Kształtowanie parametrów wtrysku do silników o zapłonie samoczynnym

Przedmiotem rozprawy jest problematyka wtrysku paliwa do silników o zapłonie samoczynnym. Omawiane są dwa podstawowe zagadnienia: 1) wykorzystanie efektu towarzyszącego uwalnianiu gazu rozpuszczonego w oleju napędowym do zmiany mechanizmu rozpylenia, 2) opracowanie metody poszukiwania wartości funkcji sterujących parametrami wtrysku.
Rozprawa zawiera 8 rozdziałów. We wstępie zamieszczono wprowadzenie do omawianej problematyki. W rozdziale 2 omówiono główne elementy systemu spalania. Szczególną uwagę zwrócono na właściwości systemu oraz na poszukiwanie związków i wymagań, wynikających z podstaw tetrycznych, dla układu zasilania silnika. Zasygnalizowano możliwości zasilania roztworem oleju napędowego z gazem oraz potrzebę opracowania metody ustalania wymaganych parametrów wtrysku. W rozdziale 3 sformułowano cel i zakresu rozprawy. Rozdział 4 opisuje istniejący mechanizm rozpylenia paliwa. Omówiono podstawowe czynniki determinujące przebieg procesu spalania i tendencje kształtowania parametrów wtrysku. W rozdziale 5 wyjaśniono koncepcję wspomagania mechanizmu rozpylenia przez uwalnianie gazu z roztworu. Omówiono wyniki obserwacji strug przy wtrysku do otwartej przestrzeni z użyciem powietrza, spalin o różnym stężeniu CO₂ i gazu ziemnego. Dokonano oceny energetycznej procesu tworzenia roztworu oraz wskazano na zalety wzrostu entalpii roztworu dla mechanizmu rozpylenia. Zamieszczono uzupełnienie do opracowanej metody pomiaru współczynnika rozpuszczalności gazów w oleju napędowym oraz wyniki pomiarów współczynnika rozpuszczalności trzech gazów: powietrza, spalin o trzech różnych stężeniach CO₂ i gazu ziemnego. Ocenę efektu uwalniania na pracującym silniku zamieszczono w rozdz. 6. Omówiono przykładowe wyniki obszernych badań dwóch silników zasilanych roztworem oleju napędowego z powietrzem i spalinami. Pokazano zmiany przebiegu ciśnienia w komorze spalania, opóźnienia samozapłonu i przebiegu szybkości wywiązywania ciepła wywołane efektem uwalniania. Podkreślono korzystne zmiany stężenia szkodliwych składników spalin. Rozdział 7 zawiera omówienie metody poszukiwania wartości funkcji sterującej parametrami wtrysku w dowolnie wybranym punkcie pracy silnika. Zdefiniowano zmienne decyzyjne i ograniczenia zadania oraz funkcję kryterialną, której utworzenie poprzedzono obszerną dyskusją. Zaproponowano metodę poszukiwania rozwiązania optymalnego. W tym zakresie wykorzystano rozwiązania opracowane przez autora niniejszej rozprawy. Ich skrócony opis zamieszczono w aneksach. Obejmują one: wyznaczenie dopuszczalnych wartości składowych gradientu funkcji kryterialnej, modyfikację metody najszybszego spadku oraz wyznaczenia kierunku poprawy w przypadkach uaktywnienia ograniczeń typu nierównościowego. Rozdział 8 to podsumowanie rozprawy.

Streszczenie 4 1. Wstęp 5 2. Dotychczasowy stan wiedzy 8 2.1. System spalania w silnikach o zapłonie samoczynnym 8 2.2. Proces spalania w silnikach o zapłonie samoczynnym 9 2.3. Ruch ładunku w komorze 15 2.4. Struga paliwa i jej parametry 17 2.5. Wnioski do kształtowania charakterystyki wtrysku 23 3. Cel i zakres rozprawy 26 4. Mechanizm rozpylenia paliwa 29 4.1. Konwencjonalny mechanizm rozpylenia 29 4.2. Tendencje kształtowania parametrów wtrysku 34 5. Koncepcja wspomagania mechanizmu rozpylenia 43 5.1. Istota koncepcji wspomagania mechanizmu rozpylenia 43 5.2. Rozpylenie z udziałem efektu uwalniania 44 5.3. Ocena energetyczna wykorzystania efektu uwalniania 54 5.4. Współczynnik rozpuszczalności gazów w oleju napędowym 59 5.5. Wymagania dla układu wtrysku roztworu oleju napędowego z gazem 67 6. Wpływ efektu uwalniania na spalanie w silniku o zapłonie samoczynnym 72 6.1. Wpływ efektu uwalniania na parametry termodynamiczne obiegu silnika 72 6.2. Wpływ efektu uwalniania na emisję związków szkodliwych 78 6.3. Podsumowanie wpływu efektu uwalniania na przebieg procesu spalania 84 7. Poszukiwanie optymalnych parametrów pracy układu zasilania 89 7.1. Ogólne uwagi na temat metody poszukiwania parametrów wtrysku 89 7.2. Kryterium poszukiwania optymalnych parametrów wtrysku 90 7.3. Parametry sterowania wtryskiem w silnikach o zapłonie samoczynnym 99 7.4. Metoda poszukiwania optymalnych wartości parametrów sterowania wtryskiem 101 7.5. Uwagi do metody poszukiwania optymalnych wartości parametrów sterowania wtryskiem 103 8. Podsumowanie 118 Aneksy 123 Literatura 139 Abstract 146