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
		4,6	4,8
		5,5	5,6
		5,7	5,9
		6,3	6,6
		6,7	7,1
		7,0	7,6
		7,6	8,3
		8,1	8,8
		8,6	9,3
		9,0	9,7
		9,4	10,1
		9,9	10,8

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].