Морфологические исследования рабочего процесса дизеля

Способ распыла топлива	Способ подачи топлива
Механический пропуск через отверстия различной формы	Открытой форсункой
Распыл с помощью эффекта гидродинамического излучателя, акустического излучателя	Закрытой форсункой с запорной иглой и колодцем перед сопловыми отверстиями
Распыл за счет вихревого потока	Подача топлива с завихрениями перед распыливающими отверстиями
Распыл за счет электроискрового способа	Подача топлива в виде пара
Распыл за счет взаимодействия с воздушным потоком	Подача топлива в виде топливно-водяной эмульсии
За счет микро взрывов эмульгированного топлива	Подача топлива в смеси с кислородом
Наложение электростатического поля на процесс распыливания	Подача дизельного топлива с добавкой водорода
Наложение электромагнитного поля на процесс распыливания	Омагничивание топлива перед подачей его в форсунку
Наложение акустического поля на процесс распыливания	Предварительный нагрев топлива
С помощью воздуходувки С помощью турбовоздуходувки	Равномерная подача по объему камеры сгорания через симметрично расположенные отверстия
С помощью винтового компрессора в виде вихря, пересекающего факел топлива: Обогащенного кислородом Обогащенного водородом С добавлением выхлопных газов С парами топлива С водяным паром Ионизированного Активизированного электромагнитным полем Активизированного электростатическим полем Активизированного радиоактивным излучением	В виде концентрированной струи Равномерная подача по всему объему в виде пара В виде нескольких струй с различными направлениями В виде нескольких противоположно направленных струй В виде вихреобразного потока В виде нескольких вихреобразных струй

Таблица 3.2

Морфологическое исследование системы подачи воздуха

в камеру сгорания дизеля

Название способов	А	Б	В	Г	Д	Е	Ж	З
1. Способ подачи воздуха в камеру	От центробежного компрессора	От винтового компрессора	От поршневого компрессора	Прямым всасываем	-	х	х	х
2. Способ предварительной активизации воздуха	Магнитное воздействие	Электростатическое воздействие	Термическое воздействие	Акустическое воздействие	-	В поле конденсатора	Облучение электромагнитными волнами	Искровой разряд
3. Способ снижения аэродинамического сопротивления	Волновая поверхность всасывающей системы	Завихрение потока в зоне трения	Структурирование потока	Повышение чистоты отенки

Испытания проводились на экспериментальной установке, состоя­щей из воздушного роторно-шестеренчатого компрессора и приводом от электродвигателя постоянного тока, всасывающего коллектора в виде круглой трубы, куда был установлен самодельный заверитель в виде ротора с направляющими лопатками, который вращался за счет потока воздуха вокруг оси, закрепленной на опоре и изолированной от корпуса коллектора. В продолжение трубы была вмонтирована фор­сунка открытого типа с трубоприводом от топливоподкачивающего на­соса шестеренчатого типа и эрозийная свеча авиационного типа, на которую подавалось пульсирующее напряжение от индуктивной катушки зажигания авиационного типа IKHOII.

Испытание проводилось в два этапа:

1. Определялись эффект вращательного движения воздуха и сопро­тивление вентилятора при вращении.

При этих испытаниях обороты компрессора менялись за счет вели­чины напряжения, подаваемого на электродвигатель постоянного тока, скорость потока воздуха измерялась анемометром чашечного типа У-5, обороты ротора завихрителя с помощью стробоскопи­ческого тахометра 23Ст 32-456.

Результаты испытаний приведены в табл. 3.3.

Таблица 3.3

Зависимость скоростей потока воздуха от напряжения электродвигателя компрессора при наличии завихрителя и без него

№ п/п	Напряжение электродвигателя компрессора В	Скорость потока воздуха при отсутствии завихрителя, м/с	Скорость потока воздуха при наличии завихрителя , м/с	Скорость оборотов завихрителя, об/мин
1	60	4,6	4,8	740
2	75	5,5	5,6	1100
3	80	5,7	5,9	1250
4	90	6,3	6,6	1400
5	100	6,7	7,1	1643
6	110	7,0	7,6	1820
7	120	7,6	8,3	2012
8	130	8,1	8,8	2180
9	140	8,6	9,3	2450
10	150	9,0	9,7	2690
11	160	9,4	10,1	2960
12	170	9,9	10,8	3100

2. Определялся эффект влияния электростатического поля в зазо­ре между ротором завихрителя и корпусом коллектора на процесс го­рения топлива. При этих испытаниях напряжение измерялось вольтмет­ром MI06, кл.05, давление топлива-манометром, анализ газов - газо­анализатором ВТИ-2.

Использовалось дизельное топливо, которое подавалось к форсун­ке при давлении 4 кгс/см. Анализ газов производился в трех точ­ках: в центре трубы, на половине радиуса трубы и около стенки трубы.

