней мёртвой точки (НМТ), процесс наполнения не завершается, а продолжается процесс наполнения горючей смеси в результате запаздывания закрытия впускного клапана. В нашем случае у силового агрегата с расслоением заряда (с системой дополнительной подачи воздуха), вследствие ввода дополнительного воздуха в цилиндры, общая масса смеси Gц возрастает на величину GД, следовательно, мы имеем следующую картину:
Gц = Gоб + GД, (2)
где: Gоб – общая масса горючей смеси;
GД – количество воздуха, подаваемого в цилиндр, по дополнительной воздушной магистрали.
Анализируя формулу 2, видим, что если общая масса смеси (топливовоздушной) - Gц будет меньше, чем количество смеси, которое могло бы уместиться в цилиндре силового агрегата при определённом давлении Р и температуре Т, то введённый в цилиндр дополнительный воздух увеличивает массу заряда в цилиндре до величины – Gц max [7]. В таком случае мы имеем следующее неравенство: Gц > Gц max, тогда выходит, что дополнительный воздух способствует снижению количества основной рабочей смеси - Gоб, до тех пор пока Gц = Gц max. Это объясняется тем, что в конце наполнения и в начале сжатия давление в цилиндре меньше, чем давление в систему подачи дополнительного воздуха [15,16]. Теоретически из вышесказанного можно заключить, что поступивший в цилиндр дополнительный воздух увеличивает массу рабочего заряда и, следовательно, повышает мощность силового агрегата в целом.