Визуальные наблюдения показали, что вращающийся факел горящего топлива формировался в центре трубы. Данные анализа газов приведе­ны при скорости потока V = 8,3 м/с в табл. 3.8, а приV= 4,8 м/с - в табл. 3.5. Анализ СО производился в первых опы­тах, но более 0,2 % ни в одном опыте не было обнаружено, что объ­ясняется горением дизельного топлива при большом избытке воздуха. Поэтому эти данные в таблице не даны.

Таблица 3.4.

Зависимость содержания СО₂ и О₂ от расстояния до центра вращающегося горящего факела при скорости потока 8,3 м/с

Место отбора газа	СО2 %	О2 %
Без напряжения:
край трубы	4,9	12,2
половина радиуса	10,5	2,7
центр трубы	11,9	1,5
При напряжении 200 В (+ на корпус коллектора):
край трубы	4,1	11,3
половина радиуса	10,3	4,4
центр трубы	9,7	5,8
При напряжении 200 В (+ на ротор завихрителя):
край трубы	9,7	2,5
половина радиуса	9,6	4,5
центр трубы	10,1	5,1

Таблица 3.5

Зависимость содержания СО₂ и О₂ от расстояния до центра вращающегося горящего факела при скорости потока 4,8 м/с

Место отбора газа	СО2 %	О2 %
Без напряжения:
край трубы	-	20,9
половина радиуса	1,42	18,9
центр трубы	5,6	11,7
При напряжении +200 В на корпус трубы:
край трубы	-	20,5
половина радиуса	0,6	19,6
центр трубы	5,5	12,5
При напряжении +200 В на вентилятор:
край трубы	-	20,9
половина радиуса	0,5	19,7
центр трубы	9,6	0,5

Результаты испытаний показали, что при установке во всасываю­щем коллекторе круглого сечения завихрителя в виде вращающегося под действием потока воздуха ротора с направляющими лопатками со­противление завихрителя меньше, чем уменьшение трения при вращательном движении воздуха. Причем эта разность при увеличении ско­рости потока воздуха увеличивается. При скорости потока воздуха 9,9 м/с за счет завихрителя скорость потока увеличивается до 10,8 м/с, т.е на 9 %.

При подаче напряжения с положительным зарядом на ротор завихри­теля воздух, прошедший через завихритель, обеспечивает распростра­нение горения по всему объему камеры сгорания. При скорости пото­ка воздуха 8,3 м/с содержание СО₂ у края трубы при подаче напряже­ния было в 2 раза больше, чем без напряжения, а при скорости пото­ка 4,8 м/с содеркание СО₂, в центре трубы при подаче напряжения бы­ло на 74,5 % больше, чем без напряжения.

Проведенные испытания показали, что процесс горения во вращаю­щемся факеле сосредоточен в центральной части факела, которая уве­личивается по мере увеличения скорости потока. При этом приложе­ние положительного потенциала к придающее ротору, а отрицательно­го к корпусу интенсифицирует процесс сгорания при сравнительно низком напряжении 200 В. Получение эффекта при таком низком напряжения можно объяснить тем, что в объеме нейтральной среды возду­ха всегда имеется определенное количество отрицательных и положи­тельных ионов. При вращательном движении вихря молекулы воздуха за счет центробежных сил будут постоянно ударяться о внутреннюю поверхность корпуса, имеющую отрицательный заряд. При этом отрица­тельные ионы за счет взаимодействия зарядов отскакивают, а положительные ионы нейтрализуются или принимают отрицательный заряд. В результате в объеме будет постоянно расти количество отрицательных ионов кислорода, которые обеспечивают улучшение процесса сгорания. Таким образом, положительный эффект достигается за счет совместно­го воздействия вращательного движения воздуха и воздействия элек­тростатического поля указанной полярности.

Опыты при наложении электростатического поля высокого напряжения на пламя (1...3 кВ) показали, что при положительной полярности подаваемого напряжения прогрев топлива значительно ускоряется, а при отрицательной замедляется по сравнению, с отсутствием поля [14]. Кроме того, при данной полярности происходит увеличение скорости выгорания топлива [15].

Качественно данный эффект авторы [16, 17, 18] объясняют тем, что при наложении электростатического поля возникает "ионный ветер", т.е. направленное движение газа, вызываемое увеличением движущих­ся ионов электрически нейтральных молекул. При этом направление "ионного ветра" совпадает с направлением движения более тяжелых ионов (положительных) и деформирует пламя, приближая его к поверх­ности жидкости. За счет этого возрастает тепловой поток на поверх­ность жидкости и увеличивается скорость его выгорания.

Результаты, полученные на нашей опытной установке при низком напряжении электростатического поля и вращающемся вихре, согласу­ются с вышеприведенными данными при высоком напряжении. Это указы­вает на общую природу явлений, которые зависят от многих вышепри­веденных факторов.

Таким образом, на оснований синтеза вариантов матрицы 1 (Л,Б,В), 2Б, 3БВ и приведения экспериментальных работ автором разработано новое техническое решение, по которому получено авторское свидетельство на способ работы двигателя внутреннего сгорания и устрой­ство для его осуществления [19].